單塔雙循環(huán)石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)的應(yīng)用

劉紅蕾，李旭同

（1.山東電力高等?？茖W(xué)校，山東泰安　271000；2.北京博奇電力科技有限公司，北京　100022）

單塔雙循環(huán)石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)的應(yīng)用

劉紅蕾1，李旭同2

石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)是目前應(yīng)用最廣的煙氣脫硫技術(shù)，單塔雙循環(huán)石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)是在傳統(tǒng)的單塔單循環(huán)脫硫技術(shù)的基礎(chǔ)上逐步改進(jìn)發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，該技術(shù)克服了效率低、能耗高的缺點(diǎn)，可有效提高脫硫效率，滿足最新的排放標(biāo)準(zhǔn)。介紹了單塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)的機(jī)理，通過某電廠的技術(shù)應(yīng)用，對(duì)該技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

石灰石-石膏濕法脫硫；單塔雙循環(huán)；吸收塔；漿液循環(huán)泵

0　引言

隨著國(guó)家環(huán)保力度的不斷加大，火力發(fā)電廠的煙氣粉塵排放、脫硫率及脫硝率的監(jiān)控日趨嚴(yán)格，目前不少地區(qū)已經(jīng)要求排放煙氣中硫的質(zhì)量濃度必須小于35mg/m3（標(biāo)態(tài)），該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于歐盟標(biāo)準(zhǔn)要求的100mg/m3（標(biāo)態(tài)）［1］。為了達(dá)標(biāo)，各火力發(fā)電廠紛紛對(duì)原有機(jī)組的脫硫系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，新建電廠則選擇滿足脫硫、脫硝和除塵要求的新技術(shù)，單塔雙循環(huán)濕法石灰石-石膏脫硫技術(shù)就是從諸多脫硫技術(shù)中脫穎而出的新技術(shù)。

吸收塔是脫硫系統(tǒng)中吸收氧化系統(tǒng)的主要設(shè)備，是石灰石-石膏濕法脫硫工藝中的關(guān)鍵模塊［2］。吸收塔設(shè)計(jì)的最主要目標(biāo)是：以盡可能低的成本，使吸收塔具有盡可能大的液體表面積，而且具有高的可靠性和穩(wěn)定性。目前，世界上運(yùn)行的脫硫系統(tǒng)中相當(dāng)大的一部分使用噴淋吸收塔，從近20年的運(yùn)行情況看，該工藝較成熟，定期維護(hù)即能保證裝置的運(yùn)行穩(wěn)定；為了提高吸收塔的脫硫率，滿足環(huán)保監(jiān)測(cè)的技術(shù)要求，在此基礎(chǔ)上又發(fā)展出了單塔雙循環(huán)噴淋塔技術(shù)［3］。

1　噴淋吸收塔

典型的單塔單循環(huán)石灰石-石膏濕法脫硫工藝是將石灰石制成漿液，由漿液循環(huán)泵打至吸收塔內(nèi)，石灰石漿液在塔內(nèi)與煙氣及從塔下部鼓入的空氣充分接觸混合，煙氣中的SO2、空氣中的O2與漿液中的CaCO3充分氧化，生成CaSO4·2H2O，達(dá)到飽和后結(jié)晶形成石膏漿液，由石膏排出泵送至石膏脫水系統(tǒng)，經(jīng)濃縮、脫水，使其含水量小于10％，最后輸送至石膏貯倉(cāng)堆放或外銷；脫硫后的尾氣經(jīng)過除霧器除去霧滴后經(jīng)煙囪排入大氣。石灰石-石膏濕法單塔單循環(huán)煙氣脫硫工藝流程如圖1所示。

圖1　石灰石-石膏濕法單塔單循環(huán)煙氣脫硫工藝流程

噴淋吸收塔簡(jiǎn)稱噴淋塔，是氣-液反應(yīng)工程中的常用設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。石灰石漿液通過循環(huán)泵送至塔中不同高度布置的噴淋層噴嘴（噴嘴用耐磨材料制成），漿液從噴嘴向下噴出，形成分散的小液滴并掉落，同時(shí)煙氣逆流向上流動(dòng)，在此期間，氣、液充分接觸并對(duì)煙氣進(jìn)行洗滌。工藝上要求噴嘴在滿足霧化細(xì)度的條件下盡量降低壓損，噴出的霧應(yīng)能覆蓋整個(gè)吸收塔截面，以保證吸收的穩(wěn)定性和均勻性。塔底一般布置有氧化池，用專門的氧化風(fēng)機(jī)往里鼓空氣，而除霧器則布置在煙氣出口前的位置。因?yàn)樵擃愇账菍⑹沂瘽{液通過漿液循環(huán)泵打到噴淋層完成一次循環(huán)吸收過程，所以這種脫硫技術(shù)又被稱為單塔單循環(huán)技術(shù)。

