模糊喷淋在双塔双循环脱硫系统中的技术研究

孔祥贞，梁仕铓，苏 成，周 康，梁晏萱

模糊喷淋在双塔双循环脱硫系统中的技术研究

孔祥贞，梁仕铓，苏 成，周 康，梁晏萱

（华能重庆珞璜发电有限责任公司，重庆402283）

通过构建模糊喷淋工艺流程对双塔双循环系统进行优化，其措施是引入二级吸收塔的高pH值浆液直接喷淋至一级吸收塔，实现一、二级吸收塔交叉混合模糊喷淋。该工艺结合了双塔双循环和单塔双循环的优点，改善了传统双塔双循环工艺存在的系统复杂、能耗高等问题。它具有结构简单、改造难度低、能效高、负荷适应性强等优势，可以广泛应用于新建双塔双循环脱硫系统，或者已建双塔双循环脱硫系统的节能减排升级改造。

超低排放改造；双塔双循环；交叉喷淋；模糊喷淋

根据最新的环保要求，火电厂SO2排放值要达到35 mg／Nm3的超低排放标准。火力发电厂脱硫系统现有的单塔单循环模式已经无法满足要求，需要进行超低排放改造。现阶段主流的脱硫超低排放改造方案为双循环改造［1］。双循环工艺主要分为双塔双循环和单塔双循环两种，西南地区的高硫煤火电厂进行脱硫超低排放改造时一般采用双塔双循环。

现有主流的脱硫双塔双循环工艺虽然可以达到超低排放效果，但仍然存在一些问题，比如系统复杂、初期投资高、能耗高、对负荷及SO2的短时大幅变化适应性仍然不足等。本文通过构建模糊喷淋工艺流程对双塔双循环系统进行优化。

1 主流双循环工艺介绍

现在成熟的双循环工艺主要分为单塔双循环工艺及双塔双循环工艺两种。

单塔双循环［2］技术是在单一吸收塔内采用两级串联喷淋吸收模式，即在传统湿法脱硫塔之上再串联一级喷淋吸收系统，很好地解决了石膏结晶与高脱硫效率之间的矛盾。传统的石灰石－石膏湿法脱硫工艺为兼顾脱硫效果、浆液氧化效果和石灰石利用率，浆液pH值为5.3～5.8，受浆液pH值的限制，适用范围有限。单塔双循环［3］工艺具有两个独立的浆液循环系统，两级循环分别设有独立的循环浆池、喷淋层，从而实现浆液pH值、石灰石浆液浓度等运行参数的独立控制，工艺流程见图1［4］。

单塔双循环的优势在于只需要建设1座吸收塔，对场地要求低。缺点是：技术仍处于发展阶段，目前主要应用于脱硫入口SO2含量不超过4 000 mg／Nm3的中低硫煤电厂，对西南地区SO2含量超过8 000 mg／Nm3的机组还没有应用成功的案例。

图1 单塔双循环工艺流程图

双塔双循环技术［4］即吸收塔串塔技术。烟气首先经过一级循环，循环浆液pH值控制在4.6～5.2，此级循环的主要功能是保证优异的亚硫酸钙氧化效果和充足的石膏结晶时间。经过一级循环的烟气直接进入二级循环，此级循环实现主要的脱硫洗涤过程，由于不用考虑氧化结晶的问题，所以pH值可以控制在非常高的水平，达到5.8～6.4，可以大幅提高脱硫效率并降低循环浆液量。工艺流程见图2。

图2 双塔双循环工艺流程图

双塔双循环的优势在于脱硫效率高，煤种适应性强。缺点是：系统复杂，投资及场地要求高，能耗高。

2 模糊喷淋在双塔双循环系统中的技术研究

模糊喷淋工艺如图3所示。在一级塔A浆液循环泵（以下简称1A）入口管设置三通，从二级塔底部引一路浆液接入1A循环泵入口，三通前面两个入口管各设置一个调节阀（一级塔与二级塔至1A循环泵入口的调节阀，下文分别简称1＃阀和2＃阀），通过两个调节阀配合，自动调节双塔pH值、液位及密度。

