浅谈600MW机组湿法脱硫吸收塔的设计

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年６月　电　力　环　境保护　第２３卷　第３期　浅谈６００　ＭＷ机组湿法脱硫吸收塔的设计　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＷＦＧＤ　ａｂｓｏｒｂｅｒ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　６００　ＭＷ　ｕｎｉｔ　谭学谦　（广东省电力设计研究院，广东广州５１０６００）　摘要：结合广东某６００　ＭＷ机组吸收塔的设计实例。对吸收塔的结构尺寸、内部件及防腐等关键工艺设计进行了阐　述，以便为国内同类型脱硫工程吸收塔的设计提供借鉴及参考。　关键词：烟气脱硫；吸收塔；工艺设计；结构尺寸；内部件；防腐　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｅｉｎｇ　ｔｈｅ　ＷＦＧＤ　ａｂｓｏｒｂｅｒ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　６００　ＭＷ　ｕｎｉｔ　ｉｎ　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　ｐ　ｒｏｖｉｎｃｅ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｓｔｒｕｃｔｕ　ｒｅ　ｓｉｚｅ，ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｐａｒｔｓ　ａｎｄ　ａｎｔｉｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，Ｉｔ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｉｍｉｌａｒ　ＦＧＤ　ｐ　ｒｏｊｅｃｔｓ　ｉｎ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＦＧＤ；ａｂｓｏｒｂｅｒ；ｐ　ｒｏｃｅｓｓ　ｄｅｓｉｇｎ；ｓｔｒｕｃｔｕ　ｒｅ　ｓｉｚｅ；ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｐａｒｔｓ；ａｎｔｉｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　中图分类号：Ｘ７０Ｉ．３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００９—４０３２（２００７）０３—０３２—０４　吸收塔是石灰石一石膏湿法脱硫装置中最为核　心的设备，ＳＯ　的脱除与脱硫产物亚硫酸钙的氧化　超过设计水平，其中塔内脱硫效率不低于９７％，远　高于９２％的设计值。本文将简要介绍该工程吸收　塔系统的工艺设计。　都是在吸收塔内完成的。因此，吸收塔设计的合理　与否，将直接决定整个脱硫项目的成败。作者曾参　与广东某电厂６００　ＭＷ机组湿法脱硫工程吸收塔系　统的设计。该电厂烟气脱硫工程于２００６年８月２３　日顺利通过广州市环保局的验收。脱硫装置自投运　以来，吸收塔系统运行良好，各项性能指标均满足并　１　吸收塔主要设计参数　本工程吸收塔为喷淋空塔，钢结构，直径１６ｍ，　高２９．