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湿法脱硫设备主要技术特点解析

作者:绿健环保 来源:浙江绿健环保设备有限公司 发布于:2018-04-30 14:26:33

       湿法脱硫设备主要技术特点解析,我国以煤炭为主的能源结构和日趋严格的环保政策,使得我国的脱硫产业在200年-2005年间得到了爆炸式的发展。大型火电机组脱硫工程基本上引进国外先进的脱硫技术,技术责任由国外技术所有方承担。为了有效地解决我国脱硫工程造价高、脱硫技术过于依赖国外、自有技术大型化能力低等问题,国家发改委先后制定并出台了《火电厂烟气脱硫关键技术与设备国产化规划要点》、《关于加快发展环保产业的意见》、《关于加快火电厂烟气脱硫产业化发展的若干意见》等文件,明确了积极鼓励自主创新的脱硫产业化发展模式。


  在国家脱硫产业化政策的鼓舞下,针对湿法脱硫引进技术在我国商用工程中出现的技术瓶颈和关键问题,围绕提高脱硫性能和节能降耗两个主题,进行了创新研究,开发了适合国情的燃煤电厂SO2治理及装备升级优化的关键技术,形成了一整套具有自主知识产权的烟气脱硫技术,并成功应用于多个燃煤脱硫工程,实现了脱硫装置运行的高效率、高可靠性和高经济性。

湿法脱硫设备

  1、主要研究内容
  1.1 关键技术
  以气液分配提效为核心的湿式高性能脱硫技术主要研究板环的特性与设计、压力降特性及节能、脱硫性能 试验等。

  1.1.1 板环的特性与设计
  凸凹面多孔板环的设计与原始的吸收塔设计参数有直接的关系,如:空塔气速、塔内气流分布、旋流雾化喷咀的设计参数及性能,吸收塔直径、喷淋层数与间距、循环泵的运行状态与压力、锅炉负荷变化等。凸凹面多孔板环的主要设计参数有:每层板环的面积(F1)、板环层数(n1)、板环安装角度(a)及孔径和开孔率等。
  若吸收塔原始参数已知,且实际运行过程中各种参数变化不大,研究结果表明,凸凹面多孔板环面积F1只与吸收塔有效截面积F0有关:
  F1=F0/(12-16)
  当每层喷淋层之间的间距及其他原始设计参数已知及运行状况不变时,试验研究结果显示,板环层数(n1)与喷淋塔设计喷淋层数(n0)有关:
  n1=n0-1
  板环安装角度主要由两个因素决定,即吸收浆液密度高时,安装角度大。试验研究结果显示,在设计条件下板环安装角度以270度-320度为宜。
  试验结果表明,板环的孔径越小,开孔率越大,则气液传质效果越好,反应效率越高,但因结垢堵塞孔的趋势也越大。开孔率大反应效率不明显,且孔径、开孔率与气、液介质特性(密度)与吸收塔内所处的环境(气流分布、勾流现象、沿壁所形成的小“瀑布”)状况有关。研究结果表明,孔径一般在18-30mm、开孔率为15%-30%之间选择为佳。如孔距之间的距离相等,则孔径与孔间距及开孔率之间的关系可由下式计算:
  (省略)
  式中:Q为开孔率;Aa板环孔总面积;A0板环总面积;t为孔间距。

  1.1.2 压力降特性及节能
  喷淋塔压力降试验装置中,喷淋塔高有4层喷淋层3层板环,吸收塔截面积0.6m2,烟气进口中?线距底层喷淋为2m,每层之间的间距为0.8m,三层板环安装在上下两层的中间位置,处理烟气量最大可达10000m3/h,分别设烟气进口及出口的压力测点,进口烟道为方形设计,水平线角度为18度,每层喷淋密度力45m3/m2/h,微光粒径分析仪测试喷嘴喷气的中位粒径为2100um。板环是由长为4900mm,宽为20mm的凸凹面有机玻璃条制成,板环开有约为5mm的孔径,孔距为8mm,开孔率约为20%,安装在上下两层喷淋层中间位置。
  吸收塔中总压力损失应由两部分组成,即沿程阻力损失H1和喷淋气液两项逆流接触所产生的压力降(三角形PSP),即三角形P总=H1+三角形PSP。沿程摩擦阻力损失(H1)是由吸收内部构件(如所有喷淋管及喷咀布置及环支架,板环层数及板环开孔率、孔径及其支架等)、沿墙摩擦、弯头等组成。当吸收塔气液两项速度不变时(脱硫装置运行在设计状态下),沿程阻力损失(H1)应是一个常数,在这种情况下,喷淋气液两项逆流接触所产生的压力降(三角形PSP)应该是进口烟道中心线以上,运行喷淋层数总和的函数,因此,可通过调整吸收塔内喷淋层运行层数,通过压力测点测量吸收塔压力损失变化,可了解带有板环的喷淋塔压力损失特性。

