多種提效技術在燃煤煙氣濕法脫硫工藝中的應用

勝利國電（東營）熱電有限公司 丁厚東 勝利發電廠 石天佐 張振

引言

一期2×220MW機組原脫硫系統采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，兩爐一塔配置。二期2×300MW機組脫硫系統采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，一爐一塔配置。在燃用煤種設計硫份Sar為1.8%，FGD入口SO2濃度3885mg/ Nm3時，設計脫硫效率大于95%，出口SO2濃度限值400mg/Nm3。三期1×660MW機組，采用石灰石-石膏濕法、一爐兩塔噴淋空塔脫硫裝置，兩座吸收塔的處理能力為一臺爐100%BMCR工況時的煙氣量，設計脫硫效率不低于98.1%。脫硫設計煤種硫份2.2%、最大硫份2.5%，FGD入口為SO2濃度5122 mg/ Nm3，設計脫硫出口SO2濃度97mg/ Nm3以下。

脫硫提效改造設計燃煤含硫量2.0%，入口二氧化硫濃度為4750 mg/Nm3，改造提效后要求脫硫效率不低于99.4%，出口SO2排放濃度不大于30mg/Nm3。

1 國內脫硫技術的研究對比

國內各個廠家環保公司對各自技術進行了升級開發，分別提出了新型的脫硫技術。其中有代表性的技術有沸騰托盤塔技術、單塔雙循環技術、湍流技術、雙塔雙循環技術及旋匯耦合脫硫技術等。

沸騰托盤塔技術。煙氣通過單托盤、雙托盤和異形開孔托盤裝置，可以均布塔內流場，降低煙氣流速，增加煙氣在塔內的停留時間，同時在托盤層漿液形成沸騰液面，煙氣經過液膜可以去除細微粉塵，完成一級脫硫除塵；煙氣經過高效噴淋層，通過噴淋主管和支管的預組裝提高噴淋的精度，通過高性能噴嘴將漿液粒徑降低30%，提高漿液覆蓋面積，通過增加增效環，減少煙氣逃逸，實現SO2的深度脫除，以確保SO2的超低排放。

煙氣湍流技術。煙氣由下至上通過湍流裝置得以整流，使其在吸收塔斷面流動均勻，避免了入口煙氣偏流和短路現象，使得煙氣均勻通過吸收塔噴淋區，保證脫硫裝置在比較穩定的狀態下運行；煙氣在經過湍流裝置時，會在管束間交替收縮和擴張的彎曲通道中流動，在管束間產生強烈的湍流和渦流作用，強化了煙氣對漿液的擾動，提高了氣液傳質系數，使煙氣與漿液接觸更加充分，從而使脫硫效率得到提高；由于湍流層上方會產生持液層，下方煙氣以鼓泡形式通過持液層，液相和液相可以更加充分的接觸，極大增加氣液傳質面積，有效降低液氣比，從而降低循環泵電耗。同樣由于湍流層漿液形成沸騰液面，煙氣經過液膜可以去除細微粉塵，完成一級脫硫除塵，從而實現SO2的超低排放。

單塔雙循環技術。將氧化區和吸收區分別布置，煙氣通過時進行了兩次SO2脫除過程，經過了兩級漿液循環（所以叫雙循環），兩級循環分別設有獨立的循環漿池，噴淋層，根據不同的功能，每級循環具有不同的運行參數。可以通過控制塔內和塔外漿池不同的PH值，實現高效去除效率。由于所有噴淋層布置在一座吸收塔內，所以稱之為單塔雙循環。

煙氣首先經過一級循環，石灰石漿液在吸收塔下部噴淋層與吸收塔漿池之間循環。此級循環的脫硫效率一般在30～70%，循環漿液PH 控制在4.6～5.3，漿液停留時間在5 分鐘，此級循環的主要功能是保證優異的亞硫酸鈣氧化效果和充足的石膏結晶時間，在酸性環境下PH=4.5時，氧化效率是最高的。經過一級循環的煙氣向上進入二級循環，石灰石漿液在吸收塔上部噴淋層與塔外漿池之間循環。上部噴淋層噴淋下來的液體，由布置于上下部噴淋層之間的漿液碗狀收集裝置自流回到塔外漿池。此級循環實現主要的脫硫煙氣中二氧化硫洗滌過程，由于不用考慮氧化結晶的問題，所以PH可以控制在非常高的水平，達到5.8～6.4，這樣可以大大降低循環漿液循環漿液量。并因其PH較高，對二氧化硫脫除啟動濕法有顯著的效率。

雙塔雙循環技術。雙循環技術源于德國，其目的是解決單吸收塔濕法脫硫的一個矛盾。濕法脫硫的反應分為兩個階段，即吸收階段和氧化階段，在SO2的吸收階段要求PH值越高吸收效果越好。而在CaHSO3-的氧化階段，要求PH值越低氧化效果越好。但是在同一個吸收塔漿液池內，無法二者兼顧，因此雙循環技術在吸收塔外另設一個罐體用于SO2的吸收，而吸收塔漿液池則負責氧化，這與龍凈的雙分區技術異曲同工。

