火力发电厂脱硫超低排放改造技术探讨

湖北能源集团鄂州发电有限公司 许 苏 张华玮

在我国推动绿色经济发展的背景之下，全国各个火电厂积极落实相关的环保政策，以较高的环保标准要求自身发展。目前在SO2排放标准上，各火电厂基本上将35mg/Nm3作为严格标准进行执行，同时有着较高的脱硫效率要求，要求其能够达到95%以上甚至达到99%的效率。在如此高要求的基础之上，火力发电厂需要的是更高的脱硫超低排放技术，并根据有效的脱硫超低排放技术进行自身火力发电厂的改进。

在当前，串联塔脱硫技术作为较为常见的脱硫低排放改造技术被多数火力发电厂所采用。但是在实际火力发电厂的工作之中，串联塔脱硫技术逐渐显露出一定的技术劣势，这给火力发电厂的发展带来了重要影响，需要积极寻求更为高效的脱硫超低排放技术。

1 改造技术核心——单塔双区脱硫技术

单塔双区脱硫技术之中的“双区”是指火力发电厂脱硫过程之中的两个重要区域，分别为吸收区和氧化区。吸收区的主要功能在于对S02完成吸收，由于吸收物质为酸性，需要吸收区所采用的浆液pH值较高。在对酸性气体完成吸收之后，可以在吸收区生成CaSO3与Ca(HSO3)2。氧化区的主要功能在于实现对或等物质的氧化，为了成功实现氧化，在氧化区的浆液pH 值需要偏低[1]。在传统脱硫技术之中，由于吸收区和氧化区存在着较大的浆液pH 值差异，所以将其完成划分为两个区域，连个区域相互独立，普遍采用的方式为“1塔+1罐”。具体实现方式如图1所示。

图1 传统双塔脱硫技术

单塔双区脱硫技术则是在原有基础之上，通过一个塔便实现了脱硫目的，在一个塔之中就有不同pH 值浆液的存在，既满足对于烟气吸收和氧化的需求，同时仅依靠单塔而实现。所能够实现的核心在于pH 调节器与射流搅拌。单塔双区脱硫技术结构如图2所示。

图2 单塔双区脱硫技术结构图

根据图2所示，单塔双区脱硫技术实现的过程之中，烟气从底部进入，注入pH 值呈碱性的浆液，烟气的吸收需要从底部浆液之中抽取碱性浆液对烟气进行喷淋，以实现吸收区的重要作用。喷淋之后所形成的浆液会落在底部浆液的上层，且上层浆液pH 值偏酸性。在对烟气吸收之后，再次抽取底部浆液上层的酸性浆液进行喷淋，最终实现氧化区的重要作用。

在装置运行过程之中，底部会重新注入碱性浆液，对底部浆液上层浆液的pH 值会产生重要影响。为了避免相关问题的发生，需要采用射流搅拌系统，即当底部重新注入碱性浆液时，需要利用喷嘴产生射流，在防止影响上层浆液pH 值的同时，还能够对底部浆液产生搅拌作用，防止沉淀[2]。双区脱硫技术在单塔之中实现吸收区和氧化区两大重要作用，没有外在装置，系统结构简易，运行流畅与运行阻力较小。

2 技术对比

在当前，火力发电厂常规采用的脱硫技术包括单塔双循环脱硫技术以及串流塔脱硫技术，作为传统脱硫技术的代表，两者具有一定的技术优点，但是在与单塔双区脱硫技术对比的过程之中，传统脱硫技术也在一定程度上凸显出来了技术缺点，本文将单塔双区脱硫技术与另外两种传统脱硫技术、即单塔双循环脱硫技术以及串流塔脱硫技术进行技术对比，具体对比情况如表1所示。

表1 脱硫技术对比分析

通过上述对比可以发现，单塔双区脱硫技术在于传统脱硫技术的对比之中，凸显出一定的技术优势，能够有效实现火力发电厂的脱硫超低排放目标。在具体优势方面，一是单塔双区脱硫技术有着较高的脱硫效率，主要在于浆液pH 值分布合理，浆液底部pH 值平均位于5.1～6.3，浆液上层pH 值平均位于4.9～5.5，能够高效率实现吸收与氧化功能；二是单塔双区脱硫技术脱硫效果好，在传统脱硫技术之中，石膏纯度平均高于90%，而单塔双区脱硫技术可以实现石膏纯度平均高于92%；三是系统运行过程之中阻力较小，系统运行更加顺畅，当系统停机之后，单塔双区脱硫技术系统能够顺利启动。

四是系统整体上难度较低，运行简单，维护容易；五是单塔双区脱硫技术更加节省能源，其与传统脱硫技术相比，有着较低的电耗，能够有效节省200kWh/h（1×300MW 机组），这与符合当前环保理念的发展，是火力发电厂未来发展的重要方向；六是单塔双区脱硫技术占地面积更小，由于单塔双区脱硫技术只需要单塔便可以实现脱硫技术，而传统技术往往需要借助“塔+罐”或者双塔。通过上述数据对比可以发现，单塔双区脱硫技术所节约的面积在于1×300MW 机组，也就意味着可以实现的节约面积高达500m2；七是在上述技术优势的支撑之下，单塔双区脱硫技术拥有更低的投入成本、运行成本，能够有效为火力发电厂节约资金。

