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吸收塔除雾器优化设计和运行维护

时间:2016-06-16 11:11 点击:
摘 要:除雾器是湿式石灰石/石膏法烟气脱硫系统的重要设备,本文从叶片形式、空塔气速、整体设计以及冲洗过程设定等方面进行了讨论。结合一些工程实例,提供了在设计和运行维护中的一些建议,可通过选择合理的参数,权衡相关制约条件,从而确保除雾效率,避

  摘 要:除雾器是湿式石灰石/石膏法烟气脱硫系统的重要设备,本文从叶片形式、空塔气速、整体设计以及冲洗过程设定等方面进行了讨论。结合一些工程实例,提供了在设计和运行维护中的一些建议,可通过选择合理的参数,权衡相关制约条件,从而确保除雾效率,避免设备结垢和堵塞,维持设备的良好运行。 

  关键词:烟气脱硫;石灰石/石膏法;除雾器 

  0 引言 

  除雾器是烟气脱硫的重要设备,如果设计不当,除雾效率低下,极易导致烟气带水,严重时会出现“石膏雨”,雾沫夹带较重时还会进一步影响系统的水量平衡。除雾器如果维护不当,会引发设备堵塞结垢,造成设备损坏,严重时会发生坍塌。 

  由于建成项目的除雾器改造存在各种限制,经济上又有劣势,使人们逐渐把注意力转向如何通过选型与优化设计,合理的运行维护,来确保设备的良好投运。 

  1 设备简介 

  除雾器是化工设备中常见的气液分离装置,根据烟气脱硫系统中雾滴分布情况一般选用的是挡板型除雾器。这类除雾器的工作原理以惯性碰撞为主,气体在曲折的倾斜通道中以一定的速度向前流动,由于流向多次被改变,致使液滴在惯性力作用下,撞击在挡板表面而被捕捉,并受重力作用,逐渐向下聚集到挡板底端并流出。 

  除雾器的叶片参数包括:流程数、流程长度、片间距、高度和倾角等。技术性能指标包括:空塔气速、除雾效率、操作压降和防堵性能等。脱硫系统采用最为普遍的形式是平板式和屋脊式。安装位置多位于吸收塔上部,也有位于出口水平烟道中。除雾器普遍采用波纹板组件组装而成。为防止液滴在除雾器波纹板上结垢,需周期性进行冲洗。 

  2 叶片的选择 

  脱硫除雾器叶片最为常见的是两种形式:正弦波型(在叶片拐弯处设集液沟),三个流程的折流板型。这两种形式在脱硫项目中都有广泛运用,除雾效率都能达到预期效果。 

  正弦波型的叶片设置集液沟的初衷,主要是防止二次夹带。集液沟能够有效收集板面上的液滴,从而阻止液滴被气流再次吹走。但集液沟在遇到含固气流时会失效,因为它很快就会被堵塞。山西兆光二期2×600MW烟气脱硫工程,采用了两级都是正弦波形带集液沟的叶片形式,其除雾效果与同容量的项目不带集液沟的叶片相比,在烟气条件和塔内运行差异下,由厂家的测试得出,出口液滴含量分别为68.32mg/Nm3(标况,干态)和55.86mg/Nm3(标况,干态),可见集液沟优势并不明显。因为气流的含固性质,反而是叶片光滑、平整的叶片更易避免结垢。建议在工况较好的二级除雾器上采用带集液沟的叶片。三流程的折流板叶片的优势在于流程数的增加,提高了它的分离效率。但同时它的操作压降也较两流程的叶片要大。因此在工程中,较多的是采用以两流程叶片作为一级除雾器,而将三流程叶片作为二级除雾器。这种联合使用,既考虑了除雾效率,也避免了较大的操作压损。叶片采用PP塑料,最高耐温小于85℃,叶片厚度一般3mm,片间距20~40mm,二级除雾器作为精除,片间距也会相对小一些。 

