单塔双循环脱硫工艺的技术特性研究

鲁小剑

(南京龙源环保有限公司，江苏 南京 210012)

单塔双循环脱硫工艺的技术特性研究

鲁小剑

(南京龙源环保有限公司，江苏 南京 210012)

系统阐述了单塔双循环脱硫工艺的技术特性，并结合300MW燃煤锅炉的实际应用，通过双循环回路pH值、浆液密度等核心参数的调控，低能耗地实现脱硫效率99%以上，为SO2超低排放或高硫煤的达标排放，提供了适宜的高效能脱硫技术。

双循环；脱硫；技术特性

0 引言

随着燃煤电厂SO2超低排放的全面推行，传统的石灰石-石膏湿法单循环脱硫工艺呈现技术局限，其主要原因是SO2吸收、石灰石溶解、脱硫产物的氧化结晶采用同一pH值控制，脱硫效率难于突破97%，只能通过增加喷淋层来提高脱硫效率，但能耗也会急剧上升。实际经验(不设回转式GGH)表明：当入口SO2浓度为1800～3300mg/m3时，传统脱硫工艺至少需设置4～5层喷淋层，才能保证SO2排放浓度小于35mg/m3；当入口SO2浓度在3500mg/m3以上时，即便设置5～6层喷淋层，也难以稳定实现SO2小于35mg/m3的排放。

单塔双循环脱硫工艺是近几年在传统石灰石-石膏湿法单循环脱硫工艺基础上，创新发展起来的高效能脱硫技术，可低能耗地实现脱硫效率99%以上，是燃煤电厂适宜的SO2超低排放技术。

1 国内外高效脱硫技术简介

对于脱硫效率要求超过97%或SO2排放浓度要求很苛刻的脱硫系统，国内外都做过相关研究和应用，主要的技术包括：氨法脱硫技术、石灰-石膏湿法脱硫技术(或电石渣-石膏湿法脱硫技术)，以及石灰石-石膏湿法托盘塔技术、双塔串联脱硫技术、单塔双循环脱硫技术等。

1.1 氨法脱硫技术

氨法烟气脱硫装置可以达到99%的脱硫效率，工艺成熟可靠，对煤种适应性好，可实现SO2超低排放。但氨法脱硫技术在发电企业的推广存在一定难度，一是液氨消耗量大，且受区域供应及其价格影响较大；二是脱硫副产物硫酸铵的品质、销售市场及其价格难于保证，这些因素直接影响到氨法脱硫装置的运行经济性及推广应用。

1.2 石灰-石膏湿法脱硫技术

2008年，重庆某电厂2台300MW机组上采用了石灰-石膏湿法脱硫技术，经性能检验脱硫效率达到98.5%。但其缺点：一是石灰粉购置成本较高，价格是石灰石的3到5倍，极大地增加了脱硫装置的运行费用；二是脱硫石膏难于脱水，含水率较高(大于15%)，不利于石膏的综合利用。

电石渣的主要成分是消石灰Ca(OH)2,因此可以采用电石渣作为脱硫吸收剂，不仅可获得很高的脱硫效率，且达到以废治废的效果。但是电石渣受区域资源限制，且电石渣浆液和用石灰(或消石灰)配制的浆液在脱硫性质上有所不同，工程应用时要特别关注。

1.3 石灰石-石膏托盘塔脱硫技术

托盘塔脱硫技术是在喷淋塔的喷淋层下方设置一层合金托盘，使烟气均布在整个喷淋塔截面上。托盘的主要作用是增加烟气和脱硫浆液的掺混，扩大气液接触面积，提高气液传热传质，从而增强反应效果，提高脱硫效率。美国巴威公司是目前国际主流的托盘塔技术，脱硫效率可达97%以上。如设置二层合金托盘，脱硫效率可达99%以上，但系统阻力相对较高。

1.4 石灰石-石膏湿法双塔串联脱硫技术

双塔串联脱硫技术是利用两级湿法喷淋空塔串联运行。烟气先经过一级脱硫塔，脱除烟气中60%～90%的SO2，再经过二级脱硫塔，脱除烟气中剩余SO2的90%～97%,综合脱硫效率达98%～99%。该技术的最大特点是喷淋层组合灵活，脱硫效率高而稳定，但需新增一座脱硫塔，且2座脱硫塔均需配置除雾器，系统阻力较大，占用场地面积较大。国电永福发电厂、韩城第二发电厂采用该工艺，实际运行表明，脱硫效率可稳定达到99%以上。

