摘要：以QSD电厂300MW燃煤发电机组脱硫装置为依托，根据对吸收塔内烟气的速度分布情况的研究分析，结合该厂实际情况，提出了脱硫装置的优化方案，并应用数值模拟方法对该方案进行了验证分析。
关键词：燃煤电厂；脱硫装置优化；数值模拟；
0 前言
根据《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》有关要求，在基准氧含量6%条件下，SO2排放浓度分别不高于35mg/Nm3。因此，对于目前火电机组的脱硫系统来说，升级改造脱硫装置来降低SO2的排放浓度，势在必行。何育东[1]从浆液PH值得角度给出了脱硫装置吸收系统最佳的运行方式。李晓[2]等从烟道管型上对吸收塔入口烟气管道形状进行了优化探讨，并给出了管道最佳连接方法。仇中柱等[3]对湿式旋流脱硫装置进行了理论分析，为引入数值模拟方法优化计算旋流装置奠定了基础。胡晓贝[4]在对脱硫系统进行物料衡算和热衡算后建立了脱硫系统仿真设计计算模型，系统性的分析影响脱硫效率的因素，并提出了优化措施。
1 脱硫系统概述
QSC电厂烟气脱硫采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺（简称FGD），采用一炉一塔脱硫装置，每台吸收塔设置3台浆液循环泵、3层喷淋层、2级板式除雾器、4台吸收塔搅拌器、2台石膏排出泵，2台氧化风机（每台机组1用1备）。
2 改造前脱硫系统的数值模拟分析
根据原吸收塔结构布置，简化建立原脱硫吸收塔的数值模型，对塔内烟气流场进行数值模拟。同时截取原吸收塔内典型界面来研究的烟气流场分布，如图1所示。
模拟结果表明：原吸收塔内烟气速度矢量存在不平衡现象，局部区域存在高速流体团和涡流区。烟气流速的增加，使其在吸收塔内的停留时间缩短，与脱硫浆液的反应时间缩短，局部液气比不均衡，烟气脱硫效果减弱。涡流区的形成，减弱了吸收塔内脱硫浆液和烟气的传质效果，同时增加了吸收塔内的流动阻力，使得吸风机电耗增加。在塔内烟气速度矢量不平衡处，如图1所示，沿塔壁又出现了明显的烟气偏流现象和分布不均的较大的速流体团。塔壁处形成的高速流体团对该处壁面磨损增加，防腐材料的使用寿命缩短。
由此可见，有必要对吸收塔内原喷淋装置的布局进行优化。根据对上述数值模拟结果的分析，对现有喷淋装置进行调整来优化流场，减小上述所存在的隐患。
3烟气脱硫岛改造方案
根据实验计算[5]，增大三台浆液循环泵的流量和电机功率，如表1所示。同时，充分考虑功能分区布置的合理性，根据该厂实际，吸收塔及其余子系统利旧。
此次脱硫装置的优化改造，主要从以下三方面进行：
1.增加三台浆液循环泵的流量和电机功率，同时选取配套的减速机；
2.增大浆液循环的管径，以提高脱硫浆液供给量；
3.封堵脱硫效果差区域的托盘孔，调整喷嘴布置结构和数量，喷嘴总数由88个增加至100个。
4 改造后效果分析
针对图1的模拟结果，同样截取吸收塔内改造后典型界面高度Y=17.22m处的烟气流场来分析，如图2所示。在采取上述优化方案以后，根据数值模拟结果可以直观的看出，吸收塔内的烟气偏流现象和气液传质效果得到明显改善。改造后脱硫系统运行性能如表2和表3所示。
优点：氧化风机电机功率不变，随着浆液循环泵出力的增加，液气比增加，在吸收塔入口SO2排放浓度不变的的前提下，出口SO2排放浓度由原来的67mg/Nm3下降至23mg/Nm3，脱硫效率由原来的94.1%升高至98%左右，提高约4%。
缺点：QSC电厂脱硫系统优化改造后，在降低SO2排放浓度的同时，附带了脱硫系统阻力和厂用电耗的增加。
结论
1）考虑场地、设备空间、费用等方面的限制，QSC电厂脱硫系统通过改造循环泵和喷淋层，将出口SO2成功降至了35mg/Nm3以下，对于同类型300MW燃煤机组的脱硫系统改造有一定的借鉴性。
2）对于目前燃煤电厂环保项目的技术改造，没有产生直接或者更高的经济效益，带来更多的是社会效益。
参考文献：
[1]何育东.火电机组烟气脱硫装置运行优化[J]. 热力发电，2010（04）.
[2] 李晓，李剑华. 基于烟气流动特性的湿法烟气脱硫装置烟道优化设计探讨[J]. 制冷与空调. 2007（09）.
[3] 仇中柱，徐吉浣，张鹤声. 燃煤工业锅炉湿式旋流烟气脱硫装置的数值模拟法优化设计[J]. 热能动力工程. 2011（16）
[4] 胡晓贝.燃煤电厂烟气脱硫装置的优化仿真设计研究[D]. 华北电力大学硕士论文. 2013.
[5] 薛建明，王小明等. 湿法烟气脱硫设计及设备选型手册[M]. 中国电力出版社. 2011.
论文作者:涂春民,谢健
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/23
标签：烟气论文; 浆液论文; 装置论文; 吸收塔论文; 数值论文; 电厂论文; 塔内论文; 《电力设备》2017年第17期论文;