3 技术改造方案及改造结果

根据上述介绍可以发现，单塔双区脱硫技术拥有较为突出的技术优势，如何将其运用于实践之中，也是技术需要考虑的关键所在。在火力发电厂脱硫低排放技术之中运用单塔双区脱硫技术，需要对原有设备进行改进，且验证其是否具有较为良好的改造效果。

单塔双区脱硫技术采用单塔实现pH 值分区以及对烟气的吸收与氧化，关键在于塔之中浆液pH值的不同。从图2之中可以发现，单塔双区脱硫技术之中单塔从低到高分别营造了碱性，中性以及酸性环境，实现的主要工具在于分流调节器以及氧化空气管。分流调节器作用于底部的浆液池，防止底层碱性浆液与上层酸性浆液混合，通过循环浆料泵，便可以抽取浆液进行喷涂，喷涂过程之中以实现吸收与融合。喷涂过程有着较高的技术要求，需要实现有效喷涂以提高脱硫率，因此在喷涂技术有具体的技术措施。

具体内容包括：首先，喷涂层需要设置多层对烟气进行喷涂，最低需要设置三层以上，且单层的喷涂层需要实现横截面的完全覆盖，具有较高的覆盖率；其次，喷嘴需要选择专用喷嘴，自身流量低的同时也要实现对于浆液的二次雾化，尽可能实现对烟气的全覆盖；最后，喷嘴排列方面需要充分考虑，以科学有效的喷嘴排列方式进行排列，考虑到烟气的全方位喷涂。在改造技术的支持之下，本文选取了某火力发电厂，以其为具体案例进行单塔双区脱硫技术改造，具体改造方案如下所示。

由于该火力发电厂原来采用串流塔脱硫技术，原有设备包括双塔，为了改造应用单塔双区脱硫技术，需要对原有双塔进行改造，主要是对其中吸收塔记性改造，将吸收塔在内部划分为两个区域，对吸收塔进行环切，将其划分为两个不同。底部浆液池需要进一步得到扩大，扩大的基础之上抬高吸收塔高度。在单塔双区脱硫技术之中，为了防止底部浆液混乱，在底部浆液池扩大改造的基础之上增加调节器。

对底部浆液池进行改造之后，另外对单塔区进行改造，改造的主要目的在于改造喷涂层。改造喷涂层需要对原有设备进行优化升级，对原油管道和喷嘴进行拆除，原有喷涂层为3层，在改造之中需要增加喷涂层数量，将其增加至5层可以有效提升喷涂效果。在喷嘴选择之中，需要选择双向空心锥喷嘴。为了更好实现喷涂，可以在喷涂层下端增加多孔分布器，以最大化增加喷涂浆液与烟气的接触，增加脱硫效果。另外，在喷涂层上，需要尽最大可能减少烟气泄露，对塔壁需要采用特殊涂层以达到良好效果。最后，需要对原有层进式搅拌器进行改进，射流搅拌将是浆液进行底部浆液池的重要方式。

在对目标火力发电厂实现单塔双区脱硫技术改造之后，并对其改造之后的运行情况进行了记录，统计和分析，单塔双区脱硫技术改造系统运行情况如表2所示。

表2 单塔双区脱硫技术应用效果

根据上述统计结果可对该系统的脱硫效率进行计算，可知脱硫效率计算公式为：η=((ρSO2干O2进-ρSO2干O2出)/ρSO2干O2进)×100%。根据上述脱硫效率计算公式以及上述系统运行数据，可以对当前脱硫效率进行计算。通过计算可以发现，当前系统的脱硫效率为99.7%。

在脱硫情况的统计基础之上，本文还对系统的运行消耗情况进行了统计，包括石灰石消耗量，工艺水消耗量，电量消耗等情况，在石灰石消耗量方面，单塔双区脱硫技术所应用的脱硫系统的消耗量为9.01t/h。在工艺水消耗方面，运行统计发现其消耗量为26.8t/h。在电量消耗上，单塔双区脱硫技术所应用的脱硫系统每小时消耗的电量情况为3443.8kWh。通过统计分析得知，在当前单塔双区脱硫技术与传统脱硫技术相比，既有着更高的脱硫效率、同时也有更低的能量消耗，能够有效满足火力发电厂的脱硫需求，同时也能够比传统脱硫技术更加符合环保理念，是支撑火力发电厂发展的重要脱硫技术。

4 结语

在环保理念不断发展的今天，火力发电厂的脱硫低排放技术自然是支撑火力发电厂的重要内容。在传统脱硫技术下，虽然传统脱硫技术经过长时间的检验，拥有一定的脱硫效果，但是需要具有提升的空间。更加重要的是，传统脱硫技术在其他能量消耗方面巨大，既是能够达到良好的脱硫效果，其能耗大、投资量大等问题也不能够有效支撑其未来发展，需要火力发电厂在环保理念的要求下，进一步改进脱硫低排放技术，积极践行环保理念，促进火力发电厂的绿色高效发展。

单塔双区脱硫技术是一种较为优先的脱硫技术，能有效满足火力发电厂发展的各种需求，能够成为重要的脱硫技术支撑，应当成为火力发电厂未来发展的重要选择。但是值得一提的是，单塔双区脱硫技术依然具有进一步提升的空间，需要在未来火力发电厂的实践之中进行积极的技术改进与发展。