７　ｍ，底部浆池与塔体为一体结构。其主要设　计参数见表１。　表ｌ吸收塔主要设计参数　主要设计参数及规格　吸收塔设计入口烟气量（湿态）／Ｎｒａ　・ｈＩ１　吸收塔入口烟气温度／℃　吸收塔设计出口烟气量（湿态）／Ｎｍ　－ｈ　吸收塔出口烟气温度／℃　吸收塔设计处理烟气压力／Ｐａ　塔内ｐＨ值　塔内悬浮液密度（最大值）／ｋｇ・Ｉｒｌ　Ｉ３　塔内最大Ｃｒ质量分数／％　数值　主要设计参数及规格　吸收塔最高液位／ｒａｍ　吸收塔设计脱硫效率／％　除雾器形式　除雾器供应商　除雾器出口处烟气携带水量／ｒａｇ・ＮｒａＩ３　喷淋层数　喷淋主管　喷淋支管　数　值　９８００　≥９２　两级。屋脊式　ＭＵＮＴＥＲＳ　≤７５　３　ＦＲＰ管　多根ＦＲＰ变径管组威　２　３４１　８７９　１０２　２４４３　７２１　４７　一１　０００／４０００　５—７　１　１１４　２　０　塔内浆液含固量／％　吸收塔内径／ｒａｍ　１５　１６０００　ＦＲＰ管道部件供应商　喷嘴数／个　ＳＥＬＩＰ　３×１３６　吸收塔高／ｍｍ　进口烟道内尺寸（高×宽）／ｍｍ　进口烟道壁板材质　出口烟道内尺寸／ｍｍ　吸收塔正常液位／ｍｍ　２９７００　１２　８００　Ｘ４３００　６ｍｍ厚Ｃ一２７６合金　１６０００×３　１００　９３００　喷嘴型式　喷嘴供应商每层循环浆液喷淋量／ｍ　・ｈ　氧化空气耗量（湿态）／Ｎｒａ　・ｈ　吸收塔防腐形式　三种型式喷嘴　ＬＥＣＨＬＥＲ　８　０００　８６００　塔内碳钢表面衬胶　吸收塔正常液位时浆池容积／ｍ　１　８７０　３２　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７点　谭学谦：浅谈６００　ＭＷ机组湿法脱硫吸收塔的设计　第３期　２　吸收塔结构尺寸设计　２．１吸收塔直径　．　吸收塔的直径由烟气量和烟气流速确定。在入　口烟气量一定的前提下，塔内烟气流速越高，塔直径　就越小。直径较小的吸收塔可以节省塔体钢材、内　部件（如喷淋层、除雾器及衬里）和循环泵等的投　资，因此从经济角度考虑，塔内烟气流速高些较好。　但是烟气流速过高，会造成吸收塔的压降增加（增　压风机电耗增加）。在湿法脱硫吸收塔设计中，一　般最佳烟气流速范围在３．８ｍ／ｓ左右。在此区域　内，吸收塔烟气流速对电耗的影响不明显。此外，吸　收塔的设计还应满足１１０％的过负荷工况，此时塔　内烟气流速以低于４．１　ｍ／ｓ为宜。　２．２吸收及除雾区域尺寸　吸收塔直径确定之后，再计算循环浆液量和循　环泵的数量，确定吸收及除雾区域尺寸设计参数，详　见表２。　表２　吸收及除雾区域尺寸设计参数　项　目　参数值　吸收塔人口烟道占塔直径的比例／％　塔人口烟道至第一层喷淋层的距离／ｍ　各层喷淋层之间的距离／ｍ　最后一层喷淋层至除雾器的距离／ｍ　除雾器高度／ｍ　除雾器至吸收塔出口烟道距离／ｍ　吸收塔出口烟道占塔直径的比例／％　２．３吸收塔氧化浆池容积　吸收塔氧化浆池的设计应考虑以下三个因素：　（１）石膏晶体成长的停留时间；　（２）石灰石溶解的停留时间；　（３）氧化反应容积和氧气从空气输送到浆液的　深度。　根据上述三个方面计算出的最大容积即为吸收　塔浆池容积。另外应考虑因注入氧化空气引起吸收　塔浆液液位波动，一般增加０．５９　ｍ的安全裕度。　２．４吸收塔总高　吸收塔高度由吸收及除雾区域尺寸和氧化浆池　尺寸算出。　