歐遠科技高效脫硫節能技術介紹
一、行業背景
煤電行業和鋼鐵行業是我國大氣污染物和二氧化碳排放的最主要來源。燃煤電廠耗煤量大，碳排放量占全國碳排放總量的50%左右。鋼鐵行業作為高耗能、高排放行業，能源消耗約占全國能源消耗總量的11%，碳排放量約占全國碳排放總量的15%。
2020年9月22日,習近平主席在第75屆聯合國大會提出，我國力爭2030年前二氧化碳排放達到峰值，2060年前實現碳中和。
2021年10月18日，國家發改委、生態環境部、國家能源局等五部門聯合發布的《關于嚴格能效約束推動重點領域節能降碳的若干意見》提出，到2025年鋼鐵等重點行業能效達到標桿水平的產能比例超過30%，加強技術攻關應用，借助重點行業節能降碳技術改造有利時機，加快先進成熟綠色低碳技術裝備推廣應用。
2021年10月下旬，中共中央、國務院印發了《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，國務院印發了《2030年前碳達峰行動方案》，一系列文件和政策的出臺，體現了我們國家堅定不移實現“雙碳”目標的決心。
2022年政府工作報告進一步提出，有序推進碳達峰碳中和工作，落實碳達峰行動方案。推動能耗“雙控”向碳排放總量和強度“雙控”轉變，完善減污降碳激勵約束政策，加快形成綠色生產生活方式。
“雙碳”目標的確定，勢必會對煤電、鋼鐵等諸多高污染行業的發展帶來新的挑戰，必須遵循“綠色發展”的主題。根據2020年國家發改委數據，我國每發一度電平均消耗320g標準煤；根據中國生命周期基礎數據庫提供的數據，我國每發一度電平均排放二氧化碳約960g。節能就能降碳，推廣綠色節能技術和節能設備，對于火電機組尤其是大中型火電機組開展深度節能降耗工作的重要性不言而喻。
目前我國對大氣污染物的治理日益嚴格，煤電、鋼廠等越來越多的行業要求排放煙氣中的二氧化硫含量實現超低排放，使其排放濃度不超過35mg/Nm3,達到燃氣機組的排放限值。在眾多的脫硫技術中，濕法脫硫技術占據了80%以上脫硫市場份額，在火力發電廠更是高達95%以上。
濕法脫硫系統可達到99%以上的脫硫效率，實現煙氣二氧化硫超低排放，但是廠用電率相對較高，對于燃用中低硫煤的大中型火電廠，通常在1.0～1.5%，而對于燃用高硫煤的火電廠甚至高達2%左右。
脫硫系統廠用電率高，一方面是用電設備多。脫硫系統主要用電設備包括漿液循環泵、氧化風機、真空泵、濕磨等設備，其中漿液循環泵用電占比60%左右，耗電最多的設備。另一方面，是設計裕量大。比如眾多電廠進行超低排放改造的時候，要求漿液循環泵、風機等主要設備有10%的流量裕量，又是按照最大出力的BMCR對應工況，這樣會導致在大多數運行工況下存在“大馬拉小車”的現象。通過對運行數據的分析和運行方式的調整，利用高壓永磁變頻調速技術，可以使得大型用電設備工作在最佳工況點，解決選型裕量大耗電多的問題，節省下這部分能耗。
漿液循環泵總流量的大小取決于需要凈化處理的煙氣量和液氣比，液氣比的大小取決于二氧化硫的脫除要求以及單位體積循環漿液吸收二氧化硫的能力。歐遠科技從最核心的吸收塔噴淋系統入手，通過噴淋層和噴嘴選型優化、加裝聚氣環和高效湍流裝置、循環泵變頻技術等眾多專有的綠色科技手段，將單位體積循環漿液吸收二氧化硫的能力從常規的約0.15kg/m3提高到0.20kg/m3，同樣的脫硫效果下可節省一臺循環泵的噴淋量，降低廠用電率0.1%～0.2%或者在脫硫系統入口煙氣含硫量增加15%的情況下滿足超低排放要求，通過高壓永磁電機變頻調速改造還可以額外節能5%～20%，協助眾多企業節能減污降碳，實現綠色環?？沙掷m發展。
