孔祥貞，梁仕铓，蘇 成，周 康，梁晏萱

模糊噴淋在雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)中的技術(shù)研究

孔祥貞，梁仕铓，蘇 成，周 康，梁晏萱

（華能重慶珞璜發(fā)電有限責(zé)任公司，重慶402283）

通過(guò)構(gòu)建模糊噴淋工藝流程對(duì)雙塔雙循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，其措施是引入二級(jí)吸收塔的高pH值漿液直接噴淋至一級(jí)吸收塔，實(shí)現(xiàn)一、二級(jí)吸收塔交叉混合模糊噴淋。該工藝結(jié)合了雙塔雙循環(huán)和單塔雙循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)，改善了傳統(tǒng)雙塔雙循環(huán)工藝存在的系統(tǒng)復(fù)雜、能耗高等問(wèn)題。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、改造難度低、能效高、負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，可以廣泛應(yīng)用于新建雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)，或者已建雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)的節(jié)能減排升級(jí)改造。

超低排放改造；雙塔雙循環(huán)；交叉噴淋；模糊噴淋

根據(jù)最新的環(huán)保要求，火電廠SO2排放值要達(dá)到35 mg／Nm3的超低排放標(biāo)準(zhǔn)?；鹆Πl(fā)電廠脫硫系統(tǒng)現(xiàn)有的單塔單循環(huán)模式已經(jīng)無(wú)法滿足要求，需要進(jìn)行超低排放改造?，F(xiàn)階段主流的脫硫超低排放改造方案為雙循環(huán)改造［1］。雙循環(huán)工藝主要分為雙塔雙循環(huán)和單塔雙循環(huán)兩種，西南地區(qū)的高硫煤火電廠進(jìn)行脫硫超低排放改造時(shí)一般采用雙塔雙循環(huán)。

現(xiàn)有主流的脫硫雙塔雙循環(huán)工藝雖然可以達(dá)到超低排放效果，但仍然存在一些問(wèn)題，比如系統(tǒng)復(fù)雜、初期投資高、能耗高、對(duì)負(fù)荷及SO2的短時(shí)大幅變化適應(yīng)性仍然不足等。本文通過(guò)構(gòu)建模糊噴淋工藝流程對(duì)雙塔雙循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

1 主流雙循環(huán)工藝介紹

現(xiàn)在成熟的雙循環(huán)工藝主要分為單塔雙循環(huán)工藝及雙塔雙循環(huán)工藝兩種。

單塔雙循環(huán)［2］技術(shù)是在單一吸收塔內(nèi)采用兩級(jí)串聯(lián)噴淋吸收模式，即在傳統(tǒng)濕法脫硫塔之上再串聯(lián)一級(jí)噴淋吸收系統(tǒng)，很好地解決了石膏結(jié)晶與高脫硫效率之間的矛盾。傳統(tǒng)的石灰石－石膏濕法脫硫工藝為兼顧脫硫效果、漿液氧化效果和石灰石利用率，漿液pH值為5.3～5.8，受漿液pH值的限制，適用范圍有限。單塔雙循環(huán)［3］工藝具有兩個(gè)獨(dú)立的漿液循環(huán)系統(tǒng)，兩級(jí)循環(huán)分別設(shè)有獨(dú)立的循環(huán)漿池、噴淋層，從而實(shí)現(xiàn)漿液pH值、石灰石漿液濃度等運(yùn)行參數(shù)的獨(dú)立控制，工藝流程見(jiàn)圖1［4］。

單塔雙循環(huán)的優(yōu)勢(shì)在于只需要建設(shè)1座吸收塔，對(duì)場(chǎng)地要求低。缺點(diǎn)是：技術(shù)仍處于發(fā)展階段，目前主要應(yīng)用于脫硫入口SO2含量不超過(guò)4 000 mg／Nm3的中低硫煤電廠，對(duì)西南地區(qū)SO2含量超過(guò)8 000 mg／Nm3的機(jī)組還沒(méi)有應(yīng)用成功的案例。

