中小锅炉湿法脱硫系统设计的优化措施初探

随着国家环保形势的日益严峻，环保法规的不断完善，超低排放成为大多数新建脱硫项目的要求，即脱硫系统出口二氧化硫含量需达到35mg/Nm3以下。根据国内燃煤电厂使用的普遍煤质，一般脱硫系统进口按照1500~2000mg/Nm3原始二氧化硫浓度考虑，脱硫率需要达到98%以上。

目前，从原材料的经济性考虑，目前国内脱硫还是以钙法湿法为主流。限于石灰石本身的反应活性以及吸收反应的塔板理论，钙法脱硫在达到效率95%以后，脱硫效率继续增加所需要的液气比也会大大增加，从而带来初始投资的大大增加，以及后期运行费用及维护费用的大大增加。

为了保证较高的脱硫效率，近几年出现许多诸如单塔双循环和双塔循环等各种优化工艺，但是无可避免带来较多的投资成本增加、占地面积增大、电耗增大等不利影响，如何在传统脱硫工艺设计中进行必要的优化，尽量不增加大的投资和用电设备，是诸多行业设计者一直在努力思考的方向，笔者从多年一线设计及调试的经验出发，做了一些总结和归纳。

脱硫反应本质上是酸碱中和反应，酸碱反应的速率除了物料本身的反应活性外，其他主要参考因素是反应时间和接触效率。不管采取何种设计优化，要么是增大反应停留时间，要么是增大气液接触效率。

1、脱硫塔进口烟气改为切向进入。烟气径向进入脱硫塔后，会直接接触对面塔壁后直线上升，烟气有效行程为脱硫塔进口到最上层喷淋距离，一般按照四层喷淋考虑，最大行程为8m（一般单层喷淋间距为1.8~2m）。若烟气以一定夹角切向进入脱硫塔，则会沿着塔壁螺旋上升，烟气有效行程大大增加，类似于传统水膜除尘的烟气进塔方式。若采用75°夹角进入，一般烟气行程可增大15%~20%，也就相当于反应停留时间增大了15%~20%。

2、增加烟气托盘。托盘一般由不锈钢制成，主要由多孔板和支撑结构构成，喷淋浆液遇到托盘时，在托盘表面形成一层致密浆液水膜，烟气通过时，相当于经历了一个短暂的鼓泡脱硫层，基本上所有的二氧化硫分子均与浆液有充分接触，根据经验来说，一般一层脱硫相当于一层喷淋层的实际脱硫效果，即常规脱硫设计液气比为20的话，增加一层托盘，可以将设计液气比降低到15左右，脱硫效果基本相同。

3、调整循环泵扬程。一般脱硫系统中，喷淋层设置在10~18m之间，以18m的喷淋层为例，建议循环泵扬程在26m以上，这样可以经过管路损失后，到达每一个喷头的压力达到0.5bar以上，从而保证整个塔内所有喷嘴的设计雾化效果，不至于出现因为尾端部分喷嘴的雾化效果不佳给整体喷淋效果带来的损失。

4、优化喷淋层布置。除了必要的流体计算，塔内喷淋主管的逐步缩径之外，需要特别注意的是，喷淋支管的设计一定要避开喷淋层支架梁，一般需要所有的喷淋支管均下降20~30cm后再安装喷头(具体下降高度根据喷淋层支架梁的大小决定)，这样除了可有效表面喷淋直接喷到梁上导致梁下出现局部浆液“真空”外，也可以防止浆液对喷淋梁的冲刷，造成梁的腐蚀。

5、在脱硫塔进口设置降温喷淋装置。一般传统设计中，在湿法脱硫烟气进口设置紧急事故喷淋，是为了在脱硫系统烟温报警时，利用消防水进行紧急喷淋降温，保护塔内的玻璃钢喷淋层和PP除雾器。脱硫塔进口温度一般在130℃左右，进入塔内和浆液接触时，会降温到100℃以下，随着烟气逐渐上升以及和浆液的不断接触，最终出口温度在60~70℃。实际上，烟气由130℃降温到70℃的过程，虽然很块，但不可能瞬时完成。根据塔内平均气速3~3.5m/s，即使此降温过程只需要0.5~s时间，也表明在达到设定温度之前，烟气已经经过了2~3.5m的行程。而此行程中，烟气因为温度较高，实际体积较大，此时，气速会超过设定气速。即在烟气未降温至平均温度之前，烟气实际流速会大于设定流速。很显然，烟气进口至第一层喷淋层顶端，是浆液密度最大的时候（因为有多层喷淋的浆液累加），此区域为脱硫效率成败关键区域。如果在烟气接触浆液之前，烟气温度已经有显著降低，将大大增加此区域的实际脱硫效果。所以，在烟气进塔之初，增加一些降温措施，会从很大程度上改善此问题。当然，增加降温喷淋后需要重点考虑脱硫系统的水平衡问题。

6、设置多段变径。脱硫塔的直径由烟气量和设计气速决定。理论上，气速的降低等同于脱硫塔高度的增加，从而增大反应时间，有利于脱硫反应的进行。但脱硫塔直径加大，一方面增加了投资成本，另一方面也会带来烟气阻力增大等不利影响。故综合考虑，可以设置脱硫塔为三段变径塔，以100000Nm3/h烟气量为例，气速3~3.5m时，脱硫塔直径在4m左右，为了平衡脱硫塔高度和直径的关系，笔者在设计时，底部浆液池设计直径6.5m，中部喷淋区域设计直径5m，喷淋区域上方除雾区域设计直径3.8m。这样，浆液池变大，保证了烟气进口高度在6m左右，降低了吸收塔总高度，此高度可以利用在中间实际喷淋脱硫区域。脱硫区域实际气速在3m以下，保证了充足的反应时间，也不至于整个脱硫塔直径过大导致烟气阻力大大增加。顶部除雾区域3.8m的直径可以保证实际气速在4m/s以下，足以满足除雾器除雾性能对于烟气实际流速的需要。

综上，在不增加系统电耗的前提下，在设计中尽量采取一些较小的局部优化，在原始二氧化硫含量不是特别高的情况下，常规的单塔脱硫亦可满足目前超低排放的需要，从而给很多中小企业节约大量投资成本，达到良好的经济和社会效益。

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