本工程吸收塔的结构尺寸见图１。　＿—一１６　Ｏ一　一２　Ｏ　●　－　Ｌ　０１ｄ　ｍ　３　１Ｉ　，５　ｌ　２　７　。．　　，‘　１．　３　Ｏ｝０　ｌ　１．８　—１．８　１２　８ｍ×４　，１２．８ｍ×４．９　ｍ　●　２．０　Ｈ　ｊ｛　　｛　ｔ　州　￡　３　ｌ　Ｏ　ｌ　，　＿－＿　Ｏ　８　ｉ　二对　ｌｌ　　２　３　７　５　｝　Ｏ　９，３０　１　：　■■　ｌ　Ｉ　８’　Ｉ　ｌ　ｉ　Ｍ　ｌ　ｉ　Ｍ　ｌ　ｌｉ　＿——一１６　０—————一’’　图１吸收塔结构尺寸　３吸收塔内部件设计　３．１喷淋层　本工程吸收塔内设有３层喷淋层，每层喷淋层　由一根ＤＮ１　０００喷淋母管和许多分支管组成。喷淋　层一侧与循环管道连接，由循环泵将浆液均匀地输　送到每个喷嘴，每层喷淋层设计流量是８０００ｍ　／ｈ，　母管和支管的介质设计流速在１．５～３．０ｍ／ｓ之间。　若介质流速过高（＞３　ｍ／ｓ），易对管道造成磨损；若　流速过低（＜１．５　ｍ／ｓ），则易发生浆液沉淀堵塞。因　此，选择合适的介质流速对设计喷淋层显得至关重　要。通过流量和介质流速可以定出喷淋母管和支管　的管径。　浆液喷淋层均采用进口ＦＲＰ管，为多层缠绕结　构，包括最外部３ｍｍ厚耐磨耐腐层、６ｍｍ厚的耐腐　蚀结构层、３　ｍｍ厚内表耐腐层。树脂材料为Ｄｅｒａ—　ｋａｎｅ４１１一Ａｓｈｌａｎｄ，耐磨填料采用经硅烷处理过的　石英砂。　为了方便检修和维护，每层喷淋层的间距设为　１．８　ｍ。由于喷淋层跨度大，荷重大，因此，在塔内设　有支撑梁固定喷淋层。支撑梁采用空心梁结构，表　面衬有４　ｍｍ厚的橡胶内衬。喷淋层支管是通过　ＦＲＰ管固定在支撑梁上，母管则通过管座安装在支　撑梁上。安装结构形式见图２。　３３　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年６月　电　力　环境保护　第２３卷　第３期　图２　喷淋层安装结构彤式　３．２　喷嘴　喷嘴的密度由喷淋层的喷淋重叠率确定。本工　程喷淋重叠率高达２１３％，喷嘴密度（喷嘴数量／ｍ　）　不低于０．６７４。喷嘴材料为ＳｉＣ，能有效地抵抗浆液　的磨损及腐蚀。每个喷嘴设计流量为９８０１／ｍｉｎ。　浆液的雾化程度是影响吸收塔脱硫率的主要因素，　而雾化程度取决于喷嘴的种类和运行压力。本工程　混合使用了３种型式的喷嘴，保证了塔内的脱硫率　不低于９２％。　（１）单向实心锥喷嘴。用于三层喷淋层靠近塔　壁的区域，喷淋角度为９０。。此类型喷嘴的优点在　于喷嘴内部通道很大，可以有效地防止结垢堵塞；浆　液分布较均匀。单向实心锥喷嘴最大流量为　１　２００　１／ｍｉｎ，压损为８００００　Ｐａ。　（２）双向偏心空心锥喷嘴。用于第一、第二层　喷淋层中心区域，喷淋角度为１２０。。此类型喷嘴是　由两个不在同一中心轴上的上下对开的单向空心锥　喷嘴构成，喷淋时可同时产生上下两个喷淋区。其　最大流量小于等于１　６００１／ｍｉｎ，压损为８００００Ｐａ，向　上喷淋量／向下喷淋量等于５０：５０。该类喷嘴特别　适用于较大直径的吸收塔和较高的浆液流量。　（３）双侧向对称空心喷嘴。第三层喷淋层由于　靠近除雾器，其中心区域采用双侧向对称空心喷嘴，　喷淋角度为１１０。。此类型喷嘴使得同一个方向进　入的浆液形成两个切向喷淋区域。其最大流量小于　等于１　６００ｌ／ｍｉｎ，压损为８００００Ｐａ。　在布置喷嘴时，应特别注意避免将浆液直接喷　淋在塔壁、喷淋母管及支撑梁上而造成磨损。　