圖1 單塔雙循環(huán)工藝流程圖

雙塔雙循環(huán)技術(shù)［4］即吸收塔串塔技術(shù)。煙氣首先經(jīng)過(guò)一級(jí)循環(huán)，循環(huán)漿液pH值控制在4.6～5.2，此級(jí)循環(huán)的主要功能是保證優(yōu)異的亞硫酸鈣氧化效果和充足的石膏結(jié)晶時(shí)間。經(jīng)過(guò)一級(jí)循環(huán)的煙氣直接進(jìn)入二級(jí)循環(huán)，此級(jí)循環(huán)實(shí)現(xiàn)主要的脫硫洗滌過(guò)程，由于不用考慮氧化結(jié)晶的問(wèn)題，所以pH值可以控制在非常高的水平，達(dá)到5.8～6.4，可以大幅提高脫硫效率并降低循環(huán)漿液量。工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 雙塔雙循環(huán)工藝流程圖

雙塔雙循環(huán)的優(yōu)勢(shì)在于脫硫效率高，煤種適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)是：系統(tǒng)復(fù)雜，投資及場(chǎng)地要求高，能耗高。

2 模糊噴淋在雙塔雙循環(huán)系統(tǒng)中的技術(shù)研究

模糊噴淋工藝如圖3所示。在一級(jí)塔A漿液循環(huán)泵（以下簡(jiǎn)稱1A）入口管設(shè)置三通，從二級(jí)塔底部引一路漿液接入1A循環(huán)泵入口，三通前面兩個(gè)入口管各設(shè)置一個(gè)調(diào)節(jié)閥（一級(jí)塔與二級(jí)塔至1A循環(huán)泵入口的調(diào)節(jié)閥，下文分別簡(jiǎn)稱1＃閥和2＃閥），通過(guò)兩個(gè)調(diào)節(jié)閥配合，自動(dòng)調(diào)節(jié)雙塔pH值、液位及密度。

圖3 模糊噴淋工藝示意圖

這樣配置的優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)。

1）二級(jí)吸收塔漿液pH值高達(dá)6.0以上，可根據(jù)需要通過(guò)1A循環(huán)泵引入高pH漿液，摻配成不同pH值的漿液噴淋入一級(jí)塔。負(fù)荷高時(shí)，開(kāi)大2＃閥、關(guān)小1＃閥，則1A噴淋層的噴淋漿液pH值立即提高，可快速提升一級(jí)吸收塔的脫硫效率。

2）吸收塔噴淋層下方設(shè)有合金托盤(pán)，其作用之一是漿液在托盤(pán)表面形成液膜，加強(qiáng)噴淋漿液在吸收區(qū)對(duì)煙氣的洗滌，提升SO2吸收效率。但是，托盤(pán)上方的液膜與SO2接觸時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致液膜酸性增加，pH值處于一個(gè)較低水平（4.0甚至更低），這在一定程度上弱化了托盤(pán)的吸收效果［5］。而傳統(tǒng)吸收塔調(diào)節(jié)pH值的方式，是將石灰石漿液直接泵入位于托盤(pán)下方的吸收塔漿池，無(wú)法有效提升托盤(pán)上方液膜的pH值。若引入模糊噴淋工藝，二級(jí)塔內(nèi)高pH值漿液直接被均勻地噴淋在托盤(pán)層上方，在托盤(pán)上形成的液膜pH值較高，可大幅強(qiáng)化托盤(pán)層吸收效果，提升脫硫效率。

3）在負(fù)荷或含硫量突然快速大幅變化時(shí)，原有工藝流程下反應(yīng)滯后，需經(jīng)歷以下幾個(gè)過(guò)程：①提升石灰石漿液供漿流量（前提是石灰石漿池已提前配好高品質(zhì)石灰石漿液，否則流程還要加長(zhǎng)）；②石灰石漿液在吸收塔內(nèi)溶解并均勻散布至整個(gè)吸收塔漿池；③吸收塔內(nèi)漿液pH值緩慢提升；④漿液循環(huán)泵將較高pH值的漿液打入噴淋層；⑤高pH值的噴淋漿液吸收SO2，排放下降。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在保持漿液循環(huán)泵臺(tái)數(shù)不變的情況下，整個(gè)過(guò)程至少需5～10 min，若漿液活性差時(shí)所需時(shí)間還要延長(zhǎng)，很有可能導(dǎo)致短時(shí)排放超標(biāo)。

