火力發電廠脫硫超低排放改造技術探討

湖北能源集團鄂州發電有限公司 許 蘇 張華瑋

在我國推動綠色經濟發展的背景之下，全國各個火電廠積極落實相關的環保政策，以較高的環保標準要求自身發展。目前在SO2排放標準上，各火電廠基本上將35mg/Nm3作為嚴格標準進行執行，同時有著較高的脫硫效率要求，要求其能夠達到95%以上甚至達到99%的效率。在如此高要求的基礎之上，火力發電廠需要的是更高的脫硫超低排放技術，并根據有效的脫硫超低排放技術進行自身火力發電廠的改進。

在當前，串聯塔脫硫技術作為較為常見的脫硫低排放改造技術被多數火力發電廠所采用。但是在實際火力發電廠的工作之中，串聯塔脫硫技術逐漸顯露出一定的技術劣勢，這給火力發電廠的發展帶來了重要影響，需要積極尋求更為高效的脫硫超低排放技術。

1 改造技術核心——單塔雙區脫硫技術

單塔雙區脫硫技術之中的“雙區”是指火力發電廠脫硫過程之中的兩個重要區域，分別為吸收區和氧化區。吸收區的主要功能在于對S02完成吸收，由于吸收物質為酸性，需要吸收區所采用的漿液pH值較高。在對酸性氣體完成吸收之后，可以在吸收區生成CaSO3與Ca(HSO3)2。氧化區的主要功能在于實現對或等物質的氧化，為了成功實現氧化，在氧化區的漿液pH 值需要偏低[1]。在傳統脫硫技術之中，由于吸收區和氧化區存在著較大的漿液pH 值差異，所以將其完成劃分為兩個區域，連個區域相互獨立，普遍采用的方式為“1塔+1罐”。具體實現方式如圖1所示。

圖1 傳統雙塔脫硫技術

單塔雙區脫硫技術則是在原有基礎之上，通過一個塔便實現了脫硫目的，在一個塔之中就有不同pH 值漿液的存在，既滿足對于煙氣吸收和氧化的需求，同時僅依靠單塔而實現。所能夠實現的核心在于pH 調節器與射流攪拌。單塔雙區脫硫技術結構如圖2所示。

圖2 單塔雙區脫硫技術結構圖

根據圖2所示，單塔雙區脫硫技術實現的過程之中，煙氣從底部進入，注入pH 值呈堿性的漿液，煙氣的吸收需要從底部漿液之中抽取堿性漿液對煙氣進行噴淋，以實現吸收區的重要作用。噴淋之后所形成的漿液會落在底部漿液的上層，且上層漿液pH 值偏酸性。在對煙氣吸收之后，再次抽取底部漿液上層的酸性漿液進行噴淋，最終實現氧化區的重要作用。

在裝置運行過程之中，底部會重新注入堿性漿液，對底部漿液上層漿液的pH 值會產生重要影響。為了避免相關問題的發生，需要采用射流攪拌系統，即當底部重新注入堿性漿液時，需要利用噴嘴產生射流，在防止影響上層漿液pH 值的同時，還能夠對底部漿液產生攪拌作用，防止沉淀[2]。雙區脫硫技術在單塔之中實現吸收區和氧化區兩大重要作用，沒有外在裝置，系統結構簡易，運行流暢與運行阻力較小。

2 技術對比

在當前，火力發電廠常規采用的脫硫技術包括單塔雙循環脫硫技術以及串流塔脫硫技術，作為傳統脫硫技術的代表，兩者具有一定的技術優點，但是在與單塔雙區脫硫技術對比的過程之中，傳統脫硫技術也在一定程度上凸顯出來了技術缺點，本文將單塔雙區脫硫技術與另外兩種傳統脫硫技術、即單塔雙循環脫硫技術以及串流塔脫硫技術進行技術對比，具體對比情況如表1所示。

表1 脫硫技術對比分析

通過上述對比可以發現，單塔雙區脫硫技術在于傳統脫硫技術的對比之中，凸顯出一定的技術優勢，能夠有效實現火力發電廠的脫硫超低排放目標。在具體優勢方面，一是單塔雙區脫硫技術有著較高的脫硫效率，主要在于漿液pH 值分布合理，漿液底部pH 值平均位于5.1～6.3，漿液上層pH 值平均位于4.9～5.5，能夠高效率實現吸收與氧化功能；二是單塔雙區脫硫技術脫硫效果好，在傳統脫硫技術之中，石膏純度平均高于90%，而單塔雙區脫硫技術可以實現石膏純度平均高于92%；三是系統運行過程之中阻力較小，系統運行更加順暢，當系統停機之后，單塔雙區脫硫技術系統能夠順利啟動。

四是系統整體上難度較低，運行簡單，維護容易；五是單塔雙區脫硫技術更加節省能源，其與傳統脫硫技術相比，有著較低的電耗，能夠有效節省200kWh/h（1×300MW 機組），這與符合當前環保理念的發展，是火力發電廠未來發展的重要方向；六是單塔雙區脫硫技術占地面積更小，由于單塔雙區脫硫技術只需要單塔便可以實現脫硫技術，而傳統技術往往需要借助“塔+罐”或者雙塔。通過上述數據對比可以發現，單塔雙區脫硫技術所節約的面積在于1×300MW 機組，也就意味著可以實現的節約面積高達500m2；七是在上述技術優勢的支撐之下，單塔雙區脫硫技術擁有更低的投入成本、運行成本，能夠有效為火力發電廠節約資金。