（1.山東電力高等?？茖W(xué)校，山東泰安271000；2.北京博奇電力科技有限公司，北京100022）

圖2　噴淋塔結(jié)構(gòu)示意

噴淋塔是集煙氣中的SO2洗滌、吸收、氧化和石膏結(jié)晶于一體的塔類設(shè)備，在煙氣脫硫系統(tǒng)中被廣泛采用。該塔型在運(yùn)行維護(hù)工作量、運(yùn)行成本、運(yùn)行靈活性及易于改進(jìn)等方面具有下列優(yōu)點(diǎn)。

（1）吸收塔一般設(shè)計(jì)成逆流方式，塔內(nèi)上升的煙氣與噴淋下落的漿液液滴逆向流動(dòng)，延長(zhǎng)了液滴在吸收區(qū)的停留時(shí)間，加強(qiáng)了煙氣與吸收劑的充分接觸，提高了脫硫效率。

（2）吸收塔的吸收區(qū)內(nèi)除了噴嘴外，無(wú)其他設(shè)備，減少了結(jié)垢、堵塞和磨損的幾率，提高了設(shè)備可用率，減少了檢修工作量。

（3）由于塔內(nèi)設(shè)備少，減少了脫硫系統(tǒng)的阻力，節(jié)約了能源。

（4）吸收塔可設(shè)置備用噴淋層，能夠適應(yīng)機(jī)組煙氣負(fù)荷及煙氣中SO2含量的變化，運(yùn)行方式靈活，在煙氣工況變化的情況下，可保持持續(xù)穩(wěn)定的脫硫效率。

2　單塔雙循環(huán)吸收塔

為提高脫硫效率，可增加吸收塔內(nèi)噴淋層數(shù)或采用雙塔串聯(lián)技術(shù)，但這兩種方法的經(jīng)濟(jì)性均較差［4］。為解決技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的雙重問題，開發(fā)了單塔雙循環(huán)技術(shù)。單塔雙循環(huán)脫硫工藝系統(tǒng)與單塔單循環(huán)工藝和雙塔串聯(lián)工藝比較，除吸收塔有明顯區(qū)別外，其他系統(tǒng)基本相同，吸收塔仍然是整個(gè)脫硫裝置的核心［5］，如圖3所示。

圖3　石灰石-石膏法單塔雙循環(huán)煙氣脫硫工藝流程

單塔雙循環(huán)噴淋塔分為吸收塔上段和吸收塔下段，上、下兩段分別配置各自獨(dú)立的漿液循環(huán)泵，為便于漿液循環(huán)，在吸收塔外設(shè)置了為吸收塔上段噴淋層提供漿液儲(chǔ)存的吸收區(qū)加料槽（AFT）。

從除塵器出來(lái)的煙氣首先沿切向或垂直方向進(jìn)入吸收塔下段，與一級(jí)噴淋層（即下循環(huán)）噴出的漿液接觸，并被冷卻至飽和溫度。下循環(huán)漿液一部分來(lái)自吸收塔下部反應(yīng)池，一部分由上循環(huán)漿液來(lái)補(bǔ)充，該段循環(huán)漿液pH值控制在4.6～5.3，漿液停留時(shí)間為4min左右，這是石灰石溶解、亞硫酸氫根氧化為硫酸根及生成二水石膏的最佳pH值。脫硫一級(jí)循環(huán)的脫硫效率一般在30％～70％，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。有資料顯示，在pH值為4.5的酸性環(huán)境下氧化效率是最高的［6］，特別是高硫煤，在此pH值下可大大降低氧化空氣系數(shù)，從而大幅降低氧化風(fēng)機(jī)的電耗，同時(shí)還可提高石膏品質(zhì)。

經(jīng)過一級(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)主要的脫硫洗滌過程。由于不用考慮氧化結(jié)晶的問題，所以pH值可以控制在非常高的水平，達(dá)到5.8～6.4，循環(huán)漿液量可降低20％左右［7］。

