呂志超 徐勤云 方蕓

（浙江藍(lán)天求是環(huán)保股份有限公司 浙江杭州 310012）

1 引言

2014年9月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家環(huán)保部、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014年～2020年）》[1]，其中要求東部地區(qū)（遼寧、北京、天津、河北、山東、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、海南等11省市）新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值中部地區(qū)（黑龍江、吉林、山西、安徽、湖北、湖南、河南、江西等8省）新建機(jī)組原則上接近或達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值，鼓勵(lì)西部地區(qū)新建機(jī)組接近或達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值。同時(shí)穩(wěn)步推近東部地區(qū)現(xiàn)役公用燃煤大發(fā)電機(jī)組實(shí)施大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值的環(huán)保改造。由于在脫硫市場(chǎng)中，濕式石灰石—石膏法占據(jù)主導(dǎo)地位，故本文介紹的高效脫硫技術(shù)也是基于濕式石灰石—石膏法。

2 濕式石灰石-石膏法的化學(xué)原理

顧名思義，濕式石灰石—石膏法脫硫就是一種利用石灰石漿液脫除煙氣中SO2的方法，其核心是一個(gè)吸收傳質(zhì)過(guò)程。根據(jù)Lewis雙膜理論，SO2吸收主要有三種阻力：（1）氣相阻力；（2）液相阻力；（3）氣液分界面阻力。

圖1 雙膜理論示意圖

因?yàn)镾O2在氣體中的擴(kuò)散速度比在液體中的快，故氣相阻力可忽略不計(jì)，SO2吸收阻力主要集中在氣液分界面阻力和液相阻力。且由于石灰石在水的溶解度低，而且溶解速度慢，故要保證脫硫效率需要選擇一定的循環(huán)漿液量即液氣比。根據(jù)相關(guān)研究，液氣比和脫硫效率存在下面的關(guān)系曲線圖2。

圖2 液氣比和脫硫效率的關(guān)系曲線

據(jù)曲線1可見(jiàn)，脫硫效率越高，所需氣液比越大，且當(dāng)脫硫效率大于95%時(shí)，液氣比幾乎隨脫硫效率指數(shù)增加。理論上，只要液氣比足夠，脫硫效率可達(dá)99.9%，但實(shí)際上，如果為保證高脫硫效率，僅僅只是依靠增加液氣比即噴淋層迭加，會(huì)造成FGD運(yùn)行費(fèi)用的顯著增加，違背國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召。

因此高效脫硫技術(shù)研究主要就集中在如何降低SO2吸收阻力，如何用較少的液氣比保證同等脫硫效率。如前所述，SO2吸收阻力主要集中在氣液分界面阻力和液相阻力，加強(qiáng)SO2吸收主要就是要降低這兩種阻力，目前途徑主要有增強(qiáng)SO2液相吸收推動(dòng)力和加強(qiáng)傳質(zhì)效果。

2.1 增強(qiáng)SO2液相吸收推動(dòng)力的高效脫硫技術(shù)

由于SO2是酸性氣體，提高漿液pH值，SO2吸收速率會(huì)顯著提升，從而在同等條件下降低液氣比，如圖3所示。

圖3 液氣比和pH值的關(guān)系曲線

據(jù)據(jù)曲線圖3可見(jiàn)，假如吸收塔在較高的pH值運(yùn)行，循環(huán)漿液量（即液氣比）將會(huì)減少，因而節(jié)省循環(huán)泵的能耗，降低運(yùn)行費(fèi)用。

對(duì)于濕式石灰石—石膏法來(lái)說(shuō)，pH值是一個(gè)許多變量的函數(shù)，但其中石灰石濃度是主要變量。因此吸收塔若想維持在較高的pH值運(yùn)行，則需要添加更多的石灰石漿液，保持較高的鈣硫比，從而導(dǎo)致石膏中殘留的CaCO3含量變高。且塔內(nèi)漿液pH值較高，會(huì)導(dǎo)致漿液氧化不徹底，導(dǎo)致石膏成品中的亞硫酸鈣含量較高。所以吸收塔若想長(zhǎng)期維持較高的pH值運(yùn)行，則必須解決石膏品質(zhì)和石灰石利用率的問(wèn)題。而雙塔雙循環(huán)和單塔雙循環(huán)技術(shù)則通過(guò)設(shè)置兩個(gè)不同pH值的獨(dú)立循環(huán)很巧妙地解決了這兩個(gè)問(wèn)題。

2.1.1 雙塔雙循環(huán)技術(shù)

雙塔雙循環(huán)技術(shù)就是通過(guò)兩個(gè)串聯(lián)塔實(shí)現(xiàn)兩個(gè)獨(dú)立循環(huán)：其中一級(jí)塔低pH值（4.6～5.0）運(yùn)行，確保石膏品質(zhì)和石灰石利用徹底；二級(jí)塔高pH值（5.8～6.4）運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)高效脫硫的目的；而中間的AFT旋流器則承擔(dān)了兩塔水平衡和漿液密度平衡的重任[2]。

由于雙塔雙循環(huán)技術(shù)需要設(shè)置兩個(gè)獨(dú)立的吸收塔，因此占地面積要求比較大，煙道走向復(fù)雜，通常在改造項(xiàng)目使用比較多。

2.1.2 單塔雙循環(huán)技術(shù)

