湿法烟气脱硫装置吸收塔增容改造技术方案探讨
Ø国内燃煤电厂脱硫装置吸收塔增容改造常用技术方案
国内火力发电厂主要采用了石灰石-石膏湿法脱硫工艺，该脱硫工艺由国外引入，但是燃煤含硫率大幅变化的现象在国外并不存在，国外鲜有燃煤硫份大于2.5%的脱硫装置，并且国外石灰石-石膏湿法脱硫装置的脱硫效率一般要求在90%左右。
因此，对于石灰石-石膏湿法脱硫装置的增容改造技术方案，国外并无成熟经验可参考，只能结合国内实际情况，探索适合国情的改造方案。目前由于煤质变化导致脱硫装置无法运行而进行的改造不断增加，改造方案需要结合脱硫装置的实际条件对症下药。
吸收塔是整个脱硫装置的核心，对于煤种的适应性（吸收塔入口SO2浓度远高于设计值），浆液循环量、吸收塔氧化槽的容积以及是否有足够的氧化风量成为主导因素。吸收塔增容常用的改造方案包括：吸收塔增加喷淋层、吸收塔拆除重建、吸收塔增加串并联塔等。
本文以一个具体案例来分析说明各方案的改造情况。
Ø工程案例分析
3.1 情况介绍
3.2 改造方案
吸收塔增容常用的改造方案包括：吸收塔增加喷淋层、吸收塔拆除重建、吸收塔增加串并联塔等。本工程吸收塔增容改造通过比较上述常用改造方案，探讨最适合本工程实际情况的改造方案，各方案比较如表1所列。
3.2.1 方案一（塔重建）
本方案拆除原吸收塔（包括塔内件），重新建设新吸收塔（包括塔内件）。新塔直径13.8米，塔内流速3.57m/s，为降低塔高，采用变径塔。单塔采用六层喷淋层，更换为6台循环泵，容量7500m3/h。
3.2.2 方案二（塔串联）
本方案原吸收塔系统包括浆液喷淋、氧化系统等不作调整，在原GGH位置（GGH拆除）增设一座吸收塔，新吸收塔设三层喷淋层，循环泵流量为6500m3/h，塔径13.8米。
3.2.3 方案三（塔并联）
本方案原吸收塔系统包括浆液喷淋、氧化系统等不作调整，在原GGH位置（GGH拆除）增设一座吸收塔，采用与原吸收塔并联的方式。按原、新吸收塔各处理新设计参数下的50%烟气量设计。新吸收塔参照原吸收塔设计，设4层喷淋层，4台循环泵5442m3/h，塔径12.5米。
3.2.4 方案四（塔加高）
本方案原吸收塔保留原3台循环泵，增加3台同型号循环泵6850 m3/h和相应的喷淋层、喷嘴和循环管道。为降低塔高，考虑在拆除GGH后扩建一座新氧化池，引入塔内60%的浆液量，新氧化池设搅拌器、转运泵及电气控制配套设施等。
表1 吸收塔改造方案比较表
序号 | 项 目 | 方案一 （塔重建） | 方案二 （塔串联） | 方案三 （塔并联） | 方案四 （塔加高） |
1 | 主要内容 | 塔拆除，新建塔 | 原塔不动，新建一座塔与原塔串联。 | 原塔不动，新建一座塔与原塔并联。 | 原塔加高，更换喷淋层，新建一座氧化池。 |
更换循环泵、喷淋层、除雾器、氧化风机等 | 增加循环泵、喷淋层、除雾器、搅拌器、氧化风机等 | 增加循环泵、喷淋层、除雾器、搅拌器、氧化风机等 | 增加循环泵、喷淋层、氧化池、氧化风机、转运泵等 | ||
新增配套土建、电气、控制设施 | 新增配套土建、电气、控制设施 | 新增配套土建、电气、控制设施 | 新增配套土建、电气、控制设施 | ||
烟道拆除，重建 | 烟道拆除，重建 | 烟道拆除，重建 | 烟道拆除，重建 | ||
吸收塔内防腐 | 新吸收塔防腐，烟囱防腐 | 新吸收塔防腐，烟囱防腐 | 吸收塔防腐修补，烟囱防腐 | ||
2 | 占地面积 | 较大 | 大 | 大 | 大 |
3 | 塔尺寸 | 直径13.8米，高度45.5米（氧化区直径16.5米） | 新塔：Ø10.8m×37.1m | 新塔：Ø9.5m×40.0m | Ø12.6m×36.7m |
4 | 运行环节 | 少 | 多 | 多 | 多 |
5 | 能耗 | 低 | 高 | 高 | 高 |
6 | 对原有装置检修空间的影响 | 稍大 | 大 | 大 | 大 |
7 | 系统可靠性 | 高 | 稍低 | 稍低 | 稍低 |