另外，吸收塔在大流量泵入石灰石漿液之后，若負(fù)荷快速下降，即使立即停止進(jìn)漿，吸收塔內(nèi)漿液pH值仍會(huì)快速上升，導(dǎo)致鈣利用率大幅下降。一級(jí)塔被賦予的在低pH值環(huán)境下氧化、結(jié)晶的能力大幅下降，極易導(dǎo)致漿液品質(zhì)惡化。上述兩個(gè)過(guò)程的缺點(diǎn)是原有工藝一直無(wú)法解決的頑疾。

在引入模糊噴淋工藝后，可以解決上述問(wèn)題。在負(fù)荷或含硫量突然快速大幅上升時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)大2＃閥并關(guān)小1＃閥，高pH值（6.0以上）漿液在極短時(shí)間內(nèi)就可以直接噴入一級(jí)吸收塔，SO2排放值立即下降，大大降低了SO2排放超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。此外，在負(fù)荷突然下降時(shí)，由于一級(jí)塔內(nèi)并未大量泵入石灰石漿液，塔內(nèi)漿液pH值仍維持在正常水平，漿液品質(zhì)維持良好。

4）基于上述理由1）2）3），因一級(jí)塔脫硫效率大幅提高且對(duì)快速升負(fù)荷的適應(yīng)性大大增強(qiáng)，不再需要維持7臺(tái)（雙塔）漿液循環(huán)泵配置（即減少冗余裕量），進(jìn)行超低排放改造可少建設(shè)1～2臺(tái)漿液循環(huán)泵及相應(yīng)噴淋層。這樣，一是可以降低廠用電率；二是可以節(jié)約投資、降低后期維護(hù)成本；三是可以節(jié)約有限的空間為增設(shè)高效除霧器甚至塔內(nèi)濕式電除塵器作準(zhǔn)備。

5）基于上述理由3），因吸收塔漿池容量大、流程復(fù)雜導(dǎo)致反應(yīng)滯后，原工藝中pH值的自動(dòng)控制一直是個(gè)難題。電廠中，現(xiàn)在pH值基本為手動(dòng)控制，不僅增加了值班員的工作量，而且調(diào)整精度不高，易導(dǎo)致排放超標(biāo)。引入模糊噴淋工藝后，取消一級(jí)塔石灰石供漿管系，完全通過(guò)1A循環(huán)泵入口兩個(gè)調(diào)節(jié)閥協(xié)同控制（2＃閥引入一級(jí)塔pH值及負(fù)荷作為前饋信號(hào)，1＃閥開(kāi)度＝120－2＃閥開(kāi)度）來(lái)調(diào)節(jié)一級(jí)吸收塔的pH值，可以很容易實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的pH值自動(dòng)控制。

6）為維持二級(jí)塔液位及密度平衡，主流雙塔雙循環(huán)工藝的典型設(shè)計(jì)方式是：在二級(jí)塔設(shè)置強(qiáng)制漿液回流泵、旋流器系統(tǒng)及回流管道等，將二級(jí)吸收塔的高密度漿液通過(guò)旋分系統(tǒng)分離，濃漿泵入一級(jí)吸收塔，稀漿返回二級(jí)塔［6］。通過(guò)這種方式維持二級(jí)吸收塔的液位及密度，缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜、維護(hù)量大（旋分器為易損件）、能耗高。引入模糊噴淋工藝后，可以取消上述系統(tǒng)，通過(guò)以下流程不需增加任何設(shè)備即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)一、二級(jí)吸收塔間的液位及密度平衡：一級(jí)塔高密度漿液泵至脫水樓→低密度的濾液水回流至二級(jí)吸收塔→二級(jí)塔高密度漿液通過(guò)漿液循環(huán)泵1A泵回→級(jí)塔。

