航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院氣動(dòng)脫硫技術(shù)與設(shè)備簡(jiǎn)介
一、簡(jiǎn)介
氣動(dòng)脫硫技術(shù)是中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院發(fā)揮航天高新技術(shù)優(yōu)勢(shì)，運(yùn)用流動(dòng)剪切、紊流摻混傳質(zhì)物化原理和風(fēng)洞設(shè)計(jì)方法研制出的，針對(duì)各種鍋爐的煙氣脫硫和工業(yè)裝置尾氣治理的，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)（發(fā)明專利、實(shí)用新型專利）的創(chuàng)新技術(shù)？蛇x擇石灰(石)—石膏法，也可選用鈉法、氨法、鎂法、雙堿法和海水脫硫等其它工藝。
二、技術(shù)原理：
煙氣從氣動(dòng)脫硫單元下方進(jìn)入，在旋流器的作用下，形成具有一定速度的向上的旋轉(zhuǎn)氣流，將單元上端注入的吸收液托住反復(fù)旋切，在旋流器的上部保持一段動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的液粒懸浮層，液相和氣相的聚散組合隨機(jī)、隨時(shí)發(fā)生，大大地降低了氣膜和液膜的厚度，增加了反應(yīng)物的活性，增強(qiáng)了摻混，提高了傳質(zhì)效率，達(dá)到有害氣體吸收、粉塵捕集的目的。
三、技術(shù)特點(diǎn)：
3.1節(jié)能
氣動(dòng)脫硫技術(shù)屬于濕法脫硫技術(shù)，其漿液制備和石膏處理分系統(tǒng)與其他技術(shù)并無差異；在脫硫塔的設(shè)計(jì)中卻有較大的區(qū)別，由于氣液的摻混較強(qiáng)，所以液氣比低而脫硫率高，循環(huán)泵節(jié)能效果顯著。
3.2 技術(shù)原理先進(jìn)
3.2.1 除塵性能
氣動(dòng)脫硫技術(shù)是氣相和液相兩項(xiàng)分散的技術(shù)，煙氣在旋流器的作用下，形成具有較高速度的向上的旋轉(zhuǎn)氣流，將單元上端注入的吸收液托住反復(fù)旋切，在旋流器的上部保持一段動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的液粒懸浮層，液相和氣相的聚散組合隨機(jī)、隨時(shí)發(fā)生。所以在液氣比相對(duì)較低的條件下，可以取得較高的脫硫率和極高的除塵率。真正做到了節(jié)能高效。一般噴淋脫硫技術(shù)均為液相分離技術(shù)，在液相粒徑和除霧器的設(shè)計(jì)要求下，氣相的流速受到限制，所以在經(jīng)濟(jì)的液氣比的設(shè)計(jì)條件下，噴淋法的除塵率較低，理論上可達(dá)到70%，實(shí)際只能達(dá)到50%,未能被液相在摻混區(qū)捕集的粉塵被下游設(shè)備所捕集，造成除霧器和換熱器的除塵負(fù)荷加大，頻繁的沖洗會(huì)影響系統(tǒng)的水平衡，粉塵的在除霧器和換熱器的堵塞可直接導(dǎo)致系統(tǒng)停運(yùn)。所以引進(jìn)技術(shù)諸多的停塔條件中有一條就是“粉塵濃度小于200mg/Nm3”，后放寬到300mg/Nm3，但仍然不能適應(yīng)我國(guó)煙氣含塵濃度高的工況，煙氣的高粉塵濃度依然是很多系統(tǒng)不能長(zhǎng)周期運(yùn)行的關(guān)鍵。由于氣動(dòng)脫硫技術(shù)的摻混強(qiáng)度高，對(duì)于超細(xì)粉塵的脫出率也較高，根據(jù)燕化研究院的研究，對(duì)pm10和pm2.5的脫除率可達(dá)75%，即在氣相和液相在摻混段中，液相就將氣相中的SO2和90%以上的粉塵捕集到液相中，帶入到漿液池里，大大地降低了下游設(shè)備的除塵負(fù)荷，因而水平衡掌握較容易，系統(tǒng)可長(zhǎng)周期運(yùn)行，燕化三電站的脫硫系統(tǒng)達(dá)到了與鍋爐同步檢修的水平。