  3 稳定烟气流速 

  塔内气速是影响除雾器除雾效率的重要因素,二者的变化规律:在临界流速以下,效率随气速的减小而下降;超过临界值,气速增大,效率会急剧下降。临界点的原因,是产生了雾沫的二次夹带,即分离下来的雾沫,再次被气流吹走。 

  设备的临界气速能够达到6m/s,吸收塔的空塔气速可选择3.5~5m/s,一般在4m/s左右,既考虑利于反应的流速,同时又兼顾塔的经济性。通过除雾器的气速产生变化的原因,可能是因为结垢堵塞,降低了通过面积,也可能是煤质变化,烟气波动。由于受电煤紧张的影响,烟气实际情况要比设计煤种和校核煤种存在较大差异。在运行中,气速的波动,应作为除雾器状态的跟踪参数。 

  4 脱硫系统的整体设计 

  除雾器的性能和系统的整体设计密切相关。在塔的构造上,除雾器最低的冲洗层距离最上的喷淋层距离为3~4m,且必须大于2m,这段距离主要为了使液滴能够充分沉降。近年来为压缩塔成本,某项目将此高度减少至1.8m。经过一段时间的运行,一级除雾器即出现了堵塞。因此该高度还需在设计中严格控制。吸收塔液气比受脱硫效率和运行能耗两大因素的制衡,大型石灰石/石膏烟气脱硫一般选取8L/Nm3以上的液气比。为追求高的脱硫效率,越来越多的项目选择了液气比上限运行,导致除雾器负荷过大,除雾效率下降。实际上,液气比一味追求上限,只能有限提高脱硫效率,选取适当的液气比,可改善除雾器的运行工况,减少烟气带水。 

  5 确保冲洗有效 

  除雾器后夹带水分的最小保证值,一般在75mg/Nm3左右。吸收塔运行中,除雾器冲洗水受水量平衡和除雾器防堵两方面的制衡。在工况波动的时候,诸如SO2浓度上升,机组低负荷运行,吸收塔常会处在高液位运行,除雾器冲洗受到制约。 

  如果停止除雾器冲洗,结垢和堵塞很快就会造成操作压损的急剧上升,一般除雾器的压损须控制在200pa以内。如果此时强行对除雾器进行手动冲洗,势必会引起吸收塔溢流,造成水量的浪费。控制逻辑上,一般选择延长冲洗周期。以河南某电厂除雾器冲洗为例,正常工况下,一天有12个冲洗周期,每次间隔2小时,每次冲洗持续2小时。但在低负荷工况下,每天只能进行3次冲洗,冲洗间隔达到了8小时,除雾器的运行工况十分恶劣。这样的处理,虽然在一定程度上缓解了两个制衡矛盾的冲突,仍然不可避免地造成了除雾器的损害。因此在低负荷运行时,应密切关注除雾器的压差变化。通过适当加大废水排放,确保除雾器冲洗不能停止。 

  6 结论 

  除雾器作为吸收塔的重要设备, 其设计选型和运行维护都对设备具有关键影响,本文结合工程实例,在设计和维护上给出了一些建议,包括:(1)将带集液沟的叶片和三流程叶片作为二级除雾器,一级除雾器尽量选择平整光滑的叶片。(2)空塔气速为4m/s左右,并在运行中记录气速波动,作为除雾器的一项跟踪指标。(3)应适当选择塔结构和液气比的参数。(4)确保冲洗有效,尤其是在吸收塔高液位运行时,通过增加系统排水,保证除雾器冲洗程序不能停止。 

  参考文献: 

  [1]郝吉明,陆永琪.燃煤二氧化硫污染控制技术手册[M].化学工业出版社,2001(04). 

  [2]董谊仁等.塔设备除雾技术[J].化工生产技术,2000(07). 

  [3]宋长清.大机组湿法烟气脱硫系统用水分析[J].水利电力机械,2006,28(02):11-14. 


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