火電廠石灰石-石膏濕法雙塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)的探討

張麗珍（南京龍?jiān)喘h(huán)保有限公司，江蘇南京210012）

火電廠石灰石-石膏濕法雙塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)的探討

張麗珍（南京龍?jiān)喘h(huán)保有限公司，江蘇南京210012）

為應(yīng)對(duì)“三區(qū)十群”內(nèi)火電廠SO2排放新標(biāo)準(zhǔn)，雙塔雙循環(huán)技術(shù)作為原有石灰石-石膏法脫硫工藝改進(jìn)技術(shù)脫硫效果比較明顯，為燃煤電廠提高脫硫效率提供技術(shù)參考。

雙塔雙循環(huán)；濕法煙氣脫硫；脫硫效率；火電廠

引言

目前我國(guó)工業(yè)鍋爐排放二氧化硫占全國(guó)總排放量的22.2%，根據(jù)環(huán)保部2013年發(fā)布的第14號(hào)《關(guān)于執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告》，“三區(qū)十群”內(nèi)的火力發(fā)電機(jī)組在“十三五”期間，都必須達(dá)到二氧化硫50mg/m3的排放限值。實(shí)行新標(biāo)準(zhǔn)后，國(guó)內(nèi)燃煤鍋爐約有80%的現(xiàn)役機(jī)組將全部升級(jí)改造。

自20世紀(jì)60年代末濕法煙氣脫硫技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)和發(fā)展，石灰石-石膏法脫硫工藝（FGD工藝）已成為煙氣脫硫技術(shù)中技術(shù)最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的脫硫技術(shù)，目前占全球脫硫裝機(jī)總?cè)萘康?5%。雙塔雙循環(huán)技術(shù)在石灰石-石膏法脫硫設(shè)施增容改造過(guò)程中可普遍應(yīng)用。

1 雙塔雙循環(huán)技術(shù)工藝原理及流程（見(jiàn)圖1）

雙塔雙循環(huán)采用兩塔串聯(lián)運(yùn)行的思路，能夠充分利用原有脫硫設(shè)備設(shè)施：原有煙氣系統(tǒng)、SO2吸收系統(tǒng)、石灰石漿液制備及供應(yīng)系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、排放系統(tǒng)等采用單元制配置，避免了拆塔重建的最不利局面。在不改變脫硫劑（石灰石）的情況下，能夠有效提高脫硫效率，加強(qiáng)改造新增設(shè)備與現(xiàn)有設(shè)備的聯(lián)系，提高整個(gè)脫硫系統(tǒng)的可靠性，降低造價(jià)。同時(shí)改造過(guò)程中對(duì)現(xiàn)有脫硫裝置的正常運(yùn)行影響較小，縮短了現(xiàn)有脫硫裝置的停運(yùn)時(shí)間，改造后脫硫系統(tǒng)能夠持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，脫硫系統(tǒng)的啟停和正常運(yùn)行均不影響機(jī)組的安全運(yùn)行和電廠的文明生產(chǎn)。

雙塔雙循環(huán)脫硫基本工藝流程見(jiàn)圖1。鍋爐來(lái)高溫?zé)煔饨?jīng)引風(fēng)機(jī)后進(jìn)入預(yù)洗滌塔，經(jīng)洗滌、降溫至50～60℃后進(jìn)入吸收塔，煙氣中的SO2煙氣經(jīng)一級(jí)循環(huán)夠得到預(yù)處理，降低煙氣中含塵量、含硫量，而后被吸收池中漿液經(jīng)而級(jí)循環(huán)洗滌并與漿液中的CaCO3發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)生成的CaSO3落入吸收塔底部的氧化池，氧化空氣經(jīng)氧化噴槍注入氧化池中，對(duì)中間產(chǎn)物進(jìn)行強(qiáng)制氧化生成脫硫副產(chǎn)品CaSO4。

圖1 雙塔雙循環(huán)脫硫工藝流程圖

脫硫塔吸收液經(jīng)循環(huán)泵輸送至噴淋層，在噴嘴處?kù)F化成細(xì)小的液滴，自上而下地落下。在液滴落回吸收塔漿池的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煙氣中的二氧化硫、三氧化硫、氯化氫和氟化氫等酸性成份的吸收過(guò)程。CaSO4溶液經(jīng)二級(jí)循環(huán)泵循環(huán)噴淋，反復(fù)吸收氧化，最后形成固含量約5%的硫酸鈣溶液經(jīng)旋流器、皮帶機(jī)脫水成為脫水石膏。

