火力發電廠煙氣脫硫吸收塔結構動力特性分析

唐濤

【摘 要】煙氣脫硫是降低燃煤發電廠煤燃燒所產生主要污染物二氧化硫的重要措施，吸收塔是煙氣脫硫系統中的主體部分?；鹆Πl電廠煙氣脫硫吸收塔動力的特性分析有了重要的研究價值。

【關鍵詞】環境污染 煙氣脫硫 吸收塔 結構動力

中圖分類號：TV文獻標識碼： A

二氧化硫是地球大氣中的主要污染物之一，是衡量大氣是否遭到污染的重要指標。世界上有很多城市發生過二氧化硫危害的嚴重事件，二氧化硫對人類的健康、動植物生長、工農業生產甚至生態系統都會造成很大危害。目前，中國已成為全球最大的二氧化硫排放國之一，據國家環境保護部公布的數據顯示，2011 年1月～ 6 月，我國二氧化硫排放總量1114.1萬噸，其中絕大多為工業排放。因此，控制工業二氧化硫排放已成為社會和經濟可持續發展的迫切需求，勢在必行。我國《大氣污染防治法》第三十條也規定“新建、擴建排放二氧化硫的火電廠和其他大中型企業，超過規定的污染物排放標準或者總量控制指標的，必須建設配套脫硫、除塵裝置或者采取其他控制二氧化硫排放、除塵的措施?！币虼?，找到一條適合企業的科學合理的煙氣脫硫方式就顯得至關重要。

1.煙氣脫硫吸收的技術研究成果

近幾年采用的主要方法是洗煤技術。煤炭洗選目前僅能除去煤炭中的部分無機硫，對于煤炭中的有機硫尚無經濟可行的去除技術。在高硫煤產區，煤中有機硫成分都較高，因此很難用煤炭洗選的方法達到有效控制二氧化硫排放的目的。特別是，煤炭市場供應緊張，用煤量大的企業購入煤炭已屬不易，難以選擇煤種，顧及煤炭質量，導致用煤質量下降，煤質含硫量增加，客觀上增加了廢氣排放中的二氧化硫排放量。燃燒中脫硫是指燃燒與脫硫同時進行。目前比較成熟的有煙氣循環流化床脫硫技術和爐內噴鈣技術。煙氣循環流化床脫硫技術在國外目前應用在10萬千瓦～20萬千瓦等級機組，其占地少，投資較小，適合于老機組煙氣脫硫。爐內噴鈣技術在芬蘭、美國、加拿大、法國等國家得到應用，采用這一脫硫技術的最大單機容量已達30萬千瓦，其應用需要更換鍋爐，否則難以用于解決現有電廠的環保問題。

2.幾種主要脫硫工藝簡介

2.1石灰石一石膏濕法脫硫工藝

目前，世界上應用最廣泛、技術最為成熟的脫除技術是石灰石—石膏濕法脫硫工藝，它能占到FGD容量的70%左右。這種技術以石灰石為脫硫吸收劑，向吸收塔內噴入吸收劑漿液，讓這些物質和煙氣充分接觸、混合，隨之對煙氣進行凈化、洗滌，使煙氣中的SO2與漿液中的碳酸鈣以及氧化空氣發生化學反應，最后生成石膏，從而達到減少SO2排放的目的，是控制酸雨和SO2最有效的方法。

（1）脫硫效率高，技術成熟近年來，石灰石—石膏濕法脫硫技術發展迅速，脫硫效率能夠達到95%以上，經過處理后SO2濃度和煙氣含塵量都會大幅減少。從目前運行實際情況看，很多大型電廠普遍采用石灰石—石膏濕法脫硫工藝，效果較好，有利于本地區煙氣污染物總量控制，改善周邊環境。此項技術成熟，運行經驗多，運行穩定，易于調整，能夠取得很好的經濟效益。

（2）投資高，占地面積大石灰石—石膏濕法脫硫工藝需要配置石灰石粉碎、磨制系統，石膏脫水系統、廢水處理系統等，因此占地面積比較大，況且設備多，一次性建設投資就會比較大。

（3）吸收劑資源豐富，價格便宜我國有豐富的石灰石資源，并且品質也較好，價格便宜，碳酸鈣含量在90%以上，優者可達95%以上，鈣利用率較高。

（4）副產物的綜合利用石灰石—石膏濕法脫硫工藝的脫硫副產物為二水石膏。石膏是用于生產建材產品和水泥緩凝劑，目前我國房地產市場非常大，石膏的利用率也很高，且消耗大，因此脫硫副產品基本可以達到綜合利用。這樣不僅可以增加電廠的經濟效益，還會降低企業的運行成本，減少二次污染。