图3 模糊喷淋工艺示意图

这样配置的优势有以下几点。

1）二级吸收塔浆液pH值高达6.0以上，可根据需要通过1A循环泵引入高pH浆液，掺配成不同pH值的浆液喷淋入一级塔。负荷高时，开大2＃阀、关小1＃阀，则1A喷淋层的喷淋浆液pH值立即提高，可快速提升一级吸收塔的脱硫效率。

2）吸收塔喷淋层下方设有合金托盘，其作用之一是浆液在托盘表面形成液膜，加强喷淋浆液在吸收区对烟气的洗涤，提升SO2吸收效率。但是，托盘上方的液膜与SO2接触时间长，会导致液膜酸性增加，pH值处于一个较低水平（4.0甚至更低），这在一定程度上弱化了托盘的吸收效果［5］。而传统吸收塔调节pH值的方式，是将石灰石浆液直接泵入位于托盘下方的吸收塔浆池，无法有效提升托盘上方液膜的pH值。若引入模糊喷淋工艺，二级塔内高pH值浆液直接被均匀地喷淋在托盘层上方，在托盘上形成的液膜pH值较高，可大幅强化托盘层吸收效果，提升脱硫效率。

3）在负荷或含硫量突然快速大幅变化时，原有工艺流程下反应滞后，需经历以下几个过程：①提升石灰石浆液供浆流量（前提是石灰石浆池已提前配好高品质石灰石浆液，否则流程还要加长）；②石灰石浆液在吸收塔内溶解并均匀散布至整个吸收塔浆池；③吸收塔内浆液pH值缓慢提升；④浆液循环泵将较高pH值的浆液打入喷淋层；⑤高pH值的喷淋浆液吸收SO2，排放下降。根据经验，在保持浆液循环泵台数不变的情况下，整个过程至少需5～10 min，若浆液活性差时所需时间还要延长，很有可能导致短时排放超标。

另外，吸收塔在大流量泵入石灰石浆液之后，若负荷快速下降，即使立即停止进浆，吸收塔内浆液pH值仍会快速上升，导致钙利用率大幅下降。一级塔被赋予的在低pH值环境下氧化、结晶的能力大幅下降，极易导致浆液品质恶化。上述两个过程的缺点是原有工艺一直无法解决的顽疾。

在引入模糊喷淋工艺后，可以解决上述问题。在负荷或含硫量突然快速大幅上升时，系统自动开大2＃阀并关小1＃阀，高pH值（6.0以上）浆液在极短时间内就可以直接喷入一级吸收塔，SO2排放值立即下降，大大降低了SO2排放超标风险。此外，在负荷突然下降时，由于一级塔内并未大量泵入石灰石浆液，塔内浆液pH值仍维持在正常水平，浆液品质维持良好。

4）基于上述理由1）2）3），因一级塔脱硫效率大幅提高且对快速升负荷的适应性大大增强，不再需要维持7台（双塔）浆液循环泵配置（即减少冗余裕量），进行超低排放改造可少建设1～2台浆液循环泵及相应喷淋层。这样，一是可以降低厂用电率；二是可以节约投资、降低后期维护成本；三是可以节约有限的空间为增设高效除雾器甚至塔内湿式电除尘器作准备。

5）基于上述理由3），因吸收塔浆池容量大、流程复杂导致反应滞后，原工艺中pH值的自动控制一直是个难题。电厂中，现在pH值基本为手动控制，不仅增加了值班员的工作量，而且调整精度不高，易导致排放超标。引入模糊喷淋工艺后，取消一级塔石灰石供浆管系，完全通过1A循环泵入口两个调节阀协同控制（2＃阀引入一级塔pH值及负荷作为前馈信号，1＃阀开度＝120－2＃阀开度）来调节一级吸收塔的pH值，可以很容易实现高品质的pH值自动控制。