經(jīng)吸收劑洗滌脫硫后的凈煙氣，通過(guò)除霧器除去大部分水滴后排入大氣。

雙塔雙循環(huán)工藝中煙氣經(jīng)過(guò)兩個(gè)不同的循環(huán)過(guò)程得到凈化，一級(jí)塔循環(huán)主要為氧化過(guò)程，SO2去除率為50～60%，二級(jí)塔循環(huán)主要為吸收過(guò)程，SO2去除率為40～50%；每個(gè)循環(huán)回路有不同的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程、漿液濃度、pH值等。為了獲得高的脫硫效率，應(yīng)使吸收池的漿液pH值達(dá)到5～6；而要得到高品質(zhì)的石膏，需使吸收塔氧化池中漿液pH值控制在4～5之間。

2 雙塔雙循環(huán)工藝特點(diǎn)

2.1 液氣比低、漿液循環(huán)量低

液氣比直接影響設(shè)備容量和操作運(yùn)行費(fèi)用，提高液氣比相當(dāng)于增加了吸收塔內(nèi)噴淋密度，使煙氣和漿液接觸面積增大，提高脫硫效率；但是高的液氣比要求循環(huán)泵的流量增大，從而增加了循環(huán)泵的投資，同時(shí)也使吸收塔內(nèi)壓力損失增大，增加引風(fēng)風(fēng)機(jī)的能耗。雙塔雙循環(huán)工藝中錐形收集盤(pán)將塔中二級(jí)循環(huán)不同區(qū)域分隔，使塔內(nèi)煙氣均勻分布，增加了液氣接觸時(shí)間，可采用較小的液氣比，降低了漿液循環(huán)量，使得一次性投資和運(yùn)行費(fèi)用大大減少。

2.2 吸收、氧化過(guò)程漿液PH值可分別控制

石灰石－石膏濕法脫硫工藝脫硫過(guò)程的主要化學(xué)反應(yīng)為：

（1）在脫硫吸收塔內(nèi)，煙氣中的SO2首先被漿液中的水吸收，形成亞硫酸，并部分電離：

SO2＋H2O→H2SO3→H＋＋→2H＋＋

（2）與吸收塔漿液中的CaCO3細(xì)顆粒反應(yīng)生成CaS O3·1/ 2H2O細(xì)顆粒：

CaCO3＋2H＋→Ca2+＋H2O＋CO2↑

Ca2+＋1/2H2O→CaSO3·1/2H2O↓

（3）CaSO3·1/2H2O被鼓入的空氣氧化，最終生成石膏Ca-SO4·2H2O

HSO3－＋1/2O2→H+＋

Ca2+＋＋2H2O→CaSO4·2H2O↓

從以上反應(yīng)歷程可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于石灰石-石膏濕法脫硫來(lái)說(shuō)，SO2的吸收、石膏結(jié)晶和碳酸鈣的溶解對(duì)pH的要求是逆向的，高pH的漿液環(huán)境有利于SO2的吸收，而低pH則有助于Ca2+的析出。雙塔雙循環(huán)系統(tǒng)中氧化池和吸收池是獨(dú)立的，在一級(jí)循環(huán)在較低的液氣比和電耗條件下，可以保證很高的脫硫效率，高硫煤可以達(dá)到98.5%左右。由于pH值較低4～5，能夠保證脫硫劑的溶解吸收過(guò)程并生成高品質(zhì)的石膏，并大大提高氧化效率，降低氧化風(fēng)機(jī)電耗，；而在二級(jí)循環(huán)由于pH值較高5～6，在較低的液氣比和電耗條件下，夠保證非常高的脫硫效率，高硫煤可以達(dá)到98.5%左右，大幅降低循環(huán)泵的能耗。pH的控制主要通過(guò)漿液濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)，漿液池中pH下降時(shí)，要及時(shí)補(bǔ)充新鮮漿液。

2.3 對(duì)石灰石品質(zhì)要求略低

石灰石品質(zhì)對(duì)吸收反應(yīng)過(guò)程影響較大，主要體現(xiàn)在石灰石顆粒的粒度和比表面積，吸收劑的粒度單位體積的表面積越大，越有利于脫硫率的提高。FGD工藝對(duì)脫硫劑要求純度在90%以上。雙塔雙循環(huán)系統(tǒng)中每個(gè)循環(huán)都是獨(dú)立的反應(yīng)過(guò)程，獨(dú)立控制，石灰石漿液先進(jìn)入二級(jí)循環(huán)再進(jìn)入一級(jí)循環(huán)，兩級(jí)工藝延長(zhǎng)了石灰石的停留時(shí)間，特別是在一級(jí)循環(huán)中pH值很低，實(shí)現(xiàn)了顆粒的有效溶解，可以使用品質(zhì)稍差和粒徑較大的石灰石，降低漿液制備系統(tǒng)電耗。