高除塵率是氣動(dòng)脫硫技術(shù)的最大的技術(shù)特點(diǎn)，是氣動(dòng)脫硫系統(tǒng)取得長(zhǎng)周期運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)之一。電站燃煤含塵率高，電除塵器效率不穩(wěn)定，排放煙氣含塵濃度高是我國(guó)的國(guó)情，引進(jìn)技術(shù)至今尚不能完全適應(yīng)，而氣動(dòng)脫硫技術(shù)正是在這種工況環(huán)境中脫穎而出的。
3.2.2 較低的液氣比
由于氣動(dòng)脫硫技術(shù)的摻混強(qiáng)度大，所以可以以較小的液氣比取得較高的脫硫率。一下舉兩例說明：
例一：燕山石化一電站2×310噸CFB鍋爐煙氣脫硫工程采用我院氣動(dòng)脫硫技術(shù)脫硫劑為石灰石，液氣比為6，工程于2007年5月建成并投運(yùn)。CFB鍋爐燃料主要是90%的石油焦和10%的煤，爐內(nèi)脫硫率90%，煙氣SO2濃度1500mg/Nm3。鍋爐與脫硫系統(tǒng)同步建設(shè)，脫硫系統(tǒng)很快完成調(diào)試，在鍋爐的調(diào)試中，在100%燃石油焦時(shí)，由于爐溫較低，石灰石分解較少，爐內(nèi)脫硫率下降，煙氣排放SO2濃度達(dá)到5000mg/Nm3，此時(shí)如保證石灰石的供應(yīng)，則脫硫后煙氣排放SO2濃度達(dá)到400mg/Nm3，脫硫率達(dá)到85%。
例二：華能北方聯(lián)合電力海勃灣電廠2×200MW機(jī)組脫硫工程，采用我院氣動(dòng)脫硫技術(shù)脫硫劑為石灰石，液氣比為9，設(shè)計(jì)煙氣SO2濃度3500mg/Nm3。在實(shí)際運(yùn)行中煙氣排放SO2濃度達(dá)到5000mg/Nm3，脫硫后煙氣排放SO2濃度小于到100mg/Nm3，脫硫率大于99%。
對(duì)于噴淋法，當(dāng)煙氣SO2濃度3500mg/Nm3時(shí)，設(shè)計(jì)液氣比均大于22，氣動(dòng)脫硫技術(shù)僅在6～9即可，其優(yōu)勢(shì)可見。
3.3 脫硫塔放大效應(yīng)小，系統(tǒng)結(jié)合工況設(shè)計(jì)靈活
氣動(dòng)脫硫塔是氣動(dòng)脫硫單元的并聯(lián)組合塔，這種結(jié)構(gòu)使氣動(dòng)脫硫塔成為具有填料塔性質(zhì)的脫硫塔，其開孔率為脫硫塔截面積的30～45%。這種結(jié)構(gòu)和降溫、布漿層相配合，可有效的適應(yīng)煙氣量和煙氣溫度的波動(dòng)，這種抗波動(dòng)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空塔技術(shù)。
氣動(dòng)脫硫技術(shù)是逐步發(fā)展起來的成熟技術(shù)，所完成的工程的處理煙氣量從2～200萬Nm3/h，均未出現(xiàn)因處理煙氣量的增加而造成脫硫塔脫硫率下降或系統(tǒng)阻力增加的問題。所以氣動(dòng)塔的放大性能優(yōu)于空塔。氣動(dòng)脫硫塔可以做到煙氣處理量無限制連續(xù)放大。
四、氣動(dòng)塔的結(jié)構(gòu)特征：