1.5 石灰石-石膏湿法单塔双循环脱硫技术

单塔双循环脱硫技术是在一座脱硫塔内完成两次脱硫，即在脱硫塔内通过设置锥型收集碗，将脱硫浆液分为吸收和氧化相对独立的功能区，形成利于SO2吸收的高pH值区和利于石灰石溶解、脱硫副产物氧化结晶的低pH值区，使石灰石溶解更迅速彻底、SO2吸收更快效率更高、亚硫酸钙氧化更彻底、石膏结晶品质更好。目前，该技术在超低排放工程中得到广泛应用，脱硫效率可稳定达到99%以上。

2 单塔双循环脱硫工艺的技术特性

2012年6月，单塔双循环脱硫工艺首次在广东恒运电厂300MW燃煤机组脱硫提效改造工程中得到应用。该工艺的最大特点是在脱硫塔内设置锥型收集碗和在塔外设置AFT浆池。锥型收集碗将脱硫塔一分为二，上部为二级循环高效脱硫区，下部为一级循环SO2预洗涤、石灰石高效溶解区。通过双循环回路浆液pH值和浆液密度等核心参数的调控，实现SO2吸收、石灰石溶解和脱硫副产物氧化的分区控制。调试结果表明：一级循环的浆液pH值宜控制在4.5～5，浆液密度宜控制在1070～1095kg/m3，含固量10%～15%，主要调控措施是AFT旋流站底流浆液流量的调节、石膏脱水系统的启动或停运的调整等。二级循环的浆液pH值宜控制在5.5～6，浆液密度宜控制在1030～1080kg/m3，含固量9%～13%，主要调控措施是进入AFT浆池的石灰石浆液流量的调节、AFT旋流器的启动或停运的调整等。

2013年6月，经专业机构检测：广东恒运电厂单塔驿特循环脱硫系统脱硫效率达99.35%，SO2排放浓度为11mg/m3，实现了燃煤电厂SO2小于35mg/m3的超低排放。

2.1 主要技术特性

单塔双循环脱硫工艺烟气在一级循环过程中，浆液的pH值较低(4.5～5)，SO2脱除效率不高，但石灰石溶解效果好、脱硫副产物氧化效果好，同时又可降低烟气中烟尘、HCL、HF的含量，形成利于二级循环高效脱硫的烟气条件；锥型碗收集的浆液引入AFT浆液调控池，通过添加新鲜石灰石浆液进行调控，形成利于SO2吸收的高pH值(5.5～6)浆液进行二级循环，实现SO2的高效脱除，两个循环叠加后综合脱硫效率可稳定达到99%以上，且较传统的单塔单循环工艺节省电能500～600kW。

单塔双循环脱硫技术特性主要有：

(1)SO2吸收、氧化两个系统的浆液性质分开，可以满足不同工艺阶段对不同浆液性质的要求，更加精细地控制工艺反应过程，可实现高效能脱除SO2,并形成高品质的脱硫副产物。

(2)每个循环独立控制，避免了参数之间的相互制约，易于快速调整，优化反应过程，提高燃煤硫份和机组负荷变化的快速响应能力和适用范围。

(3)高pH值的二级循环在较低的液气比和电耗条件下，可以保证脱硫效率达到99%以上。

(4)低pH值的一级循环可以保证吸收剂的完全溶解以及很高的脱硫石膏品质，并大大提高脱硫副产物的氧化效率，降低氧化风机电耗。

(5)一级循环可以去除烟气中的杂质，包括部分SO2、烟尘、HCL和HF；杂质对二级循环的反应影响将大大降低，利于提高二级循环脱硫效率。

(6)新鲜石灰石浆液的流向为先进入二级循环再进入一级循环，两级工艺延长了石灰石浆液的停留时间，特别是在一级循环中pH值较低，利于石灰石颗粒的快速溶解。在同等条件下，可以使用品质稍差和粒径较粗的石灰石，从而降低石灰石磨制系统的电耗。

