脱硫液气比

液气比是脱硫浆液的循环量与处理烟气体积流量之比。在湿法脱硫系统中,液气比是影响脱硫效率的一个重要参数,液气比过小会使系统脱硫效率下降;液气比过大,不仅使脱硫浆液循环量消耗增大,还会使烟气带水增多而增加系统的水耗,并造成烟道腐蚀。本文对影响液气比的各主要因素进行了分析,为同类湿法脱硫系统的设计及设备选型等提供参考。

1 影响液气比的因素分析

湿法脱硫系统中影响液气比的因素主要有吸收塔入口SO2浓度、SO2的脱除率、喷淋层数、喷淋层间距、烟气流速、烟气温度等。

1.1 入口SO2浓度

吸收塔入口SO2浓度是影响脱硫系统液气比的主要因素。在其他条件相同的情况下,燃煤硫分与吸收塔入口SO2浓度成正比。随着燃煤硫分的增大,脱硫系统液气比增加,但是液气比增加的幅度会逐渐减小。

1.2 脱硫效率

当吸收塔入口SO2浓度一定时,决定脱硫系统液气比的最主要因素是SO2的脱除效率。如果要求达到的SO2脱除效率增加,则需要增加气液接触机率,液气比就必须增大。但当脱硫效率增加到一定程度后,单从增加液气比来提高脱硫效率,效果已不是非常明显,反而会增加巨大的动力消耗。实际上, SO2与吸收浆液有一个气液平衡,液气比超过一定范围后,脱硫率将不再增加。

1.3 烟气温度

脱硫系统实际运行过程中,机组负荷变化比较频繁,脱硫系统进口烟温也会随之波动。理论上,进入吸收塔的烟气温度越低,脱硫系统水耗越低,液气比也将越低;同时,进入吸收塔的烟气温度越低,越有利于SO2气体溶于浆液,形成HSO-3。在脱硫效率不变的情况下,液气比随着吸收塔烟气温度的降低而降低。

1.4 喷淋层数及间距

从目前国内已建脱硫装置来看,喷淋层数多为2～4层。喷淋层数与液气比对照见表1。

表1 喷淋层数与液气比的对照

从表1可以看出,随着喷淋层数的增加,液气比逐渐减小,并且减小的幅度越来越小;当喷淋层为1层时,液气比增加显著,这也是各脱硫工程没有选择1层喷淋层的主要原因。例如,国电菏泽发电厂三期2×300MW机组烟气脱硫工程喷淋层为3层,山东魏桥铝电有限公司氧化铝配套第一汽站8× 240 t/h锅炉脱硫工程喷淋层为4层。

喷淋层间距对液气比的影响较小,总的趋势是随着喷淋层间距的增加,液气比逐渐降低(详见表2)。当喷淋层间距由1m增加到2.4m时,液气比由10.91L/m3降到8.32L/m3。

表2 液气比与喷淋层间距关系

1.5 烟气流速

根据双膜理论,提高烟气流速可提高气、液两相的湍动,降低烟气与液滴间的膜厚度,增加液滴下降过程中的振动和内部循环,提高传质系数,降低了液气比。另外,随着烟气流速的增加,喷淋液滴的下降速度将相对降低,使单位体积内持浆量增大,增大了传质面积,降低了液气比。烟气流速与液气比的关系见图1。

图3 烟气流速与液气比关系曲线

2 液气比影响参数的确定

通过以上的分析可以看出:吸收塔入口SO2浓度、脱硫效率、烟气温度等是确定液气比的前提条件。而合理的液气比可以通过方案设计、选型等途径选择优化的喷淋层数、喷淋层间距、烟气流速等参数。根据烟气中SO2的含量及运行负荷变化,确定合理喷淋层数量。为了确保系统的脱硫效率,喷淋层一般设2层、3层或4层,喷淋层数过少则达不到效率要求,过多虽可以提高效率,但已不明显,且烟气系统阻力增加,反而得不偿失。根据脱硫系统实际运行工况可以选择投运不同的喷淋层数,以满足需要达到的脱硫效率。与喷淋层数的设置及运行不同的是,喷淋层间距及烟气流速的选择一旦确定并且在脱硫系统施工完成后无法通过以后的运行来调节。液气比随着喷淋层间距的增加而降低,从这个角度出发,喷淋层间距越大越好,但是喷淋层间距增大后,塔高随之增高,出口烟道也相应的增高,投资增大。喷淋层间距也不能太小,否则会影响喷嘴的喷淋覆盖率。根据不同的脱硫系统,喷淋层间距一般选择1.2～2.5m。

在实际工程中,烟气流速的增加无疑会使脱硫塔的塔径变小,脱硫塔的阻力有所增加,风机的能耗增大,液气比的降低可减少脱硫塔的投资和循环泵的投资运行费用,总的投资运行费用降低了。但烟气流速过高,喷淋层喷出的雾滴将为烟气所携带,增加除雾器的负荷,影响除雾器的性能,甚至会产出二次夹带。目前,将脱硫塔内烟气流速控制在3.0～4.0m/s是较为合理的。

3 结语

讨论了液气比的影响因素及各相关影响参数的选择,对于确定合理的液气比及控制工程造价具有一定的参考意义。在脱硫系统实际运行中,应随时注意锅炉负荷增大使烟气量增加,以及由于循环泵叶轮磨损使脱硫液循环量不足所产生的液气比下降而影响脱硫率。