氣動(dòng)脫硫塔是氣動(dòng)脫硫單元的并聯(lián)組合塔，氣動(dòng)脫硫單元并聯(lián)組合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)部件是將直徑相同或不同的氣動(dòng)脫硫單元有序地并聯(lián)排列在同一個(gè)平面上，構(gòu)成處理不同的煙氣量的結(jié)構(gòu)部件；該部件的安裝位置處于脫硫塔的中部，煙氣和脫硫劑的流向同氣動(dòng)脫硫單元，即向上運(yùn)動(dòng)的煙氣和向下流動(dòng)的脫硫劑必須流經(jīng)的部件上的氣動(dòng)脫硫單元而流向各自的下游區(qū)域；組合所需要?dú)鈩?dòng)脫硫單元的個(gè)數(shù)和氣動(dòng)脫硫單元的直徑根據(jù)所需處理的煙氣量的多少、脫硫效率和阻力確定；這種有序的并聯(lián)排列可以組成方形、長(zhǎng)方形、圓形和橢圓形的氣動(dòng)脫硫單元并聯(lián)組合結(jié)構(gòu)部件，具體形狀由工況條件決定。
這種結(jié)構(gòu)的目的是通過空氣動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)技術(shù)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，將氣液的高速、高強(qiáng)度摻混和氣液的充分分離有機(jī)地組合在一個(gè)塔體之內(nèi)。
五、技術(shù)指標(biāo)：
脫硫率: >95%；
除塵率：>90%；
液氣比: < 6；
脫硫塔阻力: <1400Pa ；
運(yùn)行率：>98%；
六、工程業(yè)績(jī)（用于電力機(jī)組部分）
表3：完成工程：
表4：在建工程
6.1 已運(yùn)行工程案例
6.1.1 燕山石化三電站1×220噸水煤漿鍋爐脫硫工程
工程簡(jiǎn)介：一爐一塔工程，改造原引風(fēng)機(jī)，設(shè)管式換熱器，不設(shè)脫硫增壓風(fēng)機(jī)，生成石膏。
設(shè)計(jì)參數(shù)：煙氣量：32萬Nm3/h；入口SO2濃度：1500mg/Nm3；入口粉塵濃度：450 mg/Nm3；出口SO2濃度：65mg/Nm3；出口粉塵濃度：30 mg/Nm3；脫硫劑：生石灰粒料；鈣硫比：1：1.03；液氣比：2×1（兩級(jí)，各為1）；循環(huán)泵數(shù)量：2臺(tái)（單臺(tái)75千瓦）；運(yùn)行PH值：小于6；
2003年7月運(yùn)行至今。
北京市環(huán)保監(jiān)測(cè)中心檢測(cè)結(jié)果：出口SO2濃度：45mg/Nm3；出口粉塵濃度：20 mg/Nm3；
6.1.2燕山石化一電站2×310噸CFB鍋爐脫硫工程
工程簡(jiǎn)介：一爐一塔工程；設(shè)管式換熱器；原設(shè)計(jì)有脫硫增壓風(fēng)機(jī)，因鍋爐引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)余量較大，故于2007年12月20日拆除脫硫風(fēng)機(jī)，由鍋爐引風(fēng)機(jī)推動(dòng)脫硫系統(tǒng)；生成石膏。
設(shè)計(jì)參數(shù)：?jiǎn)嗡䶮煔饬浚?0萬Nm3/h；入口SO2濃度：1500mg/Nm3；入口粉塵濃度：50 mg/Nm3；出口SO2濃度：100mg/Nm3；出口粉塵濃度：30 mg/Nm3；脫硫劑：石灰石粉料；鈣硫比：1：1.03；液氣比：2×3（兩級(jí)，各為3）；單塔循環(huán)泵數(shù)量：2臺(tái)；運(yùn)行PH值：5.3～5.5；
2007年5月運(yùn)行至今。
出口SO2濃度：＜100mg/Nm3；出口粉塵濃度：＜20 mg/Nm3；
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