1前言：濕法液柱煙氣脫硫技術(shù)在2000年到2001年得到了工業(yè)試驗(yàn)[1]，但試驗(yàn)至今在我國自行設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的機(jī)組較少，特別是前塔為液柱塔，后塔為噴淋塔技術(shù)目前投產(chǎn)的只有兩家。故而在施工設(shè)計(jì)中還有很多問題未得到解決，本文將對其存在問題進(jìn)行研究，提出解決方案，為該脫硫塔設(shè)計(jì)人員提供參考依據(jù)，為運(yùn)行人員提供技術(shù)指導(dǎo)。

2濕法液柱煙氣脫硫技術(shù)

煙氣進(jìn)入塔后在下降中穿過脫硫劑漿液區(qū)，其反應(yīng)區(qū)是含有脫硫劑的漿液向上噴射形成，先是自上而下與煙氣逆流的液柱，然后在頂部巨散開，形成自上而下的與煙氣順流的液滴。液柱塔的平均粒徑要大于噴淋塔的粒徑，而且在整個(gè)流場里，液滴的破碎和凝聚一直在發(fā)生，這樣抵消了煙氣流速帶來的負(fù)面影響，而且在接觸時(shí)間上占了優(yōu)勢。

噴淋塔和液柱塔在反應(yīng)塔中都產(chǎn)生了大量的下落漿滴，其典型的傳質(zhì)反應(yīng)小區(qū)域有些類似。不同之處在于，噴淋塔產(chǎn)生的液滴較小，且滴徑分布均勻。而液柱塔中的流場湍動程度大，氣液交織程度高。這表現(xiàn)在液柱塔的氣滴沒有穩(wěn)定的接觸界面，而是較為自由，其中涉及液柱的散落過程液滴的產(chǎn)生及下落過程。

在此過程中，液柱的散落以及液滴之間的碰撞造成了氣液接觸新表面的不斷產(chǎn)生。而且液滴的尺度比典型的噴淋塔液滴大，為液滴內(nèi)部流動以及液滴振蕩提供了充分的條件[2]。即液柱上升到達(dá)頂部后分散成細(xì)小的液滴，細(xì)小下落的液滴又與上升的液滴碰撞，更新傳質(zhì)表面，形成高密集液滴層，提高煙氣與吸收液的混合，使氣～液接觸，加速SO2的吸收反應(yīng)。

液柱塔具有脫硫效率高，對煤種的適應(yīng)性強(qiáng)。在滿足入口SO2濃度在400～22000mg/Nm3之間的各種條件，都具有較高脫硫效率。液柱塔還具有吸收塔高度低、氧化池容積小、電耗低、維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)[1]。

3液柱+噴淋脫硫塔介紹

某電廠2×660MW機(jī)組燃用設(shè)計(jì)煤種含硫量為3.55%（原煙氣中SO2含量為9425mg/Nm3，校核煤種為4.02%（原煙氣中SO2含量為11265mg/Nm3），前塔采用三臺漿液循環(huán)泵并列運(yùn)行，脫硫塔形式為液柱塔，設(shè)計(jì)脫硫效率為83%，后塔采用兩臺漿液循環(huán)泵，脫硫塔形式為噴淋塔，設(shè)計(jì)脫硫效率為92.4%，后塔出口布置兩層除霧器。全塔都采用方形塔，總的設(shè)計(jì)效率為98.7%。具體煙氣流程見下圖。

圖一液柱雙塔煙氣流程圖

4濕法液柱煙氣脫硫技術(shù)設(shè)計(jì)存在問題

4.1漿液循環(huán)泵位移及機(jī)封存在問題

目前國內(nèi)生產(chǎn)的漿液循環(huán)泵在設(shè)計(jì)及制造時(shí)基本都是按噴淋塔運(yùn)行方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，每臺泵出口都未設(shè)置出口電動門，啟動時(shí)漿液直接通過噴嘴直接回到塔內(nèi)，故而啟動時(shí)除了啟動電流較大以外，軸向推力很小。但在液柱塔中由于漿液循環(huán)泵都采用母管制，故而泵出口都會設(shè)置出口電動閥門，防止?jié){液通過備用泵而返回到塔內(nèi)從而影響脫硫效率。