３．３氧化空气分配母管　湿法脱硫系统常用的氧化方式有：氧化空气母　管式和喷枪式。　喷枪式氧化一般适用于中小尺寸的吸收塔。由　３４　于本工程的吸收塔直径较大，且入口ＳＯ：浓度较高，　为了确保氧化空气分布均匀及良好的氧化效果，采　用了氧化空气母管式。即在塔内设４根由ＦＲＰ材　料制成的ＤＮ２００氧化空气母管，每根母管上均布着　许多直径为２０ｍｍ的小孔。小孔位于母管底部的左　右两侧，与管道中心线的夹角为４５。。氧化空气通　过这些密布的小孔被鼓入吸收塔浆池内。小孔的出　口介质设计流速为４０～４４ｍ／ｓ。根据计算出的实际　氧化空气量和介质流速来设计氧化空气母管。　ｔ　由于氧化风机出口的氧化空气温度很高，为了　避免对下游衬胶管道和塔内氧化空气喷管造成高温　损坏，在进入吸收塔前的氧化空气母管上设有冷却　水系统，通过喷水使得氧化空气降温。　此外，在靠近支撑梁的附近不要设置氧化空气　小孔，以避免对支撑梁造成磨损。　３．４除雾器　Ｖ型除雾器通常有平板式和屋企式两种设计型　式。本工程采用的屋企式除雾器为Ｍｕｎｔｅｒｓ公司设　计的ＤＶ２１０产品，出口烟气携带水滴含量控制在７５　ｍｇ／Ｎｍ。。屋企式除雾器的优点在于适合塔内较高　的烟气流速，且除雾效率高。除雾器为两级设置，第　一级用于除去烟气中携带的大颗粒液滴，第二级则　除去烟气中剩余的细小液滴。为了维持除雾器在低　的压损下运行，配置了冲洗水系统，对除雾器进行冲　洗，保证冲洗水的覆盖率高于１５０％。除雾器的冲　洗是间断进行的，通过冲洗水的补充维持整个ＦＧＤ　系统的水量平衡。塔内除雾器及冲洗水管道采用　ＰＰ材料，能在８０℃的温度下安全运行。冲洗水喷　嘴为螺纹连接的实心喷嘴。　除雾器冲洗水的入口压力一般控制在０．２　ＭＰａ　左右。如果压力太低，会严重影响除雾器的冲洗效　果；如果压力太高，则会在冲洗过程中消耗大量的工　艺水。所以通常在除雾器冲洗水入口管道上安装有　压力调节阀，用于维持恒定的入口压力。　３．５　搅拌器　在吸收塔底部浆液池设有４台侧进式搅拌器，　用来使石灰石固体颗粒在浆液中保持均匀悬浮状　态，保证浆液对ＳＯ，的吸收和反应能力。搅拌器设　置的台数是根据吸收塔浆池容积和介质参数选取　的。搅拌器的定位精度要求较高，在水平面上，轴和　叶轮中心与吸收塔中心径向偏了４。；在垂直面上，　搅拌器中心轴向下倾斜１０。。搅拌器的转速不能过　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７血　谭学谦：浅谈６００　ＭＷ机组湿法脱硫吸收塔的设计　第３期　高，否则不利于石膏晶体的成长，且会造成叶轮磨损　严重，因此配备了减速箱控制叶轮转速。另外，由于　搅拌器处于吸收塔腐蚀环境最为恶劣的区域，其叶　轮和轴都采用１．４５２９合金钢，以便有效地抵抗浆液　的腐蚀及磨损。　３．６吸收塔滤网　为防止喷淋层喷嘴和石膏旋流器堵塞，在塔内　设置有４套滤网，其中３套安装在吸收塔循环泵入　口管道侧，另一套安装在吸收塔石膏浆液排出泵入　口管道侧。滤网采用ＰＰ材料制成，半圆形，上面分　布着许多２０ｍｍ的网孔，开孔率在４６％左右。在设　计时应确保所有网孔的面积总和要大于滤网所连接　侧的管道截面积。滤网是通过钛合金螺栓与焊接在　塔内壁上的框架进行固定的。　此外，与吸收塔循环泵入口管道连接的滤网顶　部需安装一个可移动式盖板，用来确保滤网压力释　放安全。