8 | 运行维护的方便性 | 方便 | 不方便 | 不方便 | 不方便 |
9 | 检修维护工作量 | 正常 | 大 | 大 | 大 |
10 | 改造工作量 | 多 | 稍多 | 稍多 | 多 |
11 | 场地状况 | 可行，场区美观流畅 | 可行，但布置拥挤 | 可行，但布置拥挤 | 可行，但布置局促 |
12 | 工期 | 4个月 | 4个月 | 3.5个月 | 2.5个月 |
13 | 工程直接投资 | 3728万元 | 2908万元 | 2127万元 | 1213万元 |
3.3 方案比较
3.3.1 方案一
该方案新建吸收塔满足烟气流速、气液流场分布及反应时间、浆液氧化停留时间等要求，工艺成熟，技术可行，系统可靠性高、稳定性好。新设计的塔可设计留有较大裕量，对目前燃煤变化和机组负荷变化具有较高的适应性。
3.3.2 方案二
该方案由于烟气量增加较大，在原塔不动的情况下塔内烟气流速过高，远超出常规设计流速范围。气液接触时间过短，影响脱硫效率，对除雾器造成影响，同时大量浆液带入净烟道和新吸收塔，造成烟道结垢和影响新吸收塔内的反应。
3.3.3 方案三
该方案存在的最大问题是进入两塔的烟气流量不易控制，可能出现“抢风”及负荷不均匀情况，影响系统的安全稳定运行，对电厂的运行调整提出了很高的要求。
3.3.4 方案四
该方案与方案二相似，同样存在塔烟气流速过高的问题。另外，新增塔外氧化池，如何保证新、旧氧化池之间浆液之间的有效流通和保证氧化效果还无可靠措施及成熟经验；吸收塔加高及塔内件喷淋层的更换将导致原塔的受力状态发生变化，给塔的安全稳定运行带来风险，塔需要加固处理，加固同样存在一定风险。
3.4 改造方案选择
结合该工程现场实际情况，方案二与方案三所需场地较大。本工程烟气量增加一般，因此，从本工程实际出发，方案一和方案三能够满足要求，但方案一投资较方案三高，通过科学决策，则推荐采用方案四。
4工艺系统及相关系统的增容改造方案
4.1吸收及排放系统
(1)对塔体原结构设计进行校核并采取加强措施。
(2)为保证脱硫效率,每塔增加第4层喷淋层,包括喷嘴及支撑结构。
(3)每套脱硫系统增加1台浆液循环泵。
(4)在吸收塔第1层、第2层、第3层和第4层喷淋层间各增加1道浆液再分配装置,采用合金材料,满足防腐要求。
(5)原平板式除雾器改为屋脊式,设3层冲洗水,对原有的除雾器冲洗水系统进行改造。
4.2氧化空气系统
当硫的质量分数由1.0%增加到2.0%时,氧化空气量增加。结合现场实际,改造设计如下:
(1)每塔原来2台8500m3/h风量的氧化风机更换为风量为10000m3/h的氧化风机,另增加1台风量为10000m3/h的氧化风机,全部采用曝气方式进入吸收塔,塔内的合金曝气管道及其支撑结构重新设计。
(2)氧化空气管道需重新设计。
4.3浆液制备系统
干粉制浆可作为磨机系统制浆不足的备用系统,新增1套出力为28t/h的干粉制浆系统,包括相应的石灰石粉仓、流化风机、变频旋转给粉机、螺旋给料机等配套设备。
4.4石膏脱水系统
当煤中硫的质量分数由1%增加到2.5%时,单台机组的石膏浆液排出量由130m3/h增加到300m3/h,原有的一级、二级脱水系统已无法满足出力要求,需要对原有的石膏脱水系统进行改造
4.5工艺水系统
增容后原有的工艺水泵出力不足,将其更换为流量300m3/h、扬程55m的新泵。
4.6其他改造
控制系统、电气系统、土建部分进行相应改进。
5结论及建议
脱硫系统对燃煤含硫率变化的适应能力是有限的，由于燃煤煤质的变化，部分脱硫装置面临着增容改造的局面，特别是其核心吸收塔的增容改造。因此对吸收塔的增容改造应本着因地制宜的原则，首先需要对原吸收塔性能进行分析评判，结合实际设计参数（比如烟气量及入口二氧化硫浓度等）、现场场地布置情况、工程投资、工期要求、施工条件等多种因素，多方案地进行详细的技术经济比较，寻求适合该改造项目的最优方案，以达到最佳改造效果。
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