  该试验研究是在烟气速度分别为2.1m/s以及3.4m/s并经以下喷淋层运行工况下进行:2和3喷淋层运行,距中心线高度3.6m;1和4喷淋层运行,距中心线高度4.4m;2和4喷淋层运行,距中心线ymya4.4m;2、3和4层喷淋层运行,距中心线高度4.4m;3和4层喷淋层运行,距中心线高度4.4m;1、2层运行,距中心线高度2.8m。

  表1列出了无喷淋状态下,烟气流速对吸收塔沿程阻力的影响。表2、表3为试验条件下,调整喷淋层运行状态对吸收塔压降的影响。
  从表1可以看出,吸收塔沿程阻力压降随烟气流速的增加而增加,在试验条件下,当烟气流速为2.5m/s时,吸收塔沿程阻力损失为35Pa当烟气流速为3.5m/s时,4层喷淋、3层凸凹板环的情况下吸收塔的沿程阻力损失可达100Pa以上。
  从表2可知,当吸收塔喷淋密度不变时,吸收塔的总压降随喷淋高度增加而增加。从表3可知,当吸收塔喷淋高度不变时,吸收塔内的喷淋密度增加,吸收塔总阻力增加

  1.1.3 湿法脱硫设备脱硫性能试验研究
  试验装置处理气量10000m3/h,整个装置山模拟烟气配制系统、石灰石制浆计量系统、吸收氧化系统和排浆系统组成。凸凹面多孔板环长为4.9m,宽为20mm,板环中有约为5mm的孔,孔距为8mm,开孔率约为20%,安装在两层喷嘴中间位置,安装角度为25度。

  试验台的主要特点是:物理、化学模拟试验兼顾;系统有一定的可调性,空塔流速可在3-6m/s的范围内变动;吸收塔有效喷淋高度可调节,最高为6m。试验结果分别见表4、表5。满负荷时,四层喷淋,烟气流速 3.5m/s;70%负荷时,三层喷淋,烟气流速2.4m/s。试验条件:满负荷时,SO2浓度4300-5200mg/m3,液气比 13L/m3,液滴中位粒径2100um。

  凸凹面多孔板环改善了沿壁面而上的气流分布,有效地实现了沿壁而下的“瀑布”式浆液的再分配、强化了传质过程,改善了表面反应速率。由表4 可知,当SO2浓度不变,液气比不变,烟气满负荷时,脱硫效率随板环层数的增加而增加。同时,吸收塔系统压降也增加,值得注意的是,当塔内高有一层板环时,脱硫效率可增加5%-10%,但吸收塔系统压降几乎不变。由表5可以看出,当烟气负荷降至70%时,在无板环的状态下,三层喷淋脱硫效率低于90%,随着板环层增加脱硫效率增加;当设有两层板环时,脱硫脱硫可达95%,但吸收塔系统压降基本不变。这个结果说明,当脱硫塔运行在机组低负荷的状态下,若使脱硫效率达90%以上,必须4台循环运行,将增加系统能耗,这说明板环不仅具有提高脱硫效率的优点,也具有吸收塔在低负荷运行状态下的节能作用。

  1.2 关键装备升级优化
  1.2.1 高效除雾器技术
  通过数值模拟和设计优化等措施,考察了布置方式、气流分布对除雾性能的影响及阻力特性,研究了冲洗喷嘴的压力与流量、扩散角、冲洗液滴粒径等因素的影响关系,研发出适合我国国情的系列脱硫除雾器,实现了脱硫除雾器设计和制造的国产化,该系列脱硫除雾器市场占有率达30%以上。除雾器可适应的烟尘浓度为600mg/m3,除雾器临界流速为4.5m/s。

  1.2.2 物料分配技术
  针对湿法烟气脱硫装置中一级旋流脱水和二级皮带脱水系统之间的连接、切换、分配系统存在的问题,结合旋流器底流一般设计采用自流到脱水皮带机的设计特点,通过采用流体自流溢流等溢流线均匀分配原理,将浆液均匀分配到多台皮带机。该技术的应用,使得脱硫石膏的含水率从10%-12%降至8%-10%。