当循环泵停止运行，泵出口侧管道内的浆　液就会倒流，此时盖板打开，释放滤网的压力，同时　也能将附着在滤网面上的固体颗粒冲洗干净。当浆　液再次平衡后，盖板会因重力而自动关闭。　３．７　吸收塔顶部通风挡板　在吸收塔顶部设有一个ＤＮ８００的电动快开通　风挡板，用于维持塔内气压的平衡。　在ＦＧＤ正常运行期间，该通风挡板关闭。当　ＦＧＤ停机时，旁路挡板打开，ＦＧＤ进、出口挡板门关　闭。此时脱硫装置内部截留的烟气会逐渐冷却。当　烟气冷却后，塔内烟气容量收缩。为避免负压对塔　体或其他设施造成损坏，此时吸收塔的通风挡板一　定要打开。另外，在吸收塔内部进行维护时也需将　挡板打开，将塔内滞留的烟气排出。　３．８管口和人孔　吸收塔壁上有许多为实现工艺要求而设的管　口，主要有进、出口烟道接口、放空口、循环泵吸入　口、喷淋层接口、吸收塔石膏浆液排出泵吸人口、氧　化空气分配母管接口、搅拌器及冲洗水接口、溢放水　口、浆液回流口、取样口、液位测量口及备用口等。　上述管口都设有法兰，管口内表面和法兰面都衬胶。　为了便于安装、检修和维护，在吸收塔上配有足　够数量的人孔门，主要设在吸收塔底部、进口烟道　侧、每层喷淋层附近、除雾器区及吸收塔顶部。　此外，吸收塔系统还安装有必需的测量装置，如　液位、ｐＨ值、温度、压力、除雾器压差等测点。　４　吸收塔防腐设计　未脱硫的烟气进入吸收塔后与浆液接触冷却为　湿烟气，生成具有强腐蚀性的酸液，其ｐＨ值为４．０　～６．５，对金属表面造成强烈的腐蚀。同时塔内浆液　一般含ｌ５％一２０％的石灰石和石膏等固体颗粒，在　喷淋、搅拌等过程中会对塔体及内部件造成磨损。　因此，为了保证吸收塔的可靠性和可用率，需对塔体　和内部件进行防腐处理。　在湿法脱硫吸收塔防腐设计中，较多使用的防　腐材料为橡胶衬里、玻璃鳞片和合金衬里。本工程　吸收塔采用橡胶衬里，设计使用寿命为１５　ａ。根据　塔内不同部位腐蚀性、磨损程度、温度冲击和应力大　小的不同，在防腐层厚度的设计上也略有不同。表　３是本工程的吸收塔防腐设计方案。　表３　吸收塔防腐设计方案　设备名称　内衬材料及厚度　底部及２．０ｍ高侧壁　２×４ｍｍ厚丁基合成橡胶　喷淋层下１　ｍ以下壁板　４ａｍ厚丁基合成橡胶　喷淋层壁板　２×４ｍｍ厚丁基合成橡胶　塔顶板　４ａｍ厚丁基合成橡胶　喷淋层以上壁、烟气出口区域　４ａｍ厚丁基合成橡胶　喷淋层支撑及其他部件支撑　４ａｍ厚丁基合成橡胶，支撑件　和人孔、接管等　上部加４ａｍ厚ＰＰ板　吸收塔人口烟道（含档雨环　６ａｍ厚Ｃ２７６合金板整体制造　及内支撑等）　５　其他　在吸收塔工艺设计中，还应特别注意对塔入口　烟尘含量的控制，一般应小于等于２００ｍｇ／Ｎｍ　。在　过高的ＦＧＤ入口烟尘浓度下运行脱硫系统，将会对　ＦＧＤ装置造成损害。一是烟尘中的飞灰会附在塔　内石灰石颗粒的表面，使得脱硫效率下降。二是会　降低脱硫石膏的品质，使石膏纯度和含水率无法达　到合同要求的保证值。三是容易造成除雾器堵塞和　结垢，影响系统运行。因此，当ＦＧＤ入口烟尘浓度　超过设定值时，应启动主保护动作，使烟气通过旁路　排走，而不应进入吸收塔系统。　收稿日期：２００７—０２－Ｏｌ；修回日期：２００７—０４－１６　作者简介：谭学谦（１９７４．），男，广东广州市人，工程师，主要从　事电力行业烟气脱硫和脱硝技术研究和设计等工作。Ｅ—ｍａｉｌ：　ｔａｎｘｕｅｑｉａｎ＠ｇｅｄｉ．ｃｏｒｎ．ｃｎ　３５