日本三菱双液柱塔技术在脱硫改造工程中的应用

　　摘要：通过对某脱硫工程3种改造技术方案的比较，说明采用日本三菱公司的双吸收塔技术进行高硫煤烟气脱硫改造，具有突出的技术优势和经济优势。
　　关键词：高硫煤，日本三菱，双塔，单塔，脱硫改造
　　近年来，由于燃煤紧张短缺，火力发电厂对燃煤的使用主要考虑经济因素，多数电厂煤质不稳定、电厂实际燃煤较设计煤有很大的变化，煤的含硫量呈大幅上升趋势，个别电厂煤含硫量甚至超过原设计值的2~3倍。这就导致锅炉烟气的SO2浓度严重超过设计值，现有的脱硫系统无法承受如此高的负荷，不仅SO2浓度达不到现行排放标准，还影响了脱硫系统的安全稳定运行。目前，国内多个脱硫工程均面临系统改造的问题，但由于脱硫系统场地较小，资金短缺，采用常规的湿法脱硫技术，系统改造存在很大的困难。采用日本三菱公司独有的双吸收塔技术可有效解决这个问题。
　　1日本三菱双吸收塔技术
　　日本三菱公司自主开发了两项湿法脱硫专利技术，一项是单液柱塔技术，简称单塔技术；另一项是双液柱塔技术，简称双塔技术。这两项技术与奥地利AEE公司脱硫技术、德国斯坦米勒公司脱硫技术齐名，是国外应用较广的湿法脱硫技术之一。2001年，中电投远达环保公司引进吸收了该技术，现已广泛应用于国内脱硫工程。日本三菱双液柱塔实际上有两个方形液柱塔串联而成，但它结构紧凑，并不是两个吸收塔的简单连接。前面一个是顺流塔，由于其空塔流速高，塔体较小，后面一个是逆流塔，空塔流速与一般湿法技术差别不大。两塔中间浆池连通，整个外形上看起来像个“凹”字，又称U型塔，如图1所示。锅炉烟气首先进入顺流塔，在此与液柱逆流接触，先去除一部分SO2，然后通过连接通道进入逆流塔，在逆流塔里面烟气与液柱再进行两向接触，可进一步去除残余的SO2，整体去除率高达95~99%。
　　
　　附图1三菱双塔结构图
　　2三菱双塔技术在脱硫改造工程中的优势
　　下面以国内某脱硫改造工程为例，通过对三种改造方案的比较，可以看出三菱双塔在改造工程的突出优势。在脱硫改造工程中，对吸收系统的改造，是整个改造工程关键点，而对于公用系统，不论采用哪一种吸收技术，其改造的技术和费用基本相同。因此，本文仅对三种改造方案中的吸收系统改造作比较。改造方案一为三菱双塔技术，改造方案二为三菱单塔技术，改造方案三为圆形喷淋吸收塔技术。
　　2.1改造工程基本设计条件
　　2.1.1改造工程煤质条件
　　该电厂采用我国的褐煤，其空干基硫量为2.5%，低位发热量为19.5KJ/kg。
　　2.1.2改造工程烟气条件
　　脱硫装置入口烟气量为1230034Nm3/h（标、湿、实际O2），入口二氧化碳浓度为6477mg/Nm3（标、湿、实际O2），入口粉尘浓度为200mg/Nm3（标、湿、实际O2）。
　　2.2主要设计原则
　　2.2.1改造后的FGD装置完全适应锅炉现行燃烧煤种所产生烟气，改造目标为FGD装置能够安全、稳定、可靠、经济运行。
　　2.2.2改造工程在设计工况下，脱硫率按≥97.0%设计，烟囱出口SO2污染物浓度<200mg/Nm3（（标态、干态、6%氧）。
　　2.2.3改造工程以尽量利用现有设施、减少拆迁和还建工程量以及不影响电厂主机运行和尽量缩短FGD装置改造工期为基本前提。
　　2.2.4其余各项设计原则与原工程保持一致。
　　2.3改造方案技术说明
　　从改造工程的烟气条件来看，改造工程烟气量增加并不大，主要在于SO2浓度的大幅度上升，必须对现有吸收系统进行改造。下面简单介绍3种改造方案中吸收系统关键设备的改造方法。
　　（1）吸收塔
　　该工程共有两台机组，一炉一塔。原有吸收塔采用日本三菱单塔技术，吸收塔尺寸为10.9m（长度）×9.9m（宽度）×29.8m(高度)，浆池液位6m。
　　方案一：完全保留原有吸收塔，作为双塔中的逆流塔，另外新增一个顺流塔，塔体尺寸为4.4m（长度）×9.9m（宽度）×24.8m(高度)，顺流塔与原吸收塔浆池相连，形成双塔，吸收塔浆池正常液位高度变更为7m，由此浆池容积加大到1309m3（比现有浆池加大662m3）。
　　方案二：将原有吸收塔大部分拆除改造，浆池区尺寸由10.9m×9.9m加大到22.8m×9.9m，浆池液位高度保持不变（6m），由此浆池加大到1354m3（比现有浆池加大706m3），吸收塔喷淋区由10.9m×9.9m加大到15.4m×9.9m，总高度由29.8m加高至33.55m。
　　方案三：将原有吸收塔尺寸全部拆除，并拆除原有的脱硫空压机房，新建一个圆形大肚喷淋塔，其浆池区直径为15.4米，喷淋区直径为12米，总高度尺寸30.4米，液面高度为14.1米，浆池容积2625m3。
　　由上可以看出，方案一浆池容积最小，这是由于三菱吸收塔塔内浆液浓度为30%，而一般喷淋塔内浆液浓度仅为15~20%。
　　（2）喷淋管和喷嘴
　　每台吸收塔原有喷淋管22根，喷嘴440个。
　　方案一：改造后喷淋管和喷嘴全部利旧，每塔另外增加9根喷淋管，180个喷嘴，单独供新增的顺流塔使用。