但啟動時(shí)出口電動門全關(guān)，泵啟動后到電動門開啟前壓力比額定壓力上升量將達(dá)到3倍以上，故而對泵體推力大，從而使泵產(chǎn)生位移，從而導(dǎo)致泵與減速箱軸中心發(fā)生變化，而引起振動事故。根據(jù)某電廠在整套啟動后與單體試驗(yàn)前水平振動升高約0.10mm，危及泵體安全運(yùn)行可靠性，經(jīng)停機(jī)檢查，中心張口變化量zui大為1mm。

4.3前后塔密度差和氧化風(fēng)量問題

液柱前塔與噴淋后塔中間依靠一塊高度為13.5米的金屬分隔墻。前塔由于漿液與煙氣接觸時(shí)間長，傳質(zhì)界面不斷變新等優(yōu)點(diǎn)，前塔效率明顯高于后塔效率，主要反應(yīng)區(qū)為前塔，故面前塔為SO2主要吸收區(qū)。加上后塔布置除霧器沖洗水等因素，后塔密度明顯低于前塔。

前后塔之間聯(lián)通主要依靠后兩根DN300的管道，但該塔設(shè)計(jì)理念主要是在運(yùn)行中后塔漿液高度為13.5米（前塔正常液位在13米左右），后塔液體通過隔墻溢流到前塔，本塔設(shè)計(jì)前塔漿液濃度取30%（相當(dāng)于密度為1200kg/m3），后塔液液濃度為15%（相當(dāng)于密度為1100kg/m3）以減少后塔噴嘴磨損。

前塔底部漿液產(chǎn)生壓強(qiáng)為0.15kPa，后塔底部漿液產(chǎn)生壓強(qiáng)為0.14kPa，由于前后塔存在壓差，故而此時(shí)前后塔漿液靠兩根DN300的管道由前塔向后塔流動，以調(diào)節(jié)前、后塔密度和液位，但在實(shí)際運(yùn)行中，由于石膏漿液具有炸粘稠性，兩根DN300的聯(lián)通管道在壓差較太小不能滿足前后塔正常液位與密度，在運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)兩塔液位相等情況，故而前塔密度高，而后塔密度低情況。

另按前、后塔設(shè)計(jì)密度計(jì)算，前塔底部以上1米（氧化風(fēng)支管出口標(biāo)高）壓力為0.15KPa，后塔底部以上1米（氧化風(fēng)支管出口標(biāo)高）壓力為0.14KPa。由于前塔壓力高，后塔壓力低，故而如果對前、后塔氧化風(fēng)門調(diào)整不到位則會造成前塔氧化風(fēng)量明顯不足，后塔氧化風(fēng)量過剩，造成前塔CaSO3˙0.5H2O增加，石膏脫水困難。

4.4脫硫塔周邊地溝不能排漿

脫硫前后塔都采用方形設(shè)計(jì)，本機(jī)組pH在線測量與密度在線測量裝置和石膏排出泵底排及漿液循環(huán)泵底排管道都要經(jīng)過一個(gè)或兩個(gè)以上90°直角彎道，但由于石膏漿液密度大，加上地溝標(biāo)高設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致漿液在流動過程中流程長，轉(zhuǎn)角多沿程阻力大且易于沉淀等因素，石膏漿液不能順利流到地坑而堵塞在地溝內(nèi)，2～3天就要清理一次地溝，造成現(xiàn)場文明生產(chǎn)不易保持，清溝費(fèi)用大等問題。

4.5干濕界面結(jié)垢

前塔布置采用液柱噴淋，隨著泵運(yùn)行臺數(shù)的增加，液柱高度會不斷發(fā)生變化，故而在部分負(fù)荷和高負(fù)荷時(shí)始終有一部分塔體裸露于煙氣中，此時(shí)設(shè)計(jì)人員考慮到該部分墻面會結(jié)垢，于是在干濕界面的四周布置了沖洗水，防止該墻體及上部梁結(jié)垢，但在運(yùn)行中出現(xiàn)了大量結(jié)垢情況。

