多种提效技术在燃煤烟气湿法脱硫工艺中的应用

胜利国电（东营）热电有限公司 丁厚东 胜利发电厂 石天佐 张振

引言

一期2×220MW机组原脱硫系统采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，两炉一塔配置。二期2×300MW机组脱硫系统采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，一炉一塔配置。在燃用煤种设计硫份Sar为1.8%，FGD入口SO2浓度3885mg/ Nm3时，设计脱硫效率大于95%，出口SO2浓度限值400mg/Nm3。三期1×660MW机组，采用石灰石-石膏湿法、一炉两塔喷淋空塔脱硫装置，两座吸收塔的处理能力为一台炉100%BMCR工况时的烟气量，设计脱硫效率不低于98.1%。脱硫设计煤种硫份2.2%、最大硫份2.5%，FGD入口为SO2浓度5122 mg/ Nm3，设计脱硫出口SO2浓度97mg/ Nm3以下。

脱硫提效改造设计燃煤含硫量2.0%，入口二氧化硫浓度为4750 mg/Nm3，改造提效后要求脱硫效率不低于99.4%，出口SO2排放浓度不大于30mg/Nm3。

1 国内脱硫技术的研究对比

国内各个厂家环保公司对各自技术进行了升级开发，分别提出了新型的脱硫技术。其中有代表性的技术有沸腾托盘塔技术、单塔双循环技术、湍流技术、双塔双循环技术及旋汇耦合脱硫技术等。

沸腾托盘塔技术。烟气通过单托盘、双托盘和异形开孔托盘装置，可以均布塔内流场，降低烟气流速，增加烟气在塔内的停留时间，同时在托盘层浆液形成沸腾液面，烟气经过液膜可以去除细微粉尘，完成一级脱硫除尘；烟气经过高效喷淋层，通过喷淋主管和支管的预组装提高喷淋的精度，通过高性能喷嘴将浆液粒径降低30%，提高浆液覆盖面积，通过增加增效环，减少烟气逃逸，实现SO2的深度脱除，以确保SO2的超低排放。

烟气湍流技术。烟气由下至上通过湍流装置得以整流，使其在吸收塔断面流动均匀，避免了入口烟气偏流和短路现象，使得烟气均匀通过吸收塔喷淋区，保证脱硫装置在比较稳定的状态下运行；烟气在经过湍流装置时，会在管束间交替收缩和扩张的弯曲通道中流动，在管束间产生强烈的湍流和涡流作用，强化了烟气对浆液的扰动，提高了气液传质系数，使烟气与浆液接触更加充分，从而使脱硫效率得到提高；由于湍流层上方会产生持液层，下方烟气以鼓泡形式通过持液层，液相和液相可以更加充分的接触，极大增加气液传质面积，有效降低液气比，从而降低循环泵电耗。同样由于湍流层浆液形成沸腾液面，烟气经过液膜可以去除细微粉尘，完成一级脱硫除尘，从而实现SO2的超低排放。

单塔双循环技术。将氧化区和吸收区分别布置，烟气通过时进行了两次SO2脱除过程，经过了两级浆液循环（所以叫双循环），两级循环分别设有独立的循环浆池，喷淋层，根据不同的功能，每级循环具有不同的运行参数。可以通过控制塔内和塔外浆池不同的PH值，实现高效去除效率。由于所有喷淋层布置在一座吸收塔内，所以称之为单塔双循环。

烟气首先经过一级循环，石灰石浆液在吸收塔下部喷淋层与吸收塔浆池之间循环。此级循环的脱硫效率一般在30～70%，循环浆液PH 控制在4.6～5.3，浆液停留时间在5 分钟，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，在酸性环境下PH=4.5时，氧化效率是最高的。经过一级循环的烟气向上进入二级循环，石灰石浆液在吸收塔上部喷淋层与塔外浆池之间循环。上部喷淋层喷淋下来的液体，由布置于上下部喷淋层之间的浆液碗状收集装置自流回到塔外浆池。此级循环实现主要的脱硫烟气中二氧化硫洗涤过程，由于不用考虑氧化结晶的问题，所以PH可以控制在非常高的水平，达到5.8～6.4，这样可以大大降低循环浆液循环浆液量。并因其PH较高，对二氧化硫脱除启动湿法有显著的效率。

双塔双循环技术。双循环技术源于德国，其目的是解决单吸收塔湿法脱硫的一个矛盾。湿法脱硫的反应分为两个阶段，即吸收阶段和氧化阶段，在SO2的吸收阶段要求PH值越高吸收效果越好。而在CaHSO3-的氧化阶段，要求PH值越低氧化效果越好。但是在同一个吸收塔浆液池内，无法二者兼顾，因此双循环技术在吸收塔外另设一个罐体用于SO2的吸收，而吸收塔浆液池则负责氧化，这与龙净的双分区技术异曲同工。

