浅议湿法烟气脱硫装置中吸收塔搅拌器（侧入式搅拌器）的设置
浅议湿法烟气脱硫装置中吸收塔搅拌器（侧入式搅拌器）的设置
摘要：吸收塔搅拌器在石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置中具有重要的作用，在使用侧进式螺旋桨搅拌器的脱硫系统中，选择设置单层或双层搅拌器直接影响到吸收塔的形式、附属设备的选型、脱硫装置的整体投资等。文章结合实际工程经验，对设置单层和双层吸收塔搅拌器时脱硫装置的特点进行了技术和经济比较，可供同类工程参考及相关学术交流。
1 工程概况
某电厂位于中国东北部地区，本期工程安装2×200MW国产超高压燃煤供热机组，过热蒸汽额定蒸发量680t/h。机组全烟气进行脱硫，采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，脱硫装置运行时的脱硫效率≥95%，脱硫系统可用率≥95%。脱硫系统按一炉一塔方案设计，相应配套浆液循环泵、氧化风机、引接烟道等。
2 设置单层吸收塔搅拌器脱硫装置的特点
根据电厂锅炉及燃煤等资料，如采用单层搅拌器方案，由于搅拌器兼顾防止石膏浆液沉积、扩散氧化空气的作用，所以布置上需要靠近吸收塔浆池底部，从而氧化喷枪插入液位下的位置较设置双层搅拌器的系统要深。因氧化风机压升过高将引起投资费用增大、运行可靠性降低等问题，故本项目脱硫用吸收塔需用变径喷淋空塔，设计直径10.9m，总高29m；吸收塔浆池直径约13m，浆池高度8.5m；单塔氧化空气流量为1200m3/h。塔内浆液温度约为50℃，密度约为1120kg/m3。
据式计算，每座吸收塔延塔周均布单层螺旋桨搅拌器四台，其位置要兼顾防止塔内浆液沉积、结垢或堵塞，使得经过氧化反应的脱硫副产品可以均匀、顺利地进入到脱水系统，完成整个工艺流程以及增强氧化空气的扩散，确保在任何时候经过中和反应产生的亚硫酸钙能够被充分氧化成二水石膏的作用。所以搅拌器距吸收塔浆池底部的距离与设置双层吸收塔搅拌器的脱硫系统中下层搅拌器距吸收塔浆池底部的距离相当，由此选用压升约110kPa的罗茨风机。由于浆池直径较大，每台搅拌器叶轮正前方均需布置氧化喷枪，使各喷枪氧化空气流量比较均衡。
由于设置单层搅拌器的系统吸收塔总高降低，浆液循环泵管道长度缩短，因此在泵选型过程中所需要考虑的管道沿程阻力减小。但就本项目浆液循环泵本身而言，管道沿程阻力减小的部分对于浆液循环泵的选型影响不大，在与设置双层搅拌器的系统作比较时可以忽略不计。此外本工程中吸收塔搅拌器的设置不直接影响到脱硫烟气接口大小，除雾器、喷淋层等设备的布置及选型，故该部分内容不在此赘述。
2 设置双层吸收塔搅拌器脱硫装置的特点
根据电厂锅炉及燃煤等资料，本项目脱硫用吸收塔采用喷淋空塔，设计直径10.9m，总高33m；吸收塔浆池直径10.9m，高度13m；单塔氧化空气流量为1200m3/h。塔内浆液温度约为50℃，密度约为1120kg/m3。
吸收塔浆池液位下设置双层螺旋桨搅拌器，其中下层搅拌器三台，其作用在于防止塔内浆液沉积、结垢或堵塞，使得经过氧化反应的脱硫副产品可以均匀、顺利地进入到脱水系统完成整个工艺流程；上层搅拌器两台，各配一支氧化喷枪，脱硫装置运行时从氧化喷枪向吸收塔浆池鼓入氧化空气，搅拌器的作用是增强氧化空气的扩散，促进亚硫酸钙的氧化，确保在任何时候经过中和反应产生的亚硫酸钙能够被充分氧化成二水石膏。
搅拌器的吞吐量为吸收塔搅拌器的主要性能参数，亦为搅拌器选型的重要依据，可由下式确定：
Q=knD3 （1）
式中：
Q—搅拌器产生的液体吞吐量，m3/h
K—搅拌器系数
n—搅拌器转速，r/min
D—搅拌器桨叶直径，m
搅拌器电耗：
P=λρn3D5 （2）
式中：
λ—系数
ρ—浆液的密度，kg/m3
n—搅拌器转速，r/min
D—搅拌器桨叶直径，m
经计算，每座吸收塔延塔周均布下层搅拌器三台，使得搅拌器所搅拌的浆液体积相同，从而减少流场之间的干扰；每座吸收塔延塔周均布上层搅拌器两台，将氧化喷枪布置在搅拌器叶轮正前方，使各喷枪氧化空气流量比较均衡，通过搅拌器工作所产生的强烈的湍流使空气气泡破碎，然后均匀地分布到浆液中，促使空气中的氧气溶解在浆液中，达到强制氧化的目的。
根据吸收塔的设计，氧化风机可采用罗茨风机，压升约80kPa。
4 设置单、双层吸收塔搅拌器脱硫装置的技术经济比较
综上所述，设置双层吸收塔搅拌器的脱硫系统，由于两层搅拌器功能相对独立，在技术方面较设置单层搅拌器的系统简单，运行方面较设置单层搅拌器的系统更加可靠。设置单层搅拌器的脱硫系统，吸收塔浆池高度乃至吸收塔总高降低，搅拌设备数量减少，尤其适合如本工程脱硫区入口烟气含硫量不高的情况。但由于吸收塔浆池直径增大，吸收塔占地面积也随之增加，而氧化喷枪标高与吸收塔浆液循环泵接近，布置不当易使氧化空气气泡进入浆液循环泵造成泵体损坏。因此搅拌器中心线与浆液循环泵入口中心线之间要保证夹角不小于30°，以保证搅拌器与浆液循环泵的运行各自不受影响。
从投资角度看，尽管设置单层搅拌器系统的搅拌器数量减少，吸收塔高度降低，但由于氧化喷枪插入浆池液面下位置较低，喷枪材质需采用合金钢，且喷枪数量增多，所选用氧化风机压升提高，吸收塔浆池直径增大，都导致该系统总造价高于设置双层搅拌器的脱硫系统80万元。从运行电耗来看，设置单层搅拌器的吸收塔系统由于配套的氧化风机压升提高，其耗电量的增加大于因搅拌器的数量减少而降低的数值，因此总体上设置单层搅拌器的运行电耗是较设置双层搅拌器的系统增加的。按脱硫机组年运行5500h计算，年增加耗电量约为319000kW·h。
5 结语
在石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置中，吸收塔搅拌器的合理选择与安装对于系统的可靠运行有着非常重要的作用。就本工程来说，设置单层或双层吸收塔搅拌器在技术上均可行，但设置双层搅拌器的系统初期投资较少，运行能耗更低，设备运行更加可靠；设置单层搅拌器设备减少，维护费用降低。根据本工程实际情况，综合考虑投资、系统布置、占地面积、人员分配及检修等问题，最终确定采用设置双层吸收塔搅拌器方案。
关键词：侧搅拌，搅拌器；吸收塔；脱硫搅拌；侧入式搅拌器，湿法烟气脱硫装置