二、高效脫硫節能技術
2.1 噴淋層優化
2.1.1 技術原理
在濕法脫硫系統中，噴淋層的主要作用是通過漿液循環泵將打到吸收塔內的漿液進行霧化，從而提高漿液的傳質比表面積，增加漿液中堿性物質與煙氣中二氧化硫的反應速度，迖到對二氧化硫的吸收處理。影響噴淋層效果的主要設計因素有循環漿液流量、噴淋層的布置以及吸收塔噴嘴的結構型式等。
循環漿液流量Q（m3/h）取決于煙氣量和液氣比，Q=吸收塔出口煙氣量V（Nm3/h）×液氣比(L/Nm3)］/1000。歐遠科技高效脫硫節能技術，通過噴淋層優化、聚氣環、高效湍流裝置、循環泵變頻技術的綜合運用，可以通過較小的液氣比獲得較高的脫硫效率，從而降低漿液循環噴淋量。依據相關試驗資料表明，常規的濕法脫硫裝置，單位體積循環漿液吸收二氧化硫的能力約為0.15kg/m3，而歐遠科技高效脫硫節能技術可做到0.20kg/m3，同樣的脫硫效果下可節省一臺循環泵的噴淋量。
在一定的循環漿液噴淋量下，噴淋層的布置是否合理對脫硫效果具有重大影響。歐遠科技根據吸收塔截面煙氣流場的分布偏差進行噴淋層漿液分布優化，借助CFD流場模擬技術，優化噴淋層噴嘴選型和布置，優化塔內流場、提高脫硫效率。
吸收塔噴嘴作為影響噴淋層的因素之一，在實際應用中也顯得至關重要。為了提高循環漿液的比表面積，吸收塔噴嘴必須要求較好的霧化效果，通常要求噴嘴出口霧滴顆粒為2100μm（平均直徑）。濕法脫硫中用到的噴嘴形式有實心錐噴嘴、空心錐噴嘴等多種類型，各種類型噴嘴又有單頭單向、雙頭單向、雙頭雙向等多種形式。
歐遠科技可根據各個項目的特點進行精準化的噴淋層優化設計，根據噴淋區的流場分布和濃度分布，靈活選取最佳形式噴嘴，并可進行霧化試驗，可靠保證脫硫效率。尤其是雙頭噴嘴的應用，雙頭噴嘴噴淋覆蓋重疊率高，相鄰的噴嘴錐體之間相互碰撞會產生明顯的二次霧化區域，可獲得比單頭噴嘴更小的霧化粒徑和比表面積，延長氣體-液體的接觸反應時間，增強脫硫效果。
典型的雙頭噴嘴噴淋層布置如下圖所示：
2.1.2 技術要點
1）根據噴淋區流場和二氧化硫濃度分布，選擇不同流量、不同噴射角度和噴射方向的各類型噴嘴，實現精準脫硫。
2）高硫區域選用大流量大角度噴嘴，整個噴淋層覆蓋率300%以上，有效脫除二氧化硫，噴淋區域流場均勻、無煙氣逃逸。
3）各類型噴嘴組合運用：靠近塔壁采用實心錐噴嘴，中間區域采用空心錐噴嘴；頂層噴嘴向下單向噴射，其余各層可采用上下噴射雙向噴嘴；推薦使用雙頭噴嘴。
4）噴淋層間距通常1.8m～2.0m，相互間宜旋轉夾角錯開，增加噴淋層空間疊加效果（夾角15°左右為宜）。
5）結合循環泵變頻技術的運用，可實現更加節能的經濟噴淋。
2.2 聚氣環
2.2.1 技術原理
吸收塔塔壁邊緣容易發生煙氣爬壁逃逸現象，導致靠近塔壁處SO2濃度較高，SO2濃度隨距吸收塔塔壁距離的增加而降低，同時吸收塔壁面上的漿液利用率低下，不利于經濟運行。