双塔双循环技术其实是将辅助罐体升级为吸收塔，利用双循环技术，同时设置喷淋层和除雾器，使双循环的脱硫和除尘效果进一步增强。双塔双循环的占地和辅机增设要求很大，不适合布置比较紧凑的电厂，且辅机增设较多，运营成本高。

旋汇耦合脱硫技术。烟气通过旋汇耦合装置与浆液产生可控的湍流空间，提供了气液固三相传质速率，完成一级脱硫除尘，同时实现了快速降温与烟气均布，烟气继续经过高效喷淋系统，实现SO2的深度脱除及粉尘的二次脱除。

2 改造技术方案

结合机组原有脱硫装置的设计工艺、改造场地条件及提效改造的设计目标，在尽量利用原有脱硫装置的系统设备为原则的前提下，确定改造工艺为石灰石-石膏湿法脱硫工艺；其中220MW机组的#1机脱硫提效采用喷淋空塔方案，#2机采用单塔双循环方案，300MW机组的#3、#4机采用双塔双循环方案，660MW机组的5号机采用塔内增设单托盘技术方案。

2.1 喷淋空塔方案

#1机组改造采取一炉一塔方案设计，原吸收塔作为#1机组脱硫装置吸收塔，根据前文分析可知，原吸收塔为满足单台机组二氧化硫排放浓度为100mg/Nm3的要求，需进行适当扩容改造，具体改造方案为塔浆液循环系统新增一层浆液喷淋层，循环浆液量为6000m3/h，塔体相应加高改造1.8m。

2.2 单塔双循环方案

#2号机组改造采用单塔双循环工艺，新建2号机吸收塔和一座AFT浆池，共计5层喷淋，设置5台循环泵（新增）。设置4台石膏排浆泵，2台石膏旋流器，4台石膏浓浆输送泵，3台氧化风机由罗茨风机扩容更换为单级高速离心风机，新增两台石灰石浆液泵和1台工艺水泵。压缩空气、工业水等公用系统管网改造。

2.3 双塔双循环方案

结合本项目的实际布置情况，在原有水平烟道拆除后的空地上新建二级塔，将原有吸收塔作为一级塔，新增两塔之间的连接烟道。

二级塔塔径为13.1m，为保证整个脱硫装置的安全可靠性，设置三层喷淋层，每层喷淋层流量为4200m3/h，吸收塔设置单层搅拌，单层设置3台搅拌器用于浆池搅拌，设置除雾器，设置两台排浆泵。

为了减少石膏雨现象，新建二级塔设置两级屋脊式除雾器加一级管式除雾器，设置四层冲洗，在设计工况下，除雾器出口液滴携带量不大于75mg/m3（标态，干基，6%O2）。

原吸收塔除雾器为两级屋脊式除雾器，采用双塔双循环改造工艺后，为保证吸收塔系统的水平衡得到有效的控制且避免一、二级吸收塔之间连接烟道的石膏堆积现象，本次改造拆除原塔第二级除雾器及配套冲洗水系统，保留第一级除雾器及冲洗水系统，减少吸收塔系统的除雾器水耗。

将原3台氧化风机由罗茨风机扩容更换为单级高速离心风机，作为两台机组原脱硫吸收塔的氧化风机，两台二级塔新增3台单级高速离心风机。

2.4 增设单托盘方案

内置托盘可以提高脱硫效率2%左右，且不需要增加额外的系统和外部设备，主要是针对吸收塔进行改造，可以降低因空间有限造成的改造难度。具体改造内容如下：

拆除原四层喷淋层中的最下层喷淋层（即循环泵A对应的喷淋层），在该空间内增设持液层托盘，增加烟气均流效果，并增加脱硫效率。

更换循环泵A，流量不变，扬程由21.9m调整为29.1m。新更换的浆液循环泵，包括配套的电机、减速机，要求与原循环泵厂家保持一致。

原循环泵B、C、D对应的3层喷淋层利旧，同时在D层之上再加装1层喷淋层（即对应更换后的循环泵A），即最终维持4层喷淋层的设置。

吸收塔浆池高度不变，但吸收塔上部随着增设持液层而加高2m，净烟道随吸收塔加高而加高，吸收塔基础没有进行加固处理。除雾器冲洗水管道随塔体升高进行了相应调整，除雾器本体及水管道检查修复，工艺水泵扬程满足抬高后的除雾器冲洗的要求没做变动。

3 性能测试

220MW、300MW、660MW机组的脱硫系统提效改造多比较圆满，系统运行正常，排放达标。在运行3个月后委托第三方进行了脱硫系统性能试验。各类型机组在100% BMCR负荷条件下的净烟气SO2质量浓度均在30mg/m3以下，系统压力损失、Ca/S、石灰石消耗量等各项指标均达到了设计要求。

4 结束语

燃煤烟气湿法脱硫提效改造前，应充分对各种脱硫提效技术论证，并对同类型机组的改造应用进行实地考察调研。结合自身现有技术条件、设备现状、场地空间等选择最合适的改造方案，确保改造一次成功，不留任何遗憾，实现真正的脱硫超低排放。