單塔雙循環(huán)技術(shù)則是利用集流碗將吸收塔吸收區(qū)分成上循環(huán)脫硫區(qū)和下循環(huán)脫硫區(qū)，其中上循環(huán)脫硫區(qū)高pH值運(yùn)行，循環(huán)漿液通過(guò)集流碗收集在塔外AFT漿液箱；而下循環(huán)脫硫區(qū)低pH值運(yùn)行，循環(huán)漿液收集在塔內(nèi)底部漿液池；而AFT漿液箱和塔內(nèi)漿液池之間的水平衡和漿液密度平衡也是通過(guò)設(shè)置AFT旋流器實(shí)現(xiàn)。

由于單塔雙循環(huán)技術(shù)只需設(shè)置一個(gè)吸收塔即可，因此占地需求有限，實(shí)際應(yīng)用受限較少。

雙塔雙循環(huán)和單塔雙循環(huán)技術(shù)都是通過(guò)提高塔內(nèi)漿液pH值而增強(qiáng)SO2液相吸收推動(dòng)力的高效脫硫技術(shù)，盡管其效果明顯，但若塔內(nèi)pH值過(guò)高，則高pH值段塔體、塔內(nèi)件存在堵塞風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)際運(yùn)行時(shí)需特別謹(jǐn)慎。

2.2 加強(qiáng)傳質(zhì)效果的高效脫硫技術(shù)

循環(huán)漿液液滴在與煙氣接觸時(shí)，總是液滴表面吸收SO2率先達(dá)到飽和，而液滴內(nèi)部則遠(yuǎn)未飽和。為充分利用液滴內(nèi)部新鮮漿液的SO2的吸收能力，則應(yīng)增強(qiáng)氣液紊流效果，以相應(yīng)增加氣液接觸時(shí)間、加強(qiáng)傳質(zhì)效果。

2.2.1 托盤技術(shù)

托盤技術(shù)是一種在脫硫塔吸收區(qū)增加多孔托盤以加強(qiáng)傳質(zhì)效果的高效脫硫技術(shù)。多孔托盤增強(qiáng)反應(yīng)的原理有[3]：

（1）煙氣流均布：煙氣由吸收塔側(cè)面進(jìn)入向上流動(dòng)，容易形成不均勻性和湍流區(qū)。煙氣由下至上通過(guò)托盤后得以整流，并均勻通過(guò)吸收塔噴淋區(qū)。吸收塔直徑越大，優(yōu)勢(shì)越明顯；

（2）強(qiáng)化傳質(zhì)反應(yīng)：當(dāng)煙氣向上通過(guò)托盤篩孔時(shí)，漿液從篩孔往下流。兩介質(zhì)密相接觸。托盤上又保持一定高度的漿液泡沫層，使氣相和液相充分浸潤(rùn)和碰撞接觸。這雙層作用擴(kuò)大了氣液接觸面，增加了漿液停留時(shí)間，增加了石灰石溶解，強(qiáng)化了液、固、氣的傳質(zhì)效果。從而有些地降低了液氣比，提高了吸收劑的利用率。

單層托盤的增效作用有限，實(shí)際工程中已有許多雙層托盤的案例。但多孔托盤受限于自身結(jié)構(gòu)，開(kāi)孔率一般不超過(guò)36%，阻力較大。

2.2.2 管式增效層技術(shù)

管式增效層技術(shù)是一類在吸收塔入口和第一層噴淋層之間添加管列裝置，以加強(qiáng)傳質(zhì)效果的高效脫硫技術(shù)。

由于管列裝置結(jié)構(gòu)各異，管式增效層有FGD—Plus，文丘里棒等，但其原理均大同小異，與多孔托盤增強(qiáng)反應(yīng)原理基本一致。但管列裝置開(kāi)孔率不會(huì)受自身結(jié)構(gòu)限制，阻力較托盤??；且可采用增強(qiáng)PP等非金屬材質(zhì)，有效地降低成本。

托盤技術(shù)和管式增效層技術(shù)都是通過(guò)在吸收塔吸收區(qū)內(nèi)設(shè)置塔內(nèi)件以加強(qiáng)傳質(zhì)效果的高效脫硫技術(shù)。它們能夠顯著降低液氣比并保證高脫硫效率，但形成的漿液泡沫層卻增加了吸收塔阻力。而且漿液泡沫層越高，增效效果越明顯，而吸收塔阻力則越高。因此在應(yīng)用此類技術(shù)時(shí)，必須事先評(píng)估好降低液氣比所節(jié)省的循環(huán)泵電耗和吸收塔阻力增加所增加的引風(fēng)機(jī)電耗的進(jìn)出關(guān)系，根據(jù)電廠實(shí)際情況合理設(shè)計(jì)塔內(nèi)件以控制漿液泡沫層的高度。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無(wú)論是雙塔雙循環(huán)、單塔雙循環(huán)技術(shù)還是托盤、管式增效層技術(shù)都是通過(guò)強(qiáng)化傳統(tǒng)石灰石—石膏法中某一環(huán)節(jié)而達(dá)到高效脫硫的目的，而且強(qiáng)化了某一環(huán)節(jié)后都或多或少帶來(lái)了一定弊端。因此環(huán)保承包商應(yīng)根據(jù)各電廠的實(shí)際情況，合理選擇與之相符的高效脫硫技術(shù)，盡量做到揚(yáng)長(zhǎng)避短。

[1]煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014—2020年）.

[2]高建明,宋鑫,金鑫,陳訓(xùn)強(qiáng),里瑞林.雙塔雙循環(huán)石灰石濕法脫硫裝置及方法CN 102921287 A.

[3]傅文玲,劉柏輝,周皓,應(yīng)春華.美國(guó)巴威FGD技術(shù)在浙江天地環(huán)保公司項(xiàng)目中的應(yīng)用火電廠脫硫脫硝技術(shù)研討和交流會(huì).