魯小劍

(南京龍?jiān)喘h(huán)保有限公司，江蘇 南京 210012)

單塔雙循環(huán)脫硫工藝的技術(shù)特性研究

魯小劍

(南京龍?jiān)喘h(huán)保有限公司，江蘇 南京 210012)

系統(tǒng)闡述了單塔雙循環(huán)脫硫工藝的技術(shù)特性，并結(jié)合300MW燃煤鍋爐的實(shí)際應(yīng)用，通過雙循環(huán)回路pH值、漿液密度等核心參數(shù)的調(diào)控，低能耗地實(shí)現(xiàn)脫硫效率99%以上，為SO2超低排放或高硫煤的達(dá)標(biāo)排放，提供了適宜的高效能脫硫技術(shù)。

雙循環(huán)；脫硫；技術(shù)特性

0 引言

隨著燃煤電廠SO2超低排放的全面推行，傳統(tǒng)的石灰石-石膏濕法單循環(huán)脫硫工藝呈現(xiàn)技術(shù)局限，其主要原因是SO2吸收、石灰石溶解、脫硫產(chǎn)物的氧化結(jié)晶采用同一pH值控制，脫硫效率難于突破97%，只能通過增加噴淋層來提高脫硫效率，但能耗也會(huì)急劇上升。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)(不設(shè)回轉(zhuǎn)式GGH)表明：當(dāng)入口SO2濃度為1800～3300mg/m3時(shí)，傳統(tǒng)脫硫工藝至少需設(shè)置4～5層噴淋層，才能保證SO2排放濃度小于35mg/m3；當(dāng)入口SO2濃度在3500mg/m3以上時(shí)，即便設(shè)置5～6層噴淋層，也難以穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)SO2小于35mg/m3的排放。

單塔雙循環(huán)脫硫工藝是近幾年在傳統(tǒng)石灰石-石膏濕法單循環(huán)脫硫工藝基礎(chǔ)上，創(chuàng)新發(fā)展起來的高效能脫硫技術(shù)，可低能耗地實(shí)現(xiàn)脫硫效率99%以上，是燃煤電廠適宜的SO2超低排放技術(shù)。

1 國(guó)內(nèi)外高效脫硫技術(shù)簡(jiǎn)介

對(duì)于脫硫效率要求超過97%或SO2排放濃度要求很苛刻的脫硫系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外都做過相關(guān)研究和應(yīng)用，主要的技術(shù)包括：氨法脫硫技術(shù)、石灰-石膏濕法脫硫技術(shù)(或電石渣-石膏濕法脫硫技術(shù))，以及石灰石-石膏濕法托盤塔技術(shù)、雙塔串聯(lián)脫硫技術(shù)、單塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)等。

1.1 氨法脫硫技術(shù)

氨法煙氣脫硫裝置可以達(dá)到99%的脫硫效率，工藝成熟可靠，對(duì)煤種適應(yīng)性好，可實(shí)現(xiàn)SO2超低排放。但氨法脫硫技術(shù)在發(fā)電企業(yè)的推廣存在一定難度，一是液氨消耗量大，且受區(qū)域供應(yīng)及其價(jià)格影響較大；二是脫硫副產(chǎn)物硫酸銨的品質(zhì)、銷售市場(chǎng)及其價(jià)格難于保證，這些因素直接影響到氨法脫硫裝置的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性及推廣應(yīng)用。

1.2 石灰-石膏濕法脫硫技術(shù)

2008年，重慶某電廠2臺(tái)300MW機(jī)組上采用了石灰-石膏濕法脫硫技術(shù)，經(jīng)性能檢驗(yàn)脫硫效率達(dá)到98.5%。但其缺點(diǎn)：一是石灰粉購(gòu)置成本較高，價(jià)格是石灰石的3到5倍，極大地增加了脫硫裝置的運(yùn)行費(fèi)用；二是脫硫石膏難于脫水，含水率較高(大于15%)，不利于石膏的綜合利用。

電石渣的主要成分是消石灰Ca(OH)2,因此可以采用電石渣作為脫硫吸收劑，不僅可獲得很高的脫硫效率，且達(dá)到以廢治廢的效果。但是電石渣受區(qū)域資源限制，且電石渣漿液和用石灰(或消石灰)配制的漿液在脫硫性質(zhì)上有所不同，工程應(yīng)用時(shí)要特別關(guān)注。