6）为维持二级塔液位及密度平衡，主流双塔双循环工艺的典型设计方式是：在二级塔设置强制浆液回流泵、旋流器系统及回流管道等，将二级吸收塔的高密度浆液通过旋分系统分离，浓浆泵入一级吸收塔，稀浆返回二级塔［6］。通过这种方式维持二级吸收塔的液位及密度，缺点是系统复杂、维护量大（旋分器为易损件）、能耗高。引入模糊喷淋工艺后，可以取消上述系统，通过以下流程不需增加任何设备即可自动实现一、二级吸收塔间的液位及密度平衡：一级塔高密度浆液泵至脱水楼→低密度的滤液水回流至二级吸收塔→二级塔高密度浆液通过浆液循环泵1A泵回→级塔。

7）可以实现1A喷淋层自动冲洗。高pH值浆液易导致管道及喷嘴结垢，可以通过设置1A循环泵停泵程控（停泵指令发出→全开1＃阀－关闭2＃阀→泵在低pH值浆液环境运行2 min→延时停泵），自动实现用低pH值浆液冲洗管道及喷嘴，降低结垢风险。

3 结论

双塔双循环脱硫系统引入模糊喷淋工艺后，相比原工艺主要有以下优点：①系统简化，降低投资及场地要求，降低后期运行维护成本；②在所有负荷段都能有效降低能耗；③对负荷及SO2的短时大幅变化适应性强，可有效避免因负荷或煤质突然变化导致的短时超标；④在简化系统的同时可以实现双塔间自动水平衡及密度控制；⑤改善原系统pH值控制滞后时间长，pH值自动控制效果不佳等问题。

综上所述，模糊喷淋工艺具有结构简单、能效高、负荷适应性强、改造难度低等优势，可以广泛应用于新建双塔双循环脱硫系统，或者已建双塔双循环脱硫系统的升级改造。

［1］ 赵金龙，胡达清，单新宇，等.燃煤电厂超低排放技术综述［J］.电力与能源，2015（5）：701－708.

［2］ 叶道正.单塔双区高效脱硫技术在火力发电厂中的应用［J］.2014（8）：57－59.

［3］ 何永胜，高继贤，陈泽民，等.单塔双区湿法高效脱硫技术应用［J］.2015（5）：52－56.

［4］ 邓辉鹏.火电厂烟气超低排放技术研究［J］.华电技术，2016（2）：65－67，80.

［5］ 梁晏萱.双托盘喷淋塔在石灰石－石膏湿法脱硫装置改造中的应用［J］.重庆电力高等专科学校学报，2015（5）：38－42.

［6］ 吕志超，徐勤云，方芸.高效脱硫技术综述［J］.资源节约与环保，2015（8）：11，15.

A Technological Study on the Application of the Fuzzy Spray in the Dual-Tower and Dual-Cycle FGD System

KONG Xiangzhen，LIANG Shimang，SU Cheng，ZHOU Kang，LIANG Yanxuan
（Huaneng Chongqing Luohuang Power Generation Co.，Ltd.of CHNG，Chongqing 402283，P.R.China）

The construction of the technological process of the fuzzy spray can optimize the dual-tower and dual-cycle FGD system.The serous fluid with high PH value inlet in the second-level absorption tower can be directly sprayed into the first-level tower to realize the crossed and mixed fuzzy spray between them.With the advantages of both the dual-tower and dual-cycle FGD system and the single-tower and dual-cycle FGD system，this new technological process can solve such problems as the systematic complexity and the high energy consumption of the traditional dual-tower and dual-cycle technological process.With advantages like simple structure，easy renovation，high energy efficiency and good load adaptability，it can be widely applied in not only newly-built dual-tower and dual-cycle FGD systems but also renovations of energy conservation and emission reduction in built ones.

renovation of ultra-low emission；dual-tower and dual-cycle；crossed spray；fuzzy spray

X773

A

1008-8032（2017）04-0035-03

2016－11－03

孔祥贞（1979－），工程师，主要从事脱硫运行管理及超低排放改造工作。