4.6石膏脫水困難

由于液柱脫硫塔脫硫效率高，適合在高硫煤中應(yīng)用，脫硫效率達(dá)到98.7%，但在運(yùn)行中脫率效率沒有到達(dá)設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行人員在運(yùn)行中初始階段為了不影響機(jī)組接帶負(fù)荷，提高pH以保證脫硫效率，但石膏脫水時(shí)“拉稀”，石膏品質(zhì)嚴(yán)重不合格。

4.7脫硫效率偏低

本脫硫塔形式為液柱塔，前塔設(shè)計(jì)脫硫效率為83%，后塔設(shè)計(jì)脫硫效率為92.4%，總的設(shè)計(jì)效率為98.7%，但在運(yùn)行中效率在設(shè)計(jì)煤種時(shí)只能達(dá)到97%左右，從而達(dá)不到設(shè)計(jì)和運(yùn)行要求。

5存在問題解決方案

5.1漿液循環(huán)泵位移及機(jī)封損壞

前塔漿液循環(huán)泵出口管道采用母管制，在啟動初期為防止前塔漿液倒流，啟動第二臺及以上泵時(shí)須采用出口閥關(guān)閉啟動，而出口管道較大，泵啟動后出口閥門開完時(shí)間約為5分鐘，此段時(shí)間內(nèi)將出現(xiàn)悶泵情況，壓力由正常運(yùn)行時(shí)的0.2MPa升高到0.5MPa以上，比正常運(yùn)行時(shí)的壓力升高了2.5倍，此時(shí)產(chǎn)生大量的軸向推力。從而將循環(huán)泵產(chǎn)生位移，為限制其位移，可在泵上加裝限位裝置，克服泵的移動。

機(jī)械密封裝置同樣也主要存在啟動階段壓力高而超壓運(yùn)行。此時(shí)可采用三種方法，一是提高機(jī)械密封的設(shè)計(jì)壓力，以防止損壞機(jī)封；二是采用再循環(huán)，在泵啟動階段打開再循環(huán)門，防止超壓運(yùn)行；三是采用變頻啟動，啟動后采用低頻運(yùn)行，待出口閥門全開后提高頻率，以達(dá)到額定出力。以上幾種方法中，方法一在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)考慮，后期不易更改；方法二存在運(yùn)行中再循環(huán)關(guān)閉不嚴(yán)，降低脫硫效率風(fēng)險(xiǎn)；方法三zui為可靠，但只需改動一臺循環(huán)泵就可實(shí)現(xiàn)，同時(shí)在運(yùn)行中也可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能調(diào)節(jié)作用。

5.2液柱噴嘴堵塞

機(jī)組每次停運(yùn)zui后一臺漿液循環(huán)泵前，將前塔液柱噴嘴再循環(huán)閥打開，以使?jié){液通過再循環(huán)全部流回塔內(nèi)，每次停機(jī)前須將漿液密度降低到1100～1080kg/m3,以降低漿液濃度，減少石膏堆積量。每次停運(yùn)機(jī)組后須對前塔噴嘴進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)堵塞的噴嘴應(yīng)及時(shí)清理干凈。

5.3前后塔密度差和氧化風(fēng)量平衡

前后塔由于在運(yùn)行中，兩根DN300的管道不能滿足前后塔漿液循環(huán)要求，可在中間隔板上底部和中部開孔，以使兩邊的漿液建立循環(huán)系統(tǒng)。氧化風(fēng)量的調(diào)整應(yīng)根據(jù)亞硫酸鈣含量調(diào)整，一般后塔氧化風(fēng)量只需開1/4即可，但在運(yùn)行中還要根據(jù)后塔CaSO3˙0.5H2O含量進(jìn)行調(diào)整。