1.3 石灰石-石膏托盤塔脫硫技術(shù)

托盤塔脫硫技術(shù)是在噴淋塔的噴淋層下方設(shè)置一層合金托盤，使煙氣均布在整個(gè)噴淋塔截面上。托盤的主要作用是增加煙氣和脫硫漿液的摻混，擴(kuò)大氣液接觸面積，提高氣液傳熱傳質(zhì)，從而增強(qiáng)反應(yīng)效果，提高脫硫效率。美國(guó)巴威公司是目前國(guó)際主流的托盤塔技術(shù)，脫硫效率可達(dá)97%以上。如設(shè)置二層合金托盤，脫硫效率可達(dá)99%以上，但系統(tǒng)阻力相對(duì)較高。

1.4 石灰石-石膏濕法雙塔串聯(lián)脫硫技術(shù)

雙塔串聯(lián)脫硫技術(shù)是利用兩級(jí)濕法噴淋空塔串聯(lián)運(yùn)行。煙氣先經(jīng)過一級(jí)脫硫塔，脫除煙氣中60%～90%的SO2，再經(jīng)過二級(jí)脫硫塔，脫除煙氣中剩余SO2的90%～97%,綜合脫硫效率達(dá)98%～99%。該技術(shù)的最大特點(diǎn)是噴淋層組合靈活，脫硫效率高而穩(wěn)定，但需新增一座脫硫塔，且2座脫硫塔均需配置除霧器，系統(tǒng)阻力較大，占用場(chǎng)地面積較大。國(guó)電永福發(fā)電廠、韓城第二發(fā)電廠采用該工藝，實(shí)際運(yùn)行表明，脫硫效率可穩(wěn)定達(dá)到99%以上。

1.5 石灰石-石膏濕法單塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)

單塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)是在一座脫硫塔內(nèi)完成兩次脫硫，即在脫硫塔內(nèi)通過設(shè)置錐型收集碗，將脫硫漿液分為吸收和氧化相對(duì)獨(dú)立的功能區(qū)，形成利于SO2吸收的高pH值區(qū)和利于石灰石溶解、脫硫副產(chǎn)物氧化結(jié)晶的低pH值區(qū)，使石灰石溶解更迅速?gòu)氐?、SO2吸收更快效率更高、亞硫酸鈣氧化更徹底、石膏結(jié)晶品質(zhì)更好。目前，該技術(shù)在超低排放工程中得到廣泛應(yīng)用，脫硫效率可穩(wěn)定達(dá)到99%以上。

2 單塔雙循環(huán)脫硫工藝的技術(shù)特性

2012年6月，單塔雙循環(huán)脫硫工藝首次在廣東恒運(yùn)電廠300MW燃煤機(jī)組脫硫提效改造工程中得到應(yīng)用。該工藝的最大特點(diǎn)是在脫硫塔內(nèi)設(shè)置錐型收集碗和在塔外設(shè)置AFT漿池。錐型收集碗將脫硫塔一分為二，上部為二級(jí)循環(huán)高效脫硫區(qū)，下部為一級(jí)循環(huán)SO2預(yù)洗滌、石灰石高效溶解區(qū)。通過雙循環(huán)回路漿液pH值和漿液密度等核心參數(shù)的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)SO2吸收、石灰石溶解和脫硫副產(chǎn)物氧化的分區(qū)控制。調(diào)試結(jié)果表明：一級(jí)循環(huán)的漿液pH值宜控制在4.5～5，漿液密度宜控制在1070～1095kg/m3，含固量10%～15%，主要調(diào)控措施是AFT旋流站底流漿液流量的調(diào)節(jié)、石膏脫水系統(tǒng)的啟動(dòng)或停運(yùn)的調(diào)整等。二級(jí)循環(huán)的漿液pH值宜控制在5.5～6，漿液密度宜控制在1030～1080kg/m3，含固量9%～13%，主要調(diào)控措施是進(jìn)入AFT漿池的石灰石漿液流量的調(diào)節(jié)、AFT旋流器的啟動(dòng)或停運(yùn)的調(diào)整等。

2013年6月，經(jīng)專業(yè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)：廣東恒運(yùn)電廠單塔驛特循環(huán)脫硫系統(tǒng)脫硫效率達(dá)99.35%，SO2排放濃度為11mg/m3，實(shí)現(xiàn)了燃煤電廠SO2小于35mg/m3的超低排放。