吸收塔上部的集液斗將脫硫區(qū)分為上、下兩個(gè)循環(huán)回路。下循回路由漿液池、一級(jí)循環(huán)泵及一級(jí)噴淋層等組成；上循環(huán)回路由集液斗、吸收區(qū)加料槽、二級(jí)循環(huán)泵和上噴淋層組成。兩級(jí)循環(huán)分別設(shè)有獨(dú)立的循環(huán)漿池和噴淋層，每級(jí)循環(huán)具有不同的運(yùn)行參數(shù)。

該脫硫系統(tǒng)2016年3月的運(yùn)行參數(shù)為：脫硫效率，99.5％；吸收塔漿液pH值，4.8～4.9；AFT漿液pH值，5.9～6.0；補(bǔ)漿量，20t/d。

圖4　350MW脫硫系統(tǒng)吸收塔系統(tǒng)

圖5　350MW脫硫系統(tǒng)AFT及吸收塔系統(tǒng)

從運(yùn)行參數(shù)看：脫硫效率高，達(dá)到了高效脫硫的目的；吸收塔漿液池中的漿液pH值低，固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高達(dá)18％，有利于副產(chǎn)物氧化；AFT漿液箱中漿液pH值高，固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低至9％，雜質(zhì)少，保證高吸收效率且運(yùn)行可靠；吸收塔漿液池液位恒定，杜絕了漿液起泡和漿液倒灌入煙道。圖4、圖5為某350MW機(jī)組的吸收塔系統(tǒng)，系統(tǒng)參數(shù)見表1。

表1　單塔雙循環(huán)噴淋吸收塔參數(shù)

3　總結(jié)與展望

單塔雙循環(huán)石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)是一種適用于不同煤種的煙氣脫硫技術(shù)，該技術(shù)具有脫硫效率高、占地面積小、副產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的優(yōu)點(diǎn)，是目前投資與收益綜合評(píng)價(jià)最高的煙氣脫硫技術(shù)，它既克服了單塔單循環(huán)技術(shù)因液氣比較高、漿池容積大，而導(dǎo)致氧化風(fēng)機(jī)壓頭高的缺點(diǎn)，也克服了雙塔串聯(lián)工藝設(shè)備占地面積大、系統(tǒng)阻力大和投資高的缺點(diǎn)。將單塔雙循環(huán)石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)應(yīng)用于300MW及以上的燃煤發(fā)電廠或其他含硫尾氣的脫硫項(xiàng)目中，尤其是脫硫增效改造項(xiàng)目中，可在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提下滿足脫硫與除塵的環(huán)保要求，從而實(shí)現(xiàn)綠色產(chǎn)業(yè)的要求。從該技術(shù)在高校研究和市場(chǎng)應(yīng)用兩方面情況看，在未來(lái)幾年將有較好的應(yīng)用前景。

［1］周志祥，段建中，薛建明.火電廠濕法煙氣脫硫技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2006.

［2］李守信，紀(jì)立國(guó)，于軍玲，等.石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝原理［J］.華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，29（4）：91-94.

［3］季鑫.石膏法脫硫［J］.能源與節(jié)能，2015（3）：129.

［4］李娜.石灰石-石膏法單塔雙循環(huán)煙氣脫硫工藝介紹［J］.硫酸工業(yè)，2014（6）：45-48.

［5］王國(guó)強(qiáng)，黃成群.單塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)在300MW燃煤鍋爐中的應(yīng)用［J］.重慶電力高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2013，18（5）：51-54.

［6］李欣禾，仲壽根，袁善棟，等.單塔雙路雙循環(huán)氣動(dòng)流化式噴霧旋流除塵脫硫裝置：CN2770766Y［P］.2006-04-12.

［7］楊寶成，許德富，華桂宏，等.一種單塔雙回路石灰石-石膏濕法脫硫裝置及方法：CN104174284A［P］.2014-12-03.

（本文責(zé)編：劉芳）

X701.3

B

1674-1951（2016）09-0065-04

2016-06-07；

2016-08-03

劉紅蕾（1971—），女，山東萊蕪人，副教授，工學(xué)碩士，從事火力發(fā)電廠煙氣治理方面的研究（E-mail：1759616818@ qq.com）。