5.4脫硫塔周邊地溝不能排漿

脫硫塔漿液由于密度高，粘性大，石膏較易沉淀等特性，方塔存在地溝轉(zhuǎn)角多，路線長等，導(dǎo)致漿液不能順利排到地坑，經(jīng)實(shí)踐應(yīng)證明采用pH計(jì)、密度計(jì)設(shè)計(jì)成母管制，并調(diào)一定高度差，排漿時(shí)設(shè)置一路沖洗水，便于排漿時(shí)及時(shí)稀釋和輸送漿液，且每一個(gè)轉(zhuǎn)角彎頭處都采用法蘭連接，發(fā)現(xiàn)堵管時(shí)便于及時(shí)疏通，解決了地溝排漿問題。

5.5干濕界面結(jié)垢

運(yùn)行中，運(yùn)行人員往往為了提高脫硫率而保持高的pH運(yùn)行，但高pH運(yùn)行時(shí)漿液中CaCO3含量高，增加了漿液積垢機(jī)率[2]，故而在運(yùn)行中前塔pH控制在4.8～5.3，后塔pH控制在5.0～5.6之間，同時(shí)還應(yīng)定期開啟干濕界面沖洗水，實(shí)踐證明每次開10分鐘較為合理。

同時(shí)根據(jù)資料[3]可知，當(dāng)漿液中亞硫酸鹽的氧化率在15%～90%范圍時(shí)，脫硫系統(tǒng)易發(fā)生石膏結(jié)垢，當(dāng)氧化率在15%以下時(shí)，易發(fā)生CCS（亞硫梳鈣和硫酸鈣的混合晶體）共沉淀，此時(shí)對石膏來說是在非飽和狀態(tài)下進(jìn)行，其結(jié)垢便不會發(fā)生，當(dāng)氧化率在90%～95%以上時(shí)，漿液里有石膏晶體存在，硫酸鈣將首先在其晶體上沉淀，從而避免設(shè)備表現(xiàn)上結(jié)垢。

在濕法脫硫工藝中，為了防止結(jié)垢只有將氧化率控制在15%以下或90%以上，但氧化率過低亞硫酸鈣含量過多，造成石膏脫水困難，石膏品質(zhì)不合格。為防止結(jié)垢，氧化率的控制也至關(guān)重要，要求漿液中的石膏晶體（CaSO4˙2H2O）含量在90%以上。

5.6石膏脫水困難

由于運(yùn)行中脫硫效率未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行人員經(jīng)常將前塔pH控制在5.5～5.9，后塔pH控制在5.8～6.2之間，石膏中的CaCO3含量在2.4～2.6%之間，CaSO4˙2H2O含量為60～70%，石膏晶體含量達(dá)不到要求，故而石膏脫水困難給運(yùn)輸和綜合利用造成極大困難。

根據(jù)資料[5]可知，漿液pH達(dá)到5.6以上時(shí)，CaSO4˙2H2O含量迅速下降，當(dāng)pH升高到6.0以上時(shí)，CaSO4˙2H2O含量僅為70%左右。故而pH值升高對石膏晶體形成相當(dāng)不利。在運(yùn)行中初期提高pH值對運(yùn)行確實(shí)能起到提高脫硫效率，但隨著運(yùn)行時(shí)間的增長，漿液中的H+增加，不利于Ca2+的溶解，反而使效率降低，同時(shí)漿液中CaSO4˙2H2O含量也降低，造成石膏脫水困難。

運(yùn)行中前塔pH控制在4.9～5.4，后塔控制在5.1～5.6。運(yùn)行一段時(shí)間后漿液中的CaSO4˙2H2O含量達(dá)到98～92%。一級脫水中，旋流器脫水率要求底流濃度在45～60%（底流濃度在50%以上效果更佳），經(jīng)測量在運(yùn)行中旋流器底流濃度僅為42%，故而造成脫水困難，經(jīng)改造將旋流器原沉沙嘴由原來的Ф28的改為了Ф25，經(jīng)測量底流密度由原來的1314kg/m3升高到了目前的1520kg/m3，根據(jù)公式C=（1－1/ρ）/（1－1/a)可算出改造前后底流濃度由42%提高到了60%，降低了石膏含水率。進(jìn)一步改變了石膏品質(zhì)，經(jīng)化驗(yàn)石膏中CaSO4˙2H2O含量達(dá)到了92%以上，含水率小于12%。