2.1 主要技術(shù)特性

單塔雙循環(huán)脫硫工藝煙氣在一級(jí)循環(huán)過程中，漿液的pH值較低(4.5～5)，SO2脫除效率不高，但石灰石溶解效果好、脫硫副產(chǎn)物氧化效果好，同時(shí)又可降低煙氣中煙塵、HCL、HF的含量，形成利于二級(jí)循環(huán)高效脫硫的煙氣條件；錐型碗收集的漿液引入AFT漿液調(diào)控池，通過添加新鮮石灰石漿液進(jìn)行調(diào)控，形成利于SO2吸收的高pH值(5.5～6)漿液進(jìn)行二級(jí)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)SO2的高效脫除，兩個(gè)循環(huán)疊加后綜合脫硫效率可穩(wěn)定達(dá)到99%以上，且較傳統(tǒng)的單塔單循環(huán)工藝節(jié)省電能500～600kW。

單塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)特性主要有：

(1)SO2吸收、氧化兩個(gè)系統(tǒng)的漿液性質(zhì)分開，可以滿足不同工藝階段對(duì)不同漿液性質(zhì)的要求，更加精細(xì)地控制工藝反應(yīng)過程，可實(shí)現(xiàn)高效能脫除SO2,并形成高品質(zhì)的脫硫副產(chǎn)物。

(2)每個(gè)循環(huán)獨(dú)立控制，避免了參數(shù)之間的相互制約，易于快速調(diào)整，優(yōu)化反應(yīng)過程，提高燃煤硫份和機(jī)組負(fù)荷變化的快速響應(yīng)能力和適用范圍。

(3)高pH值的二級(jí)循環(huán)在較低的液氣比和電耗條件下，可以保證脫硫效率達(dá)到99%以上。

(4)低pH值的一級(jí)循環(huán)可以保證吸收劑的完全溶解以及很高的脫硫石膏品質(zhì)，并大大提高脫硫副產(chǎn)物的氧化效率，降低氧化風(fēng)機(jī)電耗。

(5)一級(jí)循環(huán)可以去除煙氣中的雜質(zhì)，包括部分SO2、煙塵、HCL和HF；雜質(zhì)對(duì)二級(jí)循環(huán)的反應(yīng)影響將大大降低，利于提高二級(jí)循環(huán)脫硫效率。

(6)新鮮石灰石漿液的流向?yàn)橄冗M(jìn)入二級(jí)循環(huán)再進(jìn)入一級(jí)循環(huán)，兩級(jí)工藝延長(zhǎng)了石灰石漿液的停留時(shí)間，特別是在一級(jí)循環(huán)中pH值較低，利于石灰石顆粒的快速溶解。在同等條件下，可以使用品質(zhì)稍差和粒徑較粗的石灰石，從而降低石灰石磨制系統(tǒng)的電耗。

(7)煙氣從一級(jí)循環(huán)流向二級(jí)循環(huán)，通過錐型收集碗的氣流均布作用，使煙氣重新混合分配，可有效改善一級(jí)循環(huán)塔壁區(qū)域的傳熱傳質(zhì)狀況，消除脫硫塔內(nèi)SO2逃逸和漿液掛壁現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)脫硫裝置提效和節(jié)能降耗雙重功能。

2.2 主要技術(shù)性能比對(duì)

從表1可以看出，單塔雙循環(huán)脫硫工藝較傳統(tǒng)的單塔單循環(huán)脫硫工藝具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

表1 單循環(huán)和雙循環(huán)的技術(shù)比較

項(xiàng) 目單塔單循環(huán)工藝單塔雙循環(huán)工藝液氣比和能耗較高較低漿液pH值5.2～5.8雙循環(huán)化學(xué)反應(yīng)4.5～5.0,5.5～6.0漿液污染風(fēng)險(xiǎn)高低吸收塔材質(zhì)單一金屬材質(zhì)壽命較長(zhǎng)流場(chǎng)條件煙氣流速較高錐型收集碗能均布?xì)饬魇鹿蕽{罐容積小石膏中碳酸鹽含量低脫硫效率/%95～97≥98～99適用范圍適用于脫硫效率≤97%的FGD系統(tǒng);當(dāng)脫硫效率要求>97%時(shí),對(duì)邊界條件的要求很嚴(yán)格對(duì)于原煙氣SO2的大范圍變化有較好適應(yīng)性;尤其適用于硫分較高的煤質(zhì)或者脫硫效率要求>97%的FGD系統(tǒng)