　　方案二：原有每台吸收塔喷淋管和喷嘴全部利旧，每塔另外增加9根喷淋管，180个喷嘴。
　　方案三：原有喷淋管和喷嘴全部拆除，每塔另外新增5组喷淋管，540个喷嘴。
　　（3）浆液循环泵和浆液循环管
　　原有浆液循环泵流量为7140m3/h，压头为19.1mLC，每塔4台。
　　方案一：原有浆液循环泵和浆液循环管完全保持不变，另外新增1台浆液循环泵，单台流量9000m3/h，压头为20mLC。新增的浆液循环泵单独供新增的顺流塔喷淋用。
　　方案二：更换原有4台循环泵电机和减速箱，同时对泵体进行改造，将泵的参数更改为单台流量7500m3/h，压头为22.5mLC，改造后的泵全部利用。同时，另外每塔增加1台浆液循环泵，单台流量7500m3/h，压头为22.5mLC。原有浆液循环管全部拆除更换。
　　方案三：更换原有4台循环泵电机和减速箱，同时对泵体进行改造，将泵的参数更改为单台流量8000m3/h，压头分别改造为17.4/19.2/21.0/22.8mlc。另外新增1台浆液循环泵，单台流量8000m3/h，压头为24.6mLC。原有浆液循环管全部拆除更换。
　　（4）氧化风机
　　每塔原有氧化风机2台，一运一备，单台流量为7500Nm3/h，出口压升为860mbar。
　　方案一：由于吸收塔液位仅增加1米，原有氧化风机余量足够，可以全部保留。另外每塔新增1台氧化风机，单台流量为9000Nm3/h，出口压升为860mbar。
　　方案二：同方案一。
　　方案三：氧化空气布置采用格栅式，氧化空气管上部浆液高度为6米，所以原有氧化风机可以全部保留。另外每塔新增1台氧化风机，单台流量为9000Nm3/h，出口压升为860mbar。
　　（5）吸收塔搅拌器
　　每塔原有三台侧进式搅拌器三台，叶片直径为1.4m，电机功率为37kW。
　　方案一：原有搅拌器全部保留，每塔新增搅拌器4台，叶片直径为1.4m，电机功率为37kW。
　　方案二：同方案一
　　方案三：原有搅拌器全部拆除，每塔新增搅拌器4台，叶片直径为1.6m，电机功率为45kW。
　　（6）除雾器
　　每塔原有除雾器1台，尺寸为10.9mX9.9mX2.5m。
　　方案一：由于原吸收塔吸收区的尺寸保持不变，原有除雾器利旧。
　　方案二：由于吸收塔吸收区尺寸发生变化，原有除雾器拆除，更换相应尺寸的新除雾器。
　　方案三：同方案二。
　　3结论
　　从对3个方案改造说明可以看出，采用方案一进行脱硫工程改造，有如下优点：
　　（1）对原有关键设备的利用程度最大。方案一最大限度地利用了原有设备，除吸收塔浆池外，对原有系统基本可以不作改动，而仅仅需要增设少量循环吸收设备满足即可满足要求。而方案二、方案三均有不同的设备需要完全拆除重新更换或者在原有的基础上进行改造。方案一一方面节省了工程投资，另一方面可缩短了工程工期，可谓一举两得。
　　（2）从下表可以看出，方案一在吸收塔、喷淋层和喷嘴、循环泵、循环管、除雾器改造方面均具有很强的经济优势，氧化风机和搅拌器虽然不具有较大经济优势，但也和其它方案持平，总的来说方案一在整体上具有很大的价格优势,一次性投资最省。
　　吸收系统关键设备经济分析
　　序号 项目 方案一 方案二 方案三
　　1 吸收塔 基准 180% 250%
　　2 喷淋层和喷嘴 基准 基准 200%
　　3 浆液循环泵 基准 150% 150%
　　4 浆液循环管 基准 150% 250%
　　5 除雾器 无 拆除并新增 拆除并新增
　　6 氧化风机 基准 基准 基准
　　7 搅拌器 基准 基准 120%
　　（3）土地面积利用率高，地形适应性最强。很明显，双吸收塔外形呈长方形柱体，比方形吸收塔和圆形吸收塔，更有利于面积的利用。在场地受限的情况下，长方形吸收塔的布置更为灵活。
　　（4）在高硫煤的情况下更具有优势。假设某脱硫工程入口SO2浓度为10000mg/NM3，根据出口排放浓度标准（200mg/NM3），则脱硫率需达到98%以上。常规脱硫技术，脱硫率一般为95~97%，当脱硫率达到98%时，虽然技术上可行，但由于去除率过高，所需浆液循环量剧增，所花的代价太大。而双塔却可以轻松达到，假设顺流塔去除率为70%，逆流塔为95%，则总去除率即可达到98.5%。而顺流塔去除率为70%，逆流塔去除率为95%，这都是可以轻松达到的。
　　4结束语
　　由于本工程原有吸收系统采用的是三菱单塔技术，采用三菱双塔技术改造，相对来说较为简单可行，优势明显。如果原工程采用的是圆形喷淋塔，即使全部拆除后重新修建，三菱双塔仍然具有较大的经济优势。这需要根据改造工程煤质含硫量、占地情况、资金来源等多种因素，作方案比较后再行决定。
　　参考文献
　　（1）李晓、段振亚液柱喷射脱硫塔的研究进展第二届全国塔器及塔内部件技术研讨会会议论文集2007年
　　（2）邓荣喜，陈丽萍石灰石-石膏湿法烟气脱硫之液柱塔（DCFS）技术广州化工2010第38卷第3期

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