5、7脫硫效率低

由于前塔采用600個(gè)液柱噴嘴，在安裝時(shí)很難達(dá)到垂直度都達(dá)到要求，故而交塔靠塔體邊界難免存在“空隙”，造成煙氣逃逸，后塔布置兩臺漿液循環(huán)泵，從循環(huán)泵的數(shù)量來看，當(dāng)兩臺運(yùn)行時(shí)漿液氣液比為11L/m3,雖然已達(dá)到資料[6]推薦液氣比，但目前國內(nèi)一般都采用三層以上噴淋塔，這樣可減少煙氣“空隙”。

后塔采用兩層噴淋，對脫硫效率不利。針對此問題在不改變漿液循環(huán)泵的情況下可采用壁環(huán)與增加托盤的方法，壁環(huán)主要是防止塔壁邊緣產(chǎn)生煙氣逃逸，故而提高脫硫效率量較少。而脫硫托盤產(chǎn)生的阻力造成氣體流量均勻地分布在塔截面。在氣體和漿液剛接觸時(shí)形成了這種阻力使?jié){液均布，并惠及到吸收區(qū)。

因此，漿液和煙氣的接觸在整個(gè)吸收區(qū)域都被優(yōu)化。在無托盤的噴淋空塔，煙氣靠每次穿過噴霧層整流。但是，當(dāng)煙氣被連續(xù)的噴淋漿液阻力重新分布的時(shí)候，煙氣已經(jīng)過大多吸收區(qū)。這就沒有充分利用所提供的L/G（液氣比）。不均衡的氣體分布導(dǎo)致在吸收塔截面上高或低的L/G。

在L/G比設(shè)計(jì)值高的區(qū)域，脫除二氧化硫的效率也高于設(shè)計(jì)。托盤比噴淋層提供了更有效的煙氣和漿液接觸方式。*，在氣液吸收系統(tǒng)中接觸設(shè)備是優(yōu)化設(shè)計(jì)中zui關(guān)鍵的設(shè)備。事實(shí)上，大多數(shù)電廠*吸收塔采用填料或托盤。托盤在吸收塔內(nèi)的作用通常是25至30L/G。

也就是說，一個(gè)帶有托盤的吸收塔比無托盤的空塔可以少25至30L/G。根據(jù)資料顯示在沒有托盤的60L/G時(shí)可達(dá)到80％的脫硫效率，而有托盤的35L/G時(shí)也能達(dá)到。該數(shù)據(jù)還說明，在有單托盤的60L/G時(shí)，脫硫效率可以達(dá)到95%。

6結(jié)語

液柱+噴淋塔在我國自行設(shè)計(jì)與使用技術(shù)發(fā)展至今應(yīng)用較少，在設(shè)計(jì)與施工中還存在較多技術(shù)難題未得到突破，運(yùn)行人員對其脫硫效率的掌控還不是成熟，在運(yùn)行中只有多加思考與摸索才能解決現(xiàn)場存在問題。

機(jī)封設(shè)計(jì)時(shí)由于未考慮閉閥啟動壓力升高影響，在啟動過程中，機(jī)封超過所能承受的額定壓力，故而在啟動中，機(jī)封變形，引起機(jī)封損壞。

4.2液柱噴嘴堵塞問題

由于液柱噴嘴安裝時(shí)要注水平安裝以保證每個(gè)噴嘴都能自下而上的噴射漿液，特別是為防止未端噴嘴有足夠漿液噴出以防止煙氣通道形成，噴嘴母管都要求水平安裝。在機(jī)組停運(yùn)漿液循環(huán)泵時(shí)，由于濃度較大的漿液在回流時(shí)流速低、粘性大，大量石膏產(chǎn)物將停留在噴嘴母管內(nèi)，造成噴嘴堵塞，從而影響脫硫效率。