湿法脱硫增效改造的技术创新分析

　1 技术背景
　　国家的节能减排政策实行以来，全国各大电厂已基本完成脱硫减排任务。石灰石-石膏湿法脱硫工艺是当前我国应用最多[1]。2011年7月29日联合发布了新修订的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）[2]，新建火力发电锅炉自2012年1月1日起，现有火力发电锅炉自2014年7月1日起，均执行100 mg/m3的SO2排放标准。原有的脱硫系统基本上都不能满足在新标准下二氧化硫达标排放的需要。另外电厂生产用煤只能根据市场供应情况确定，煤中含硫量大幅增加，使得燃用煤质与设计煤质存在较大的差异[3]。煤炭资源分布不均和铁路运力紧张导致近年来我国火电厂燃煤的煤质波动情况比较突出[4]，出现了部分燃料的硫含量超过脱硫装置设计承受能力的情况[5]。
　　针对上述问题，提出几种增效改造技术，并对各自的特点和适应性进行探讨与比较。（1）增加喷淋层及浆池容积增效改造技术；（2）持液筛盘湿法烟气脱硫改造技术；（3）两级串联烟气脱硫改造技术。南昌大学环境科学与工程学院的万金保，李媛媛[6]给出了双循环吸收塔的工作原理，并讨论了其循环浆液量的计算方法。
　　2 技术简介
　　2.1 增加喷淋层及浆池容积增效改造技术
　　（1）工艺原理
　　由于煤质含硫量的增加，系统所选的L/G比原有所增加[7-9]，但增加幅度不是很大，原有吸收塔内增加一层或二层喷淋层，并将原有吸收塔的浆液液位相应抬高，可以解决排放达标的问题。保证浆液的停留时间不变，新增的循环浆液泵在原有循环泵房附近扩建，塔内浆液的pH不变，吸收塔基础需加固。在原有喷淋的上部新增一至两喷淋层，将吸收塔抬高。
　　（2）技术特点
　　（1）脱硫效率达95%；（2）原有吸收塔基础需重新做或进行加固；（3）基于传统工艺，烟气脱硫控制及电气系统改造简单。
　　2.2 持液筛盘湿法烟气脱硫改造技术
　　（1）工艺原理
　　由于在传统的吸收塔中，液侧的适当的喷嘴布置，浆液喷淋均匀性较好，而气侧由于烟气的惯性运行，第一、二层喷淋处的烟气极不均匀，仅在吸收塔第三层喷淋层附近均布效果才好转。在传统逆流喷淋塔吸收区下部安装一个持液筛盘，使烟气侧均匀性更好。保证开孔率以实现持液筛盘上部浆液处于湍动状态，筛孔处烟气、浆液处于脉动状态。
　　（2）流场特点
　　传统吸收塔原烟气进入常规湿法脱硫塔后不能充分发展，入口对侧近塔壁处烟气流速快，逃逸严重。加持液筛盘后塔内烟气均布，防止了烟气局部流速过高和过低带来的吸收不利影响，可有效提高喷淋浆液利用率。
　　（3）技术特点
　　①持液层增加气液传质面积，相当于增加1～1.5个喷淋层；②流场分布均匀，降低返流损失，显著提高塔内烟气均布效果；③降低浆液对塔壁的冲刷及塔壁对雾状浆液的吸附趋势；④降低液气比，显著提升脱硫效率；⑤阻力高，约在400～800 Pa；⑥降低脱硫系统的能耗，运行费用低。
　　2.3 两级串联烟气脱硫改造技术
　　（1）工艺原理
　　设备主体由两级吸收塔组成，烟气先经过一级喷淋吸收后，含硫量及烟气温度均不幅度下降，再由二级吸收塔吸收，烟气达标排放。两级喷淋吸收塔串联运行，两塔采用同一pH值运行；而两吸收塔采用不同PH值，考虑高pH值（不超过6.1）[10]环境利于提高脱硫效率；低pH环境利于提高氧化效率[11]和石膏结晶[12-13]。
　　（2）技术特点
　　①适用于现有脱硫系统及新建高硫煤机组的增效改造；②脱硫效率达98.8%以上；③对煤质含硫量变化，锅炉负荷变化适应性强；④采用高低不同的pH值控制的两级吸收，分别利于SO2吸收和石膏结晶；⑤采用水平内错流吸收塔，烟道流程短，占地面积小。
　　（3）各种增效改造技术适用性探讨
　　根据前面的分析，几种不同的增效工艺的适用性有所不同。前两种增效工艺：增加喷淋层及浆池容积增效改造技术；持液筛盘湿法烟气脱硫改造技术，适用于机组烟气含硫量增加较少，或含硫量基本不增加，只因环保要求严格之后，二氧化硫不能达标排放的情况。而两级吸收塔串联工艺适用于烟气量稍微增加或基本不变，而含硫量大幅度增加的机组脱硫改造，吸收塔基础不易通过加固完成的改造工程。
　　参考文献
　　[1] 郝吉明，王书肖，陆永琪.燃煤然氧化硫污染控制技术手册[M].北京：化学工业出版社，2001.
　　[2] GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准.
　　[3] GB/T15224.2-2010煤炭质量等级第2部分：硫分.
　　[4] 焦东伟，胡廷学，金会心，等.高硫煤脱硫技术及展望[J].能源与环境，2010（4）：55-58.
　　[5] 刘小燕，廖永进.火电厂应对高硫煤的措施探讨[J].广东电力，2011，24（2）：54-55.
　　[6] 万金保，李媛媛.论双回路吸收塔及其循环浆液计算[J].环境工程，2007，25（2）：46-48.

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