通過在噴淋層下部塔壁增加聚氣環，將沿吸收塔壁以層流模型流動的漿液重新分配到吸收塔中心區域，再利用聚氣環邊緣的特殊設計，將該部分漿液二次破碎，增大比表面積，獲得漿液與煙氣的良好接觸效果，提升漿液利用率和整體脫硫效果。
利用SO2在吸收塔內的分布特點對吸收塔內壁附近的煙氣進行有針對性的處理，解決煙氣“逃逸”問題，大多數項目同比工況下可提高1個點左右的脫硫效率，可作為提高脫硫效率的有效輔助手段，通常和高效湍流裝置結合在一起使用。
2.2.2 技術要點
1）聚氣環典型設計方案為環板長700mm，與塔壁夾角60°，邊緣鋸齒，在對應噴淋管中心線下方1070mm處設置。
2）聚氣環宜在第二層噴淋管（從下往上數起）下方開始設置。
2.3 高效湍流裝置
2.3.1 技術原理
該技術利用氣體動力學原理，在脫硫吸收塔煙氣入口和最底層噴淋層之間加裝全合金模塊化制造的高效湍流裝置，能使進入吸收塔噴淋區的煙氣分布更加均勻，煙氣和噴淋漿液在裝置內產生劇烈的湍流混合，增強氣液傳質系數，使傳統吸收塔內傳質模型由“氣包液”向“液包氣”轉變，提高脫硫效率。與同類技術相比，該技術具有煙氣流動均勻性更好、脫硫效率更高、運行阻力更低、節能效果更顯著、檢修維護方便等突出優點，尤其適用于燃燒中、高硫煤的新建及脫硫提效節能改造項目。
歐遠科技高效湍流裝置具有以下主要特點：
煙氣通過吸收塔高效湍流裝置均布后，煙氣流動均勻性顯著提高，避免了入口煙氣偏流和短路現象，整個噴淋區域的煙氣流場分布均能得到極大改善。增加高效湍流裝置前后的速度云圖對比如下：
- 漿液在高效湍流裝置上產生一定高度的湍流持液層，煙氣與漿液接觸的比表面積和時間增加，提高了氣液傳質效果，有利于提升脫硫效率。
- 高效湍流裝置安裝在吸收塔入口和最底層噴淋層之間，采用全合金材質，結構上安全可靠，可以有效防止雜物掉入吸收塔漿池，提高系統運行的穩定性和安全性。
- 高效湍流裝置煙氣阻力值300～450Pa，和一層噴淋層的煙氣阻力值相當。
- 高效湍流裝置綜合脫硫效果相當于1.0層噴淋層。設計工況下可節省一臺循環泵電耗，或者適應更高的含硫量，提高運行的靈活性。
2.3.2 技術要點
1）歐遠科技高效湍流裝置有格柵式和孔網式等多種樣式，根據噴淋層底部空間位置情況靈活選用，可單層或雙層布置。
2）高效湍流裝置設計要素包括煙氣流速、液氣比、格柵間距/開孔率（空隙率）和預期的脫硫效果；較高的煙氣流速和液氣比、較小的空隙率，能獲得更高的脫硫效果，但相應的煙氣阻力值也會更大。
3）設計的關鍵點在于找到最佳的空隙率，以維持適當的持液層高度和可接受的煙氣阻力。通常，持液層高度100～200mm，整體空隙率30～45%，煙氣阻力和脫硫效果均和一層噴淋層相當。
2.3.3 專利支撐
歐遠科技致力于脫硫新技術研發，擁有多種濕法脫硫高效湍流裝置自有專利，為業主提供針對性優化設計和最佳解決方案。包括：
一種具有導流槽的葉片式湍流器（專利號：ZL 2017 2 1354016.8）
一種交錯布置格柵式湍流器（專利號：ZL 2017 2 1353988.5）
一種多環組合交替變向式湍流器（專利號：ZL 2017 2 1354015.3）
2.4 高壓永磁變頻調整
2.4.1 技術背景
目前國內各類電機的運行效率加權平均比國外低3%～5%，風機和泵類的效率要比發達國家低2%～3%，整體在用的電機驅動系統運行效率比國外低近20%。