2.4 對(duì)燃料特性和鍋爐負(fù)荷變化適應(yīng)性強(qiáng)

燃料特性主要有熱值、硫含量、氯含量、水分以及灰分等，這些特性對(duì)FGD系統(tǒng)脫硫效率都有很大的影響。而雙塔雙循環(huán)改進(jìn)技術(shù)中一級(jí)循環(huán)可以去除煙氣中的雜質(zhì)，包括部分的SO2、灰塵、HCL和HF等，減少雜質(zhì)對(duì)二級(jí)循環(huán)的吸收反應(yīng)影響將，提高二級(jí)循環(huán)效率，對(duì)于燃煤硫分在3.5%以上的高含硫煙氣的凈化處理，脫硫效率可以達(dá)97%以上，對(duì)于含硫量低的煤的煙氣凈化處理脫硫效率能達(dá)到98%以上，工程一次性投資少，運(yùn)行費(fèi)用比較低、運(yùn)行安全可靠。

3 工程應(yīng)用實(shí)例

國(guó)電永福電廠對(duì)3號(hào)、4號(hào)300MW脫硫系統(tǒng)進(jìn)行 “雙塔雙循環(huán)”提效技術(shù)改造。該項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)首臺(tái)利用原吸收塔改造為“雙塔雙循環(huán)”脫硫工藝的裝置，煤質(zhì)含硫量4.5%，脫硫效率實(shí)際高達(dá)99.4%，遠(yuǎn)低于國(guó)家規(guī)定的新排放標(biāo)準(zhǔn)，耗電低，運(yùn)行費(fèi)用比FGD系統(tǒng)低。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于大多數(shù)電廠采用的石灰石-石膏法脫硫工藝已經(jīng)不能滿足重點(diǎn)區(qū)域新標(biāo)準(zhǔn)的排放要求，雙塔雙循環(huán)脫硫改造技術(shù)脫硫效率高、石膏質(zhì)量好、設(shè)備可靠、運(yùn)行費(fèi)用低、對(duì)燃煤硫份有很好的適應(yīng)性，應(yīng)對(duì)日趨嚴(yán)格的SO2排放標(biāo)準(zhǔn)具有很好的實(shí)踐應(yīng)用。

［1］中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)脫硫脫硝委員會(huì).我國(guó)脫硫脫硝行2012年發(fā)展綜述［J］.中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013.

［2］《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2011）［S］.2011.

［3］柏 源.燃煤電廠應(yīng)對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)煙氣濕法脫硫提效策略研究［J］.電力科技與環(huán)保，2012，28（6）：19～21.

［4］張 弘.石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的探討［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2009（3）：244～245.

［5］周至祥.火電廠濕法煙氣脫硫技術(shù)手冊(cè)［M］.中國(guó)電力出版社，2006.

［6］唐超光.重點(diǎn)地區(qū)燃煤電廠應(yīng)對(duì)大氣污染物環(huán)保新標(biāo)準(zhǔn)控制對(duì)策研究［J］.電力科技與環(huán)保，2013，29（1）：19～21.

［7］方培根.火電廠煙氣脫硫后新標(biāo)煙塵及SO2達(dá)標(biāo)對(duì)策［J］.河南化工，2013，30（7）：49～52.

Study of limestone-gypsum double-tower and dual-loop desulfurization technology for Thermal power plants

Lizhen Zhang（Nanjing Longyuan Environmental CO.LTD）

In order to cope with the new emission standard of SO2for thermal power plants in“three Districts and ten groups”，double-tower and dual -loop technology as the original limestone-gypsum FGD process improvement technology ismore obvious desulfurization effect.It is important of providing technical reference for improving sulphur removal efficiency in coal-fired power plants.

Double-tower and dual-loop；Wet FGD；Sulphur removal efficiency；Thermal power plants

X773

A

2095-2066（2016）29-0007-02

2016-10-2

張麗珍（1984-），女，漢族，山西人，中級(jí)工程師，研究生，研究方向?yàn)槿济弘姀S二氧化硫的控制。