單塔雙循環(huán)脫硫工藝與雙塔串聯(lián)脫硫工藝的主要技術(shù)性能相比：

(1)脫硫能力。在相同能耗條件下，單塔雙循環(huán)的煙氣流場(chǎng)條件好，脫硫能力較高。

(2)系統(tǒng)阻力。單塔雙循環(huán)比雙塔串聯(lián)工藝低250～350Pa。通常600MW機(jī)組煙氣阻力每百帕消耗的引風(fēng)機(jī)功耗約120kW,由此計(jì)算可知：每臺(tái)機(jī)組雙塔串聯(lián)工藝比單塔雙循環(huán)工藝增加電耗360kW，按上網(wǎng)電價(jià)0.4元/(kW·h)，則雙塔串聯(lián)工藝BMCR工況下每臺(tái)機(jī)組引風(fēng)機(jī)電耗增加費(fèi)用144元/h。

(3)改造場(chǎng)地及布置。單塔雙循環(huán)工藝的布置重點(diǎn)是塔外AFT漿池。AFT漿池的直徑一般比脫硫塔小，占用場(chǎng)地較少，但總的漿液容積必須滿足4.5min以上循環(huán)漿液停留時(shí)間要求。雙塔串聯(lián)工藝需新增1個(gè)脫硫塔，占用場(chǎng)地較大，且布置難度較大，特別是煙道走向布置及其支架設(shè)置等。

(4)改造工期和停爐時(shí)間?？傮w改造工期兩者大致相當(dāng)，但單塔雙循環(huán)工藝需要的停爐時(shí)間較長(zhǎng)，約需75～80d。

綜上所述，單塔雙循環(huán)工藝的系統(tǒng)阻力較小，布置相對(duì)靈活，占地面積較小，在運(yùn)行中的水平衡也易于控制，但停爐時(shí)間需要較長(zhǎng)；而雙塔串聯(lián)工藝不僅投資高，且系統(tǒng)阻力大(相應(yīng)電耗高)、占地面積也較大，運(yùn)行中的水平衡不易保持。對(duì)于有GGH的脫硫系統(tǒng)，在超低排放改造時(shí)，宜選擇單塔雙循環(huán)工藝；對(duì)于無GGH的脫硫系統(tǒng)，可結(jié)合機(jī)組具體情況、場(chǎng)地條件、停爐時(shí)間等，擇優(yōu)選用。

3 結(jié)語(yǔ)

單塔雙循環(huán)脫硫工藝是近幾年創(chuàng)新發(fā)展起來的高效能脫硫技術(shù)，首臺(tái)300MW燃煤機(jī)組的應(yīng)用結(jié)果表明：在一個(gè)脫硫塔內(nèi)將SO2吸收和石灰石溶解、脫硫副產(chǎn)物氧化結(jié)晶兩個(gè)系統(tǒng)分開，并結(jié)合其工藝要求，調(diào)控形成2個(gè)不同的漿液性質(zhì)，包括漿液PH值、漿液密度、含固量等，可穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)脫硫效率99%以上，且石灰石利用效率高、脫硫石膏品質(zhì)好，同時(shí)與其他工藝相比，節(jié)能效果明顯，是燃煤電廠SO2超低排放值得廣泛推廣應(yīng)用的新技術(shù)。

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Study on technical characteristics of two circulations per tower desulfurization technology

It described the technical characteristics of two circulations per tower desulfurization technology, and combined with the practical application of 300MW coal-fired boiler, through the control of some important parameters, such as pH value of double loop circuit, density of slurry, etc., low energy consumption to achieve the desulfurization efficiency above 99%, for SO2ultra low emission or emission standards of high sulfur coal, providing suitable high efficient desulfurization technology.

two circulations; desulfurization; technical characteristics

X701.3

B

1674-8069(2017)02-047-03

2016-11-21；

2016-12-05

魯小劍(1973-)，男，工程師，主要從事火電廠煙氣脫硫、脫硝、除塵技術(shù)管理工作。E-mail：luxj@nlec.com.cn