據統計，我國電動機總裝機容量超過4億千瓦，占全國總耗電量的60%～70%，其中交流電動機占90%左右，推廣電機節能意義重大。
永磁電動機就是應用了新設計、新材料、新工藝的高效高性能電動機，在25%～120%額定負載范圍內均可保持較高的效率和功率因數。
2.4.2 技術原理
高壓永磁電機結合變頻調速技術，切實契合負載工況，避免“大馬拉小車”。
永磁電機與變頻器合二為一，無需設置專用的配電室。
2.4.3 技術優勢
1）電機與驅動裝置合為一體，方便智能控制及數據采集。
2）消除變頻器到電機間電纜對外電磁干擾的影響。
3）免維護，提高生產效率，減少維護成本，降低維護時間。
4）體積小，占地空間小，不需要單獨修建電氣室。
5）對電網沒有沖擊，啟動電流小。
6）綜合節能5%~20%，在低載荷的時候節能效果更為顯著。
三、工程實例
3.1 臨汾熱電300MW項目
吸收塔改造部分
脫硫提效節能改造（局部噴嘴優化+聚氣環+高效湍流裝置）后，FGD入口含硫量6000～7000mg/Nm3可比改造前多停運1臺循環泵，單臺機組平均節能622.78kW；FGD總阻力降低31.26Pa。
脫硫提效節能改造后，FGD入口含硫量7000～8000mg/Nm3可實現超低排放（改造前無法達標）。改造前后同樣開啟5臺循環泵的情況下，FGD入口含硫量可增加15%；FGD總阻力增加395.09Pa（和一層噴淋層相當）。
高壓永磁電機變頻調速改造部分
2臺機組6kV電機改造范圍為濕磨、循環泵、氧化風機，總裝機容量13040kW。
濕磨：采用永磁變頻一體機，通過將原有減速裝置拆除部分后改用半直驅并增加變頻器的方式來實現低轉速驅動球磨機運行，改變傳統傳動模式。改造后節能～20%
循環泵：每臺機組1臺循環泵可做變頻調速，改造后節能～15%；為保證噴淋層總體霧化效果，其他電機改用永磁電機工頻運行，改造后節能～5.3%
氧化風機：全部改用永磁電機，改造后節能～5.3%
3.2 侯馬熱電300MW項目
脫硫提效節能改造（局部噴嘴優化+聚氣環+高效湍流裝置）后，FGD入口含硫量5000～6100mg/Nm3可比改造前多停運1臺循環泵，單臺機組平均節能670.87kW；FGD總阻力增加75.69Pa。
脫硫提效節能改造后，FGD入口含硫量6100～7000mg/Nm3需開啟任意5臺循環泵(總共6臺)。改造后增加了運行的靈活性，可以停最高揚程循環泵(改造前只能停1臺低揚程循環泵)，單臺機組平均節能220.55kW；FGD總阻力增加442.19Pa（和一層噴淋層相當）。
四、項目合作
歐遠科技提供濕法高效脫硫節能改造一站式服務，從噴淋層和噴嘴選型優化、加裝聚氣環和高效湍流裝置、高壓永磁變頻調速技術運用等多維度綜合考慮，提供專業化針對性方案。
4.1 需要業主方提供的資料
脫硫技術協議
吸收塔、噴淋層、噴嘴資料
高壓用電設備資料
目前脫硫運行排放情況和改進需求
4.2 改造工期 1個月
4.3 預期效果
設計工況下停運1臺循環泵 或
FGD入口含硫量增加15%達標排放
高壓永磁電機變頻調速改造，額外節能5%～20%
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