液氣比是脫硫漿液的循環(huán)量與處理煙氣體積流量之比。在濕法脫硫系統(tǒng)中,液氣比是影響脫硫效率的一個重要參數(shù),液氣比過小會使系統(tǒng)脫硫效率下降;液氣比過大,不僅使脫硫漿液循環(huán)量消耗增大,還會使煙氣帶水增多而增加系統(tǒng)的水耗,并造成煙道腐蝕。本文對影響液氣比的各主要因素進(jìn)行了分析,為同類濕法脫硫系統(tǒng)的設(shè)計及設(shè)備選型等提供參考。

1 影響液氣比的因素分析

濕法脫硫系統(tǒng)中影響液氣比的因素主要有吸收塔入口SO2濃度、SO2的脫除率、噴淋層數(shù)、噴淋層間距、煙氣流速、煙氣溫度等。

1.1 入口SO2濃度

吸收塔入口SO2濃度是影響脫硫系統(tǒng)液氣比的主要因素。在其他條件相同的情況下,燃煤硫分與吸收塔入口SO2濃度成正比。隨著燃煤硫分的增大,脫硫系統(tǒng)液氣比增加,但是液氣比增加的幅度會逐漸減小。

1.2 脫硫效率

當(dāng)吸收塔入口SO2濃度一定時,決定脫硫系統(tǒng)液氣比的最主要因素是SO2的脫除效率。如果要求達(dá)到的SO2脫除效率增加,則需要增加氣液接觸機(jī)率,液氣比就必須增大。但當(dāng)脫硫效率增加到一定程度后,單從增加液氣比來提高脫硫效率,效果已不是非常明顯,反而會增加巨大的動力消耗。實(shí)際上, SO2與吸收漿液有一個氣液平衡,液氣比超過一定范圍后,脫硫率將不再增加。

1.3 煙氣溫度

脫硫系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中,機(jī)組負(fù)荷變化比較頻繁,脫硫系統(tǒng)進(jìn)口煙溫也會隨之波動。理論上,進(jìn)入吸收塔的煙氣溫度越低,脫硫系統(tǒng)水耗越低,液氣比也將越低;同時,進(jìn)入吸收塔的煙氣溫度越低,越有利于SO2氣體溶于漿液,形成HSO-3。在脫硫效率不變的情況下,液氣比隨著吸收塔煙氣溫度的降低而降低。

1.4 噴淋層數(shù)及間距

從目前國內(nèi)已建脫硫裝置來看,噴淋層數(shù)多為2～4層。噴淋層數(shù)與液氣比對照見表1。

表1 噴淋層數(shù)與液氣比的對照

從表1可以看出,隨著噴淋層數(shù)的增加,液氣比逐漸減小,并且減小的幅度越來越小;當(dāng)噴淋層為1層時,液氣比增加顯著,這也是各脫硫工程沒有選擇1層噴淋層的主要原因。例如,國電菏澤發(fā)電廠三期2×300MW機(jī)組煙氣脫硫工程噴淋層為3層,山東魏橋鋁電有限公司氧化鋁配套第一汽站8× 240 t/h鍋爐脫硫工程噴淋層為4層。

噴淋層間距對液氣比的影響較小,總的趨勢是隨著噴淋層間距的增加,液氣比逐漸降低(詳見表2)。當(dāng)噴淋層間距由1m增加到2.4m時,液氣比由10.91L/m3降到8.32L/m3。

表2 液氣比與噴淋層間距關(guān)系

1.5 煙氣流速

根據(jù)雙膜理論,提高煙氣流速可提高氣、液兩相的湍動,降低煙氣與液滴間的膜厚度,增加液滴下降過程中的振動和內(nèi)部循環(huán),提高傳質(zhì)系數(shù),降低了液氣比。另外,隨著煙氣流速的增加,噴淋液滴的下降速度將相對降低,使單位體積內(nèi)持漿量增大,增大了傳質(zhì)面積,降低了液氣比。煙氣流速與液氣比的關(guān)系見圖1。

圖3 煙氣流速與液氣比關(guān)系曲線

2 液氣比影響參數(shù)的確定

通過以上的分析可以看出:吸收塔入口SO2濃度、脫硫效率、煙氣溫度等是確定液氣比的前提條件。而合理的液氣比可以通過方案設(shè)計、選型等途徑選擇優(yōu)化的噴淋層數(shù)、噴淋層間距、煙氣流速等參數(shù)。根據(jù)煙氣中SO2的含量及運(yùn)行負(fù)荷變化,確定合理噴淋層數(shù)量。為了確保系統(tǒng)的脫硫效率,噴淋層一般設(shè)2層、3層或4層,噴淋層數(shù)過少則達(dá)不到效率要求,過多雖可以提高效率,但已不明顯,且煙氣系統(tǒng)阻力增加,反而得不償失。根據(jù)脫硫系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行工況可以選擇投運(yùn)不同的噴淋層數(shù),以滿足需要達(dá)到的脫硫效率。與噴淋層數(shù)的設(shè)置及運(yùn)行不同的是,噴淋層間距及煙氣流速的選擇一旦確定并且在脫硫系統(tǒng)施工完成后無法通過以后的運(yùn)行來調(diào)節(jié)。液氣比隨著噴淋層間距的增加而降低,從這個角度出發(fā),噴淋層間距越大越好,但是噴淋層間距增大后,塔高隨之增高,出口煙道也相應(yīng)的增高,投資增大。噴淋層間距也不能太小,否則會影響噴嘴的噴淋覆蓋率。根據(jù)不同的脫硫系統(tǒng),噴淋層間距一般選擇1.2～2.5m。

在實(shí)際工程中,煙氣流速的增加無疑會使脫硫塔的塔徑變小,脫硫塔的阻力有所增加,風(fēng)機(jī)的能耗增大,液氣比的降低可減少脫硫塔的投資和循環(huán)泵的投資運(yùn)行費(fèi)用,總的投資運(yùn)行費(fèi)用降低了。但煙氣流速過高,噴淋層噴出的霧滴將為煙氣所攜帶,增加除霧器的負(fù)荷,影響除霧器的性能,甚至?xí)a(chǎn)出二次夾帶。目前,將脫硫塔內(nèi)煙氣流速控制在3.0～4.0m/s是較為合理的。

3 結(jié)語

討論了液氣比的影響因素及各相關(guān)影響參數(shù)的選擇,對于確定合理的液氣比及控制工程造價具有一定的參考意義。在脫硫系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中,應(yīng)隨時注意鍋爐負(fù)荷增大使煙氣量增加,以及由于循環(huán)泵葉輪磨損使脫硫液循環(huán)量不足所產(chǎn)生的液氣比下降而影響脫硫率。

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