  1.3 技术集成及升级优化
  湿式高性能烟气脱硫技术采用石灰石湿法脱硫工艺,反应在吸收塔中完成,送入吸收塔的吸收剂一石灰石浆液与经烟气再热器冷却后进入吸收塔的烟气接触混合,烟气中的SO2与吸收剂浆液中的碳酸钙以及鼓入的空气中发生化学反应,生成二水硫酸钙(CaSO4.2H2O)即石膏;脱硫后的烟气依次经过除雾器除去雾滴、烟气再热器加热升温后,经烟囱排入大气,脱硫石膏经脱水后回收利用。
  为了使得湿式高性能烟气脱硫工艺有效展开和实施,同时根据该工艺实施需要,创新了成套高流速平板除雾和脱硫石膏一、二级脱水装置分配设备,使得湿式高性能烟气脱硫工艺及其关键设备形成一整套完整的工艺设备体系。

  2、主要技术特点
  2.1 关键问题研究使得系统性能提高
  经过多年试验和研究,开发了在吸收塔内以气液分配提效技术为核心的湿式高性能脱硫技术。采用创新多孔环板装置,使吸收塔塔壁附近可能逃逸的烟气重新回到脱硫区域,从而既改善了吸收塔内烟气分布的均匀性,又大大减少了逃逸烟气,同时装置具有浆液会聚功能,使挂壁的吸收浆液会聚并进行再分配,从而既提高了吸收浆液分配的均匀性,又提高了真正参与脱硫的液气比,改善了吸收塔塔壁区域的传质状况。在液气比等边界条件保持不变的条件下,脱硫效率随着凸凹面多孔板环层数的增加而增加。当仅在底层喷淋层设置凸凹面多孔板环时,脱硫效率可提高5%-10%,而此时吸收塔系统的压力降几乎没变;在低负荷条件下,凸凹面多孔板环的提效作用可减少循环泵的运行台数,降低能耗,实现低负荷运行状态下的节能效果。在液气比保持不变的条件下,提高吸收剂的利用率和SO2的综合脱除率;在脱硫效率一定的条件下,可降低液气比,降低吸收剂和电的综合消耗,降低工程投资和运行成本,亦即气液分配技术具有脱硫装置提效和节能降耗、节约投资的双重功能。

  2.2 湿法脱硫成套设备开发使得系统稳定性提高
  湿法脱硫设备主要技术特点解析。
通过流场模拟、性能试验等,研制出适合高流速、高烟尘等复杂工况的系列脱硫除雾器,实现了脱硫除雾器设计技术和制造技术的国产化,形成了高效率、低压降、冲洗效果好、适合国情的高流速除雾器、高烟尘除雾器等系列脱硫除雾器。
  湿式高性能烟气脱硫工艺技术及其关键设备的成功开发,不仅使SO2的脱除效率提高,而且整个系统占地面积减小,有效地降低了脱硫工程初投资,节约脱硫系统的运行费用。
  通过物料分配装置优化设计、设备改造和研制,有效解决了国内脱硫装置一级旋流脱水和二级皮带脱水系统之间分配系统复杂、切换不便;容易堵塞,耐腐耐磨性能差;工作环境差,难维护,不利于文明生产等问题,提高了脱硫副产物的脱水性能。同时脱水系统采用多功能三位四通、多位多通系列分配器,不仅解决并增强了系统切换功能,而且能实现多通道同时使用且浆液均匀分配的功能,增强了脱硫石膏脱水系统对负荷的适应能力,提高了脱水系统的处理效率,简化了系统。

  3、结语
  湿式高性能脱硫技术已成功应用于国内多个火电机组脱硫工程,多年的运行经验表明:在机组负荷为30%-110%时,各设备运行稳定,技术参数(脱硫效率、除尘效率、排烟温度、石灰石耗量、水耗和电耗等)优于设计值;在机组负荷100%时,脱硫效率提高了约5%-10%,其他参数明显得到优化提高;在机组负荷50%-70%时,不仅能提高脱硫效率,也有明显的节能作用,约5%-8%。工艺流程合理,系统简单,易于操作,监控性强。整套脱硫装置具有高效、节能、可靠的特点。
  该技术的成功运用,有效改善了脱硫工程技术现状,在燃煤电厂脱硫提效、升级优化、节能降耗改造中,具有强大的竞争力,推广前景广阔。


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