火電廠石灰石-石膏濕法雙塔雙循環(huán)脫硫技術的探討

張麗珍（南京龍源環(huán)保有限公司，江蘇南京210012）

火電廠石灰石-石膏濕法雙塔雙循環(huán)脫硫技術的探討

張麗珍（南京龍源環(huán)保有限公司，江蘇南京210012）

為應對“三區(qū)十群”內(nèi)火電廠SO2排放新標準，雙塔雙循環(huán)技術作為原有石灰石-石膏法脫硫工藝改進技術脫硫效果比較明顯，為燃煤電廠提高脫硫效率提供技術參考。

雙塔雙循環(huán)；濕法煙氣脫硫；脫硫效率；火電廠

引言

目前我國工業(yè)鍋爐排放二氧化硫占全國總排放量的22.2%，根據(jù)環(huán)保部2013年發(fā)布的第14號《關于執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告》，“三區(qū)十群”內(nèi)的火力發(fā)電機組在“十三五”期間，都必須達到二氧化硫50mg/m3的排放限值。實行新標準后，國內(nèi)燃煤鍋爐約有80%的現(xiàn)役機組將全部升級改造。

自20世紀60年代末濕法煙氣脫硫技術出現(xiàn)以來，經(jīng)過不斷改進和發(fā)展，石灰石-石膏法脫硫工藝（FGD工藝）已成為煙氣脫硫技術中技術最為成熟、應用最為廣泛的脫硫技術，目前占全球脫硫裝機總?cè)萘康?5%。雙塔雙循環(huán)技術在石灰石-石膏法脫硫設施增容改造過程中可普遍應用。

1 雙塔雙循環(huán)技術工藝原理及流程（見圖1）

雙塔雙循環(huán)采用兩塔串聯(lián)運行的思路，能夠充分利用原有脫硫設備設施：原有煙氣系統(tǒng)、SO2吸收系統(tǒng)、石灰石漿液制備及供應系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、排放系統(tǒng)等采用單元制配置，避免了拆塔重建的最不利局面。在不改變脫硫劑（石灰石）的情況下，能夠有效提高脫硫效率，加強改造新增設備與現(xiàn)有設備的聯(lián)系，提高整個脫硫系統(tǒng)的可靠性，降低造價。同時改造過程中對現(xiàn)有脫硫裝置的正常運行影響較小，縮短了現(xiàn)有脫硫裝置的停運時間，改造后脫硫系統(tǒng)能夠持續(xù)穩(wěn)定運行，脫硫系統(tǒng)的啟停和正常運行均不影響機組的安全運行和電廠的文明生產(chǎn)。

雙塔雙循環(huán)脫硫基本工藝流程見圖1。鍋爐來高溫煙氣經(jīng)引風機后進入預洗滌塔，經(jīng)洗滌、降溫至50～60℃后進入吸收塔，煙氣中的SO2煙氣經(jīng)一級循環(huán)夠得到預處理，降低煙氣中含塵量、含硫量，而后被吸收池中漿液經(jīng)而級循環(huán)洗滌并與漿液中的CaCO3發(fā)生反應，反應生成的CaSO3落入吸收塔底部的氧化池，氧化空氣經(jīng)氧化噴槍注入氧化池中，對中間產(chǎn)物進行強制氧化生成脫硫副產(chǎn)品CaSO4。

圖1 雙塔雙循環(huán)脫硫工藝流程圖

脫硫塔吸收液經(jīng)循環(huán)泵輸送至噴淋層，在噴嘴處霧化成細小的液滴，自上而下地落下。在液滴落回吸收塔漿池的過程中，實現(xiàn)了對煙氣中的二氧化硫、三氧化硫、氯化氫和氟化氫等酸性成份的吸收過程。CaSO4溶液經(jīng)二級循環(huán)泵循環(huán)噴淋，反復吸收氧化，最后形成固含量約5%的硫酸鈣溶液經(jīng)旋流器、皮帶機脫水成為脫水石膏。

經(jīng)吸收劑洗滌脫硫后的凈煙氣，通過除霧器除去大部分水滴后排入大氣。

雙塔雙循環(huán)工藝中煙氣經(jīng)過兩個不同的循環(huán)過程得到凈化，一級塔循環(huán)主要為氧化過程，SO2去除率為50～60%，二級塔循環(huán)主要為吸收過程，SO2去除率為40～50%；每個循環(huán)回路有不同的化學反應過程、漿液濃度、pH值等。為了獲得高的脫硫效率，應使吸收池的漿液pH值達到5～6；而要得到高品質(zhì)的石膏，需使吸收塔氧化池中漿液pH值控制在4～5之間。

2 雙塔雙循環(huán)工藝特點

2.1 液氣比低、漿液循環(huán)量低

液氣比直接影響設備容量和操作運行費用，提高液氣比相當于增加了吸收塔內(nèi)噴淋密度，使煙氣和漿液接觸面積增大，提高脫硫效率；但是高的液氣比要求循環(huán)泵的流量增大，從而增加了循環(huán)泵的投資，同時也使吸收塔內(nèi)壓力損失增大，增加引風風機的能耗。雙塔雙循環(huán)工藝中錐形收集盤將塔中二級循環(huán)不同區(qū)域分隔，使塔內(nèi)煙氣均勻分布，增加了液氣接觸時間，可采用較小的液氣比，降低了漿液循環(huán)量，使得一次性投資和運行費用大大減少。