7）可以實(shí)現(xiàn)1A噴淋層自動(dòng)沖洗。高pH值漿液易導(dǎo)致管道及噴嘴結(jié)垢，可以通過(guò)設(shè)置1A循環(huán)泵停泵程控（停泵指令發(fā)出→全開(kāi)1＃閥－關(guān)閉2＃閥→泵在低pH值漿液環(huán)境運(yùn)行2 min→延時(shí)停泵），自動(dòng)實(shí)現(xiàn)用低pH值漿液沖洗管道及噴嘴，降低結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)論

雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)引入模糊噴淋工藝后，相比原工藝主要有以下優(yōu)點(diǎn)：①系統(tǒng)簡(jiǎn)化，降低投資及場(chǎng)地要求，降低后期運(yùn)行維護(hù)成本；②在所有負(fù)荷段都能有效降低能耗；③對(duì)負(fù)荷及SO2的短時(shí)大幅變化適應(yīng)性強(qiáng)，可有效避免因負(fù)荷或煤質(zhì)突然變化導(dǎo)致的短時(shí)超標(biāo)；④在簡(jiǎn)化系統(tǒng)的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)雙塔間自動(dòng)水平衡及密度控制；⑤改善原系統(tǒng)pH值控制滯后時(shí)間長(zhǎng)，pH值自動(dòng)控制效果不佳等問(wèn)題。

綜上所述，模糊噴淋工藝具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能效高、負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)、改造難度低等優(yōu)勢(shì)，可以廣泛應(yīng)用于新建雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)，或者已建雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)的升級(jí)改造。

［1］ 趙金龍，胡達(dá)清，單新宇，等.燃煤電廠超低排放技術(shù)綜述［J］.電力與能源，2015（5）：701－708.

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［3］ 何永勝，高繼賢，陳澤民，等.單塔雙區(qū)濕法高效脫硫技術(shù)應(yīng)用［J］.2015（5）：52－56.

［4］ 鄧輝鵬.火電廠煙氣超低排放技術(shù)研究［J］.華電技術(shù)，2016（2）：65－67，80.

［5］ 梁晏萱.雙托盤(pán)噴淋塔在石灰石－石膏濕法脫硫裝置改造中的應(yīng)用［J］.重慶電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2015（5）：38－42.

［6］ 呂志超，徐勤云，方蕓.高效脫硫技術(shù)綜述［J］.資源節(jié)約與環(huán)保，2015（8）：11，15.

A Technological Study on the Application of the Fuzzy Spray in the Dual-Tower and Dual-Cycle FGD System

KONG Xiangzhen，LIANG Shimang，SU Cheng，ZHOU Kang，LIANG Yanxuan
（Huaneng Chongqing Luohuang Power Generation Co.，Ltd.of CHNG，Chongqing 402283，P.R.China）

The construction of the technological process of the fuzzy spray can optimize the dual-tower and dual-cycle FGD system.The serous fluid with high PH value inlet in the second-level absorption tower can be directly sprayed into the first-level tower to realize the crossed and mixed fuzzy spray between them.With the advantages of both the dual-tower and dual-cycle FGD system and the single-tower and dual-cycle FGD system，this new technological process can solve such problems as the systematic complexity and the high energy consumption of the traditional dual-tower and dual-cycle technological process.With advantages like simple structure，easy renovation，high energy efficiency and good load adaptability，it can be widely applied in not only newly-built dual-tower and dual-cycle FGD systems but also renovations of energy conservation and emission reduction in built ones.

renovation of ultra-low emission；dual-tower and dual-cycle；crossed spray；fuzzy spray

X773

A

1008-8032（2017）04-0035-03

2016－11－03

孔祥貞（1979－），工程師，主要從事脫硫運(yùn)行管理及超低排放改造工作。