3 技術改造方案及改造結果

根據上述介紹可以發現，單塔雙區脫硫技術擁有較為突出的技術優勢，如何將其運用于實踐之中，也是技術需要考慮的關鍵所在。在火力發電廠脫硫低排放技術之中運用單塔雙區脫硫技術，需要對原有設備進行改進，且驗證其是否具有較為良好的改造效果。

單塔雙區脫硫技術采用單塔實現pH 值分區以及對煙氣的吸收與氧化，關鍵在于塔之中漿液pH值的不同。從圖2之中可以發現，單塔雙區脫硫技術之中單塔從低到高分別營造了堿性，中性以及酸性環境，實現的主要工具在于分流調節器以及氧化空氣管。分流調節器作用于底部的漿液池，防止底層堿性漿液與上層酸性漿液混合，通過循環漿料泵，便可以抽取漿液進行噴涂，噴涂過程之中以實現吸收與融合。噴涂過程有著較高的技術要求，需要實現有效噴涂以提高脫硫率，因此在噴涂技術有具體的技術措施。

具體內容包括：首先，噴涂層需要設置多層對煙氣進行噴涂，最低需要設置三層以上，且單層的噴涂層需要實現橫截面的完全覆蓋，具有較高的覆蓋率；其次，噴嘴需要選擇專用噴嘴，自身流量低的同時也要實現對于漿液的二次霧化，盡可能實現對煙氣的全覆蓋；最后，噴嘴排列方面需要充分考慮，以科學有效的噴嘴排列方式進行排列，考慮到煙氣的全方位噴涂。在改造技術的支持之下，本文選取了某火力發電廠，以其為具體案例進行單塔雙區脫硫技術改造，具體改造方案如下所示。

由于該火力發電廠原來采用串流塔脫硫技術，原有設備包括雙塔，為了改造應用單塔雙區脫硫技術，需要對原有雙塔進行改造，主要是對其中吸收塔記性改造，將吸收塔在內部劃分為兩個區域，對吸收塔進行環切，將其劃分為兩個不同。底部漿液池需要進一步得到擴大，擴大的基礎之上抬高吸收塔高度。在單塔雙區脫硫技術之中，為了防止底部漿液混亂，在底部漿液池擴大改造的基礎之上增加調節器。

對底部漿液池進行改造之后，另外對單塔區進行改造，改造的主要目的在于改造噴涂層。改造噴涂層需要對原有設備進行優化升級，對原油管道和噴嘴進行拆除，原有噴涂層為3層，在改造之中需要增加噴涂層數量，將其增加至5層可以有效提升噴涂效果。在噴嘴選擇之中，需要選擇雙向空心錐噴嘴。為了更好實現噴涂，可以在噴涂層下端增加多孔分布器，以最大化增加噴涂漿液與煙氣的接觸，增加脫硫效果。另外，在噴涂層上，需要盡最大可能減少煙氣泄露，對塔壁需要采用特殊涂層以達到良好效果。最后，需要對原有層進式攪拌器進行改進，射流攪拌將是漿液進行底部漿液池的重要方式。

在對目標火力發電廠實現單塔雙區脫硫技術改造之后，并對其改造之后的運行情況進行了記錄，統計和分析，單塔雙區脫硫技術改造系統運行情況如表2所示。

表2 單塔雙區脫硫技術應用效果

根據上述統計結果可對該系統的脫硫效率進行計算，可知脫硫效率計算公式為：η=((ρSO2干O2進-ρSO2干O2出)/ρSO2干O2進)×100%。根據上述脫硫效率計算公式以及上述系統運行數據，可以對當前脫硫效率進行計算。通過計算可以發現，當前系統的脫硫效率為99.7%。

在脫硫情況的統計基礎之上，本文還對系統的運行消耗情況進行了統計，包括石灰石消耗量，工藝水消耗量，電量消耗等情況，在石灰石消耗量方面，單塔雙區脫硫技術所應用的脫硫系統的消耗量為9.01t/h。在工藝水消耗方面，運行統計發現其消耗量為26.8t/h。在電量消耗上，單塔雙區脫硫技術所應用的脫硫系統每小時消耗的電量情況為3443.8kWh。通過統計分析得知，在當前單塔雙區脫硫技術與傳統脫硫技術相比，既有著更高的脫硫效率、同時也有更低的能量消耗，能夠有效滿足火力發電廠的脫硫需求，同時也能夠比傳統脫硫技術更加符合環保理念，是支撐火力發電廠發展的重要脫硫技術。

4 結語

在環保理念不斷發展的今天，火力發電廠的脫硫低排放技術自然是支撐火力發電廠的重要內容。在傳統脫硫技術下，雖然傳統脫硫技術經過長時間的檢驗，擁有一定的脫硫效果，但是需要具有提升的空間。更加重要的是，傳統脫硫技術在其他能量消耗方面巨大，既是能夠達到良好的脫硫效果，其能耗大、投資量大等問題也不能夠有效支撐其未來發展，需要火力發電廠在環保理念的要求下，進一步改進脫硫低排放技術，積極踐行環保理念，促進火力發電廠的綠色高效發展。

單塔雙區脫硫技術是一種較為優先的脫硫技術，能有效滿足火力發電廠發展的各種需求，能夠成為重要的脫硫技術支撐，應當成為火力發電廠未來發展的重要選擇。但是值得一提的是，單塔雙區脫硫技術依然具有進一步提升的空間，需要在未來火力發電廠的實踐之中進行積極的技術改進與發展。