2.2 吸收、氧化過程漿液PH值可分別控制

石灰石－石膏濕法脫硫工藝脫硫過程的主要化學反應為：

（1）在脫硫吸收塔內(nèi)，煙氣中的SO2首先被漿液中的水吸收，形成亞硫酸，并部分電離：

SO2＋H2O→H2SO3→H＋＋→2H＋＋

（2）與吸收塔漿液中的CaCO3細顆粒反應生成CaS O3·1/ 2H2O細顆粒：

CaCO3＋2H＋→Ca2+＋H2O＋CO2↑

Ca2+＋1/2H2O→CaSO3·1/2H2O↓

（3）CaSO3·1/2H2O被鼓入的空氣氧化，最終生成石膏Ca-SO4·2H2O

HSO3－＋1/2O2→H+＋

Ca2+＋＋2H2O→CaSO4·2H2O↓

從以上反應歷程可以發(fā)現(xiàn)，對于石灰石-石膏濕法脫硫來說，SO2的吸收、石膏結晶和碳酸鈣的溶解對pH的要求是逆向的，高pH的漿液環(huán)境有利于SO2的吸收，而低pH則有助于Ca2+的析出。雙塔雙循環(huán)系統(tǒng)中氧化池和吸收池是獨立的，在一級循環(huán)在較低的液氣比和電耗條件下，可以保證很高的脫硫效率，高硫煤可以達到98.5%左右。由于pH值較低4～5，能夠保證脫硫劑的溶解吸收過程并生成高品質(zhì)的石膏，并大大提高氧化效率，降低氧化風機電耗，；而在二級循環(huán)由于pH值較高5～6，在較低的液氣比和電耗條件下，夠保證非常高的脫硫效率，高硫煤可以達到98.5%左右，大幅降低循環(huán)泵的能耗。pH的控制主要通過漿液濃度來實現(xiàn)，漿液池中pH下降時，要及時補充新鮮漿液。

2.3 對石灰石品質(zhì)要求略低

石灰石品質(zhì)對吸收反應過程影響較大，主要體現(xiàn)在石灰石顆粒的粒度和比表面積，吸收劑的粒度單位體積的表面積越大，越有利于脫硫率的提高。FGD工藝對脫硫劑要求純度在90%以上。雙塔雙循環(huán)系統(tǒng)中每個循環(huán)都是獨立的反應過程，獨立控制，石灰石漿液先進入二級循環(huán)再進入一級循環(huán)，兩級工藝延長了石灰石的停留時間，特別是在一級循環(huán)中pH值很低，實現(xiàn)了顆粒的有效溶解，可以使用品質(zhì)稍差和粒徑較大的石灰石，降低漿液制備系統(tǒng)電耗。

2.4 對燃料特性和鍋爐負荷變化適應性強

燃料特性主要有熱值、硫含量、氯含量、水分以及灰分等，這些特性對FGD系統(tǒng)脫硫效率都有很大的影響。而雙塔雙循環(huán)改進技術中一級循環(huán)可以去除煙氣中的雜質(zhì)，包括部分的SO2、灰塵、HCL和HF等，減少雜質(zhì)對二級循環(huán)的吸收反應影響將，提高二級循環(huán)效率，對于燃煤硫分在3.5%以上的高含硫煙氣的凈化處理，脫硫效率可以達97%以上，對于含硫量低的煤的煙氣凈化處理脫硫效率能達到98%以上，工程一次性投資少，運行費用比較低、運行安全可靠。

3 工程應用實例

國電永福電廠對3號、4號300MW脫硫系統(tǒng)進行 “雙塔雙循環(huán)”提效技術改造。該項目是國內(nèi)首臺利用原吸收塔改造為“雙塔雙循環(huán)”脫硫工藝的裝置，煤質(zhì)含硫量4.5%，脫硫效率實際高達99.4%，遠低于國家規(guī)定的新排放標準，耗電低，運行費用比FGD系統(tǒng)低。

4 結語

對于大多數(shù)電廠采用的石灰石-石膏法脫硫工藝已經(jīng)不能滿足重點區(qū)域新標準的排放要求，雙塔雙循環(huán)脫硫改造技術脫硫效率高、石膏質(zhì)量好、設備可靠、運行費用低、對燃煤硫份有很好的適應性，應對日趨嚴格的SO2排放標準具有很好的實踐應用。

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［5］周至祥.火電廠濕法煙氣脫硫技術手冊［M］.中國電力出版社，2006.

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Study of limestone-gypsum double-tower and dual-loop desulfurization technology for Thermal power plants

Lizhen Zhang（Nanjing Longyuan Environmental CO.LTD）

In order to cope with the new emission standard of SO2for thermal power plants in“three Districts and ten groups”，double-tower and dual -loop technology as the original limestone-gypsum FGD process improvement technology ismore obvious desulfurization effect.It is important of providing technical reference for improving sulphur removal efficiency in coal-fired power plants.

Double-tower and dual-loop；Wet FGD；Sulphur removal efficiency；Thermal power plants

X773

A

2095-2066（2016）29-0007-02

2016-10-2

張麗珍（1984-），女，漢族，山西人，中級工程師，研究生，研究方向為燃煤電廠二氧化硫的控制。