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斜板填料技术经济分析

随着国家对烟气排放要求的提高[1-2],各火力发电企业对现有脱硫[3-4]装置进行提标改造,目前对现有装置进行升级改造脱硫的推荐方案主要有:单pH值串联脱硫塔、单pH值并联脱硫塔、单pH值增加原脱硫塔喷淋量及双循环脱硫[5-7](即将吸收塔循环浆液分为两个独立的反应罐和形成两个循环回路,每条循环回路在不同pH值下运行,使脱硫反应在较为理想的条件下进行,可采用单塔双循环或双塔双循环)提升脱硫效率,除尘用湿式静电除尘[8](即净烟气通过电场力作用吸附到集尘极上,通过喷水将极板上的粉尘冲刷到灰斗中排出。同时,喷到烟道中的水雾既能捕获微小烟尘又能降电阻率,利于微尘向极板移动)提升除尘效率。以上方案是在现有的喷淋塔脱硫方式的基础上进一步完善的,先进行了脱硫提效、后进行除尘提效处理,两种提效分开独立进行,以达到环保排放指标。整个实施过程总投资大,运行费用高,且双循环高pH值浆液氧化率低,其流经AFT塔、泵、管道、集液环、集液漏斗、喷淋管等区域多,造成流经设备内壁的结垢多,需定期停机处理。也有公司采用在现有塔内喷淋层下方增设筛板式[9]或管式[10]增效器,喷淋层上方设计多级高效除雾器的除尘脱硫一体化技术,几种方法各有优缺点,本文提出了一种适用于湿法脱硫的斜板填料[11],同样可达到超低排放的效果,且投资、运行费用更低。

1斜板填料工作原理

气液接触吸收有两种理论模型,一种是气包水模型,另一种是水包气模型。气包水模型,气体是连续相,水是分散相,气与水通过液滴的表面接触,气体中的二氧化硫穿过液滴界面进入液相,因此要提高脱硫效率,必须增大气液接触面积和接触时间,即通过喷嘴雾化吸收液和增加塔高实现,但雾化液滴的粒径越小,越容易被烟气带走,为后续除尘装置增加了负荷,脱硫率与除雾负荷是相冲突的。水包气模型,水是连续相,气体是分散相,气泡穿过吸收液,气与水通过气体的表面接触,气体中的二氧化硫穿过气包界面进入液相,在气体离开液体时,也会夹带一些液滴,但夹带的液滴粒径较雾化喷嘴喷出的液滴粒径相比,平均相差两个数量级[12-13],为后续除尘装置带来了便利,脱硫率对除雾负荷影响较小。斜板填料作吸收载体利用的是水包气模型,图1是斜板填料在脱硫塔内工作的原理图,斜板填料是由斜板和壁板组成,脱硫塔上部喷淋落下的吸收液液滴落到斜板上,吸收液滴沿斜坡方向下滑,离开斜板后以液膜形式形成第一层液膜,直到落到第二层斜板,到达第二层斜板后吸收液又沿斜坡方向下滑,离开斜板后又以液膜形式形成第二层液膜,依次再形成第三层液膜;烟气则从斜板下部上行,依次穿透第三层液膜、第二层液膜、第一层液膜,烟气穿透液膜的过程中,气体穿过液体,烟气被降温、洗尘、二氧化硫被吸收。图1斜板填料工作原理图1.吸收液液滴,2.增效斜板,3.第一层液膜,4.烟气,5.第二层液膜,6.增效壁板,7.第三层液膜。斜板填料可做成长方体形,单元斜板填料壁板宽为600~1000mm,长为1200~2000mm,高为400~600mm;斜板填料斜板有2~4层,两层斜板之间间距100~150mm;斜板填料同层斜板之间间距150~250mm;斜板的板宽70~100mm之间,锥角在70°~120°之间。安装时可直接将单元斜板填料组合、垒加即可。斜板填料具有:(1)操作弹性大,吸收液容易成膜。由于斜板的导流作用,只要有吸收液通过斜板,均被斜板导流形成液膜,不受烟气、吸收液流量大小的影响。(2)具有均布烟气分布的效果。通过调整斜板填料的斜板间距,可调整塔截面上不同区域的开孔率,达到在烟气上升的短距离内实现烟气均布。(3)兼有脱硫、收尘双重效果。在烟气穿透液膜时,烟气中二氧化硫被吸收的同时烟气中烟尘也一并被液体捕获。(4)系统结构简单,易于安装维护。斜板填料由斜板、壁板组成单元结构,并采用FRP、PP、PE、合金等型材,斜板填料单元之间的拼接采用合金紧固件连接。在脱硫塔内件安装时,无需塔内焊接动火,施工方便。

2工艺流程

图2是装置的工艺流程图,原烟气从脱硫塔中部进入塔内并向上,经气体均布板初步对烟气均布,在气体分布板上表面有一定持液层,可吸收洗涤烟气中部分二氧化硫和烟尘。经初步洗涤的烟气进入斜板填料层,烟气被再次均布,烟气多次穿透斜板填料形成液膜,烟气中的二氧化硫和烟尘被进一步吸收、洗涤。然后烟气穿过气液分布板,在气液均布板上表面持有较高pH值的吸收液,再次吸收烟气中的二氧化硫和烟尘。最后烟气经塔上部的除雾器除雾并排出塔外。图2工艺流程图1.吸收液循环泵,2.塔体,3.气体均布板,4.斜板填料,5.气液均布板,6.循环管,7.吸收剂分布管,8.高效除雾器

3经济分析

以某电厂2×300MW机组烟气量为例,分别采用传统高效脱硫除尘装置和本技术斜板填料脱硫除尘装置进行投资和运行分析对比,烟气参数见下表1(单台炉)。烟气成分测定参数:标准状态,湿基,实际过量空气系数=1.323,BMCR。3.1脱硫主要设备参数经核算,两种装置脱硫塔系统主要设备参数见表2。由表看出:传统高效脱硫除尘塔较高,而斜板填料高效除尘脱硫塔较矮,主要是由于:(1)液气比下降,浆液循环量减少,使浆液循环池体积减小了一半以上,(2)用斜板填料代替了原先的喷淋层。3.2经济分析3.2.1投资成本对比经核算,两种装置投资成本比较见表3。由表3可以看出,采用斜板填料高效除尘脱硫装置投资成本较低,是传统工艺的72%左右。如传统高效脱硫装置后面,再增加湿式电除尘器,则传统装置的投资费用更高,本技术高效脱硫除尘装置的投资成本优势更明显。3.2.2厂用电对比经核算,两种装置厂用电对比见表4。由表4看出,采用斜板填料高效除尘脱硫装置用电较低,是传统工艺的18%左右。按全国平均厂用电0.3935元/度计,节约电费1357.575元/时,年按5500小时计,年可节省746.6万元左右。如传统高效脱硫装置后面,再增加湿式电除尘器,则本装置高效除尘脱硫装置厂用电耗会更有优势。

4结论

(1)斜板填料具有吸收液成膜容易,操作弹性大、均布烟气分布、系统结构简单、易于安装维护的特点,还兼有脱硫收尘的双重效果。(2)斜板填料高效除尘脱硫装置投资成本是传统工艺的60%左右,用电成本是传统工艺的18%左右,具有十分明显的优势。

作者:高劲豪 高原 单位:1.常州大学 2.南京碧林环保科技有限公司

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