(7)烟气从一级循环流向二级循环，通过锥型收集碗的气流均布作用，使烟气重新混合分配，可有效改善一级循环塔壁区域的传热传质状况，消除脱硫塔内SO2逃逸和浆液挂壁现象，实现脱硫装置提效和节能降耗双重功能。

2.2 主要技术性能比对

从表1可以看出，单塔双循环脱硫工艺较传统的单塔单循环脱硫工艺具有明显的技术优势。

表1 单循环和双循环的技术比较

项 目单塔单循环工艺单塔双循环工艺液气比和能耗较高较低浆液pH值5.2～5.8双循环化学反应4.5～5.0,5.5～6.0浆液污染风险高低吸收塔材质单一金属材质寿命较长流场条件烟气流速较高锥型收集碗能均布气流事故浆罐容积小石膏中碳酸盐含量低脱硫效率/%95～97≥98～99适用范围适用于脱硫效率≤97%的FGD系统;当脱硫效率要求>97%时,对边界条件的要求很严格对于原烟气SO2的大范围变化有较好适应性;尤其适用于硫分较高的煤质或者脱硫效率要求>97%的FGD系统

单塔双循环脱硫工艺与双塔串联脱硫工艺的主要技术性能相比：

(1)脱硫能力。在相同能耗条件下，单塔双循环的烟气流场条件好，脱硫能力较高。

(2)系统阻力。单塔双循环比双塔串联工艺低250～350Pa。通常600MW机组烟气阻力每百帕消耗的引风机功耗约120kW,由此计算可知：每台机组双塔串联工艺比单塔双循环工艺增加电耗360kW，按上网电价0.4元/(kW·h)，则双塔串联工艺BMCR工况下每台机组引风机电耗增加费用144元/h。

(3)改造场地及布置。单塔双循环工艺的布置重点是塔外AFT浆池。AFT浆池的直径一般比脱硫塔小，占用场地较少，但总的浆液容积必须满足4.5min以上循环浆液停留时间要求。双塔串联工艺需新增1个脱硫塔，占用场地较大，且布置难度较大，特别是烟道走向布置及其支架设置等。

(4)改造工期和停炉时间。总体改造工期两者大致相当，但单塔双循环工艺需要的停炉时间较长，约需75～80d。

综上所述，单塔双循环工艺的系统阻力较小，布置相对灵活，占地面积较小，在运行中的水平衡也易于控制，但停炉时间需要较长；而双塔串联工艺不仅投资高，且系统阻力大(相应电耗高)、占地面积也较大，运行中的水平衡不易保持。对于有GGH的脱硫系统，在超低排放改造时，宜选择单塔双循环工艺；对于无GGH的脱硫系统，可结合机组具体情况、场地条件、停炉时间等，择优选用。

3 结语

单塔双循环脱硫工艺是近几年创新发展起来的高效能脱硫技术，首台300MW燃煤机组的应用结果表明：在一个脱硫塔内将SO2吸收和石灰石溶解、脱硫副产物氧化结晶两个系统分开，并结合其工艺要求，调控形成2个不同的浆液性质，包括浆液PH值、浆液密度、含固量等，可稳定实现脱硫效率99%以上，且石灰石利用效率高、脱硫石膏品质好，同时与其他工艺相比，节能效果明显，是燃煤电厂SO2超低排放值得广泛推广应用的新技术。

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Study on technical characteristics of two circulations per tower desulfurization technology

It described the technical characteristics of two circulations per tower desulfurization technology, and combined with the practical application of 300MW coal-fired boiler, through the control of some important parameters, such as pH value of double loop circuit, density of slurry, etc., low energy consumption to achieve the desulfurization efficiency above 99%, for SO2ultra low emission or emission standards of high sulfur coal, providing suitable high efficient desulfurization technology.

two circulations; desulfurization; technical characteristics

X701.3

B

1674-8069(2017)02-047-03

2016-11-21；

2016-12-05

鲁小剑(1973-)，男，工程师，主要从事火电厂烟气脱硫、脱硝、除尘技术管理工作。E-mail：luxj@nlec.com.cn