雙塔雙循環技術其實是將輔助罐體升級為吸收塔，利用雙循環技術，同時設置噴淋層和除霧器，使雙循環的脫硫和除塵效果進一步增強。雙塔雙循環的占地和輔機增設要求很大，不適合布置比較緊湊的電廠，且輔機增設較多，運營成本高。

旋匯耦合脫硫技術。煙氣通過旋匯耦合裝置與漿液產生可控的湍流空間，提供了氣液固三相傳質速率，完成一級脫硫除塵，同時實現了快速降溫與煙氣均布，煙氣繼續經過高效噴淋系統，實現SO2的深度脫除及粉塵的二次脫除。

2 改造技術方案

結合機組原有脫硫裝置的設計工藝、改造場地條件及提效改造的設計目標，在盡量利用原有脫硫裝置的系統設備為原則的前提下，確定改造工藝為石灰石-石膏濕法脫硫工藝；其中220MW機組的#1機脫硫提效采用噴淋空塔方案，#2機采用單塔雙循環方案，300MW機組的#3、#4機采用雙塔雙循環方案，660MW機組的5號機采用塔內增設單托盤技術方案。

2.1 噴淋空塔方案

#1機組改造采取一爐一塔方案設計，原吸收塔作為#1機組脫硫裝置吸收塔，根據前文分析可知，原吸收塔為滿足單臺機組二氧化硫排放濃度為100mg/Nm3的要求，需進行適當擴容改造，具體改造方案為塔漿液循環系統新增一層漿液噴淋層，循環漿液量為6000m3/h，塔體相應加高改造1.8m。

2.2 單塔雙循環方案

#2號機組改造采用單塔雙循環工藝，新建2號機吸收塔和一座AFT漿池，共計5層噴淋，設置5臺循環泵（新增）。設置4臺石膏排漿泵，2臺石膏旋流器，4臺石膏濃漿輸送泵，3臺氧化風機由羅茨風機擴容更換為單級高速離心風機，新增兩臺石灰石漿液泵和1臺工藝水泵。壓縮空氣、工業水等公用系統管網改造。

2.3 雙塔雙循環方案

結合本項目的實際布置情況，在原有水平煙道拆除后的空地上新建二級塔，將原有吸收塔作為一級塔，新增兩塔之間的連接煙道。

二級塔塔徑為13.1m，為保證整個脫硫裝置的安全可靠性，設置三層噴淋層，每層噴淋層流量為4200m3/h，吸收塔設置單層攪拌，單層設置3臺攪拌器用于漿池攪拌，設置除霧器，設置兩臺排漿泵。

為了減少石膏雨現象，新建二級塔設置兩級屋脊式除霧器加一級管式除霧器，設置四層沖洗，在設計工況下，除霧器出口液滴攜帶量不大于75mg/m3（標態，干基，6%O2）。

原吸收塔除霧器為兩級屋脊式除霧器，采用雙塔雙循環改造工藝后，為保證吸收塔系統的水平衡得到有效的控制且避免一、二級吸收塔之間連接煙道的石膏堆積現象，本次改造拆除原塔第二級除霧器及配套沖洗水系統，保留第一級除霧器及沖洗水系統，減少吸收塔系統的除霧器水耗。

將原3臺氧化風機由羅茨風機擴容更換為單級高速離心風機，作為兩臺機組原脫硫吸收塔的氧化風機，兩臺二級塔新增3臺單級高速離心風機。

2.4 增設單托盤方案

內置托盤可以提高脫硫效率2%左右，且不需要增加額外的系統和外部設備，主要是針對吸收塔進行改造，可以降低因空間有限造成的改造難度。具體改造內容如下：

拆除原四層噴淋層中的最下層噴淋層（即循環泵A對應的噴淋層），在該空間內增設持液層托盤，增加煙氣均流效果，并增加脫硫效率。

更換循環泵A，流量不變，揚程由21.9m調整為29.1m。新更換的漿液循環泵，包括配套的電機、減速機，要求與原循環泵廠家保持一致。

原循環泵B、C、D對應的3層噴淋層利舊，同時在D層之上再加裝1層噴淋層（即對應更換后的循環泵A），即最終維持4層噴淋層的設置。

吸收塔漿池高度不變，但吸收塔上部隨著增設持液層而加高2m，凈煙道隨吸收塔加高而加高，吸收塔基礎沒有進行加固處理。除霧器沖洗水管道隨塔體升高進行了相應調整，除霧器本體及水管道檢查修復，工藝水泵揚程滿足抬高后的除霧器沖洗的要求沒做變動。

3 性能測試

220MW、300MW、660MW機組的脫硫系統提效改造多比較圓滿，系統運行正常，排放達標。在運行3個月后委托第三方進行了脫硫系統性能試驗。各類型機組在100% BMCR負荷條件下的凈煙氣SO2質量濃度均在30mg/m3以下，系統壓力損失、Ca/S、石灰石消耗量等各項指標均達到了設計要求。

4 結束語

燃煤煙氣濕法脫硫提效改造前，應充分對各種脫硫提效技術論證，并對同類型機組的改造應用進行實地考察調研。結合自身現有技術條件、設備現狀、場地空間等選擇最合適的改造方案，確保改造一次成功，不留任何遺憾，實現真正的脫硫超低排放。