2.2爐內噴鈣加尾部增濕活化脫硫（LIFAC）

LIFAC技術是在爐內噴鈣脫硫技術的基礎上在鍋爐尾部增設了增濕活化塔，以提高脫硫效率。石灰石粉作為吸收劑，由氣力噴入爐膛950～1150℃的溫度區，使石灰石受熱分解為CaO和CO2，CaO再與煙氣中的SO2反應生成CaSO3。此方法的脫硫效率較低，約為25%～35%。在尾部增濕活化反應器內，增濕水以霧狀噴入，與未反應的CaO接觸生成Ca（OH）2隨后與煙氣中的SO2反應，可以將系統脫硫效率提高到75%。增濕水由于煙氣加熱而迅速蒸發，未反應的吸收劑、反應產物被干燥，一部分從增濕活化器底部分離出來，其余的隨煙氣排出，被除塵器收集下來。為了提高吸收劑的利用率，部分飛灰返回增濕活化反應器入口實現再循環。

該技術具有以下特點：系統簡單、占地面積少，投資及運行費用低，特別是可以分步實施，適應環保標準逐漸提高的要求，特別適用于中小機組改造，但可能會引起原鍋爐結焦及受熱面磨損；主要適用于燃煤含硫量低于2.0%的中、低硫煤種；脫硫效率在60%～85%之間，鈣的利用率低，一般Ca/S為2.0～3.0；脫硫副產品呈干粉狀，無廢水排放，副產品的利用有一定困難，鍋爐效率下降約0.3%。

2.3循環流化床干法

煙氣循環流化床脫硫技術（CFB）是20世紀80年代后期發展起來的一種新的煙氣脫硫技術，該技術是利用循環流化床強烈的傳熱和傳質特性，在吸收塔內加入消石灰等脫硫劑，用高速煙氣使脫硫劑流態化從而與煙氣強烈混合接觸，煙氣中的酸性污染物與脫硫劑中和、固化，從而達到凈化煙氣的目的。增濕（或制漿）后的吸收劑注入到吸收塔入口，使之均勻地分布在熱態煙氣中。此時，吸收劑得到干燥，煙氣得到冷卻、增濕，煙氣中的SO2在吸收塔中被吸收，最終生成CaSO3和CaSO4。除塵器后的潔凈煙氣經引風機（或增壓風機）升壓后通過煙囪排放，被除塵器捕集下來的含硫產物和未反應的吸收劑，部分注入吸收塔進行再循環，以達到提高吸收劑利用率的目的。

2.4旋轉噴霧半干法煙氣脫硫

噴霧干燥法脫硫工藝脫硫吸收劑是石灰，石灰經消化后加水形成消石灰乳，通過泵將其打入吸收塔內的霧化裝置。在吸收塔內，被霧化后的吸收劑與煙氣混合接觸，并和煙氣中的SO2發生化學反應，生成CaSO3和CaSO4，從而脫去煙氣中的SO2。脫硫反應產物及未被利用的吸收劑以干燥的顆粒物形態隨煙氣帶出吸收塔，進入除塵器被收集下來。為提高脫硫吸收劑的利用率，將部分脫硫灰渣返回制漿系統進行循環利用，其余的可綜合利用。

該技術具有以下特點：技術成熟，流程簡單，系統可靠性高；單塔處理能力大?。s200MW）；中等脫硫效率70%～85%，鈣的利用率較低，一般Ca/S=1.2～2.0，對生石灰品質要求不高；脫硫副產品呈干粉狀，無廢水排放，不過副產品利用有一定困難。此技術適應于中小規模機組，燃煤含硫量一般不超過1.5%，脫硫效率均低于90%。此技術在西歐的德國、奧地利、意大利、丹麥、瑞典、芬蘭等國家應用比較多，主要應用于小型電廠或垃圾焚燒裝置，美國也有15套裝置（總容量500MW）正在運行，其中最大單機容量為520MW。1993年，我國山東黃島電廠4號機組（210MW）引進了三菱旋轉噴霧干燥脫硫工藝裝置，處理煙氣量為3×106m3/h，設計脫硫效率為70%。運行初期出現過吸收塔塔壁積灰、噴嘴結垢堵塞、R/A圓盤磨損等問題，但經過改進后基本運行正常。

3.結語

從吸收塔各階段振型的分析可以看出，整體高階振型出現的相對較晚，局部振動比較明顯，曾大部分塔身的壁厚，吸收塔的固有頻率稍有增大，雖然振興的幅度不會很明顯，只是稍有改善。梁端設計豎向加強會使吸收塔的固有頻率提高很大，說明這種加強改變了塔體的鋼度分布。漿液的存在對吸收塔的固有頻率的影響是隨著階數的增加而增加，但對基頻率的影響較小。本文的研究對象改造為大直徑，薄壁，大開口，對此類的結構的穩定性需要研究者高度重視。

參考文獻

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