1. 概述

隨著天津市政府對(duì)環(huán)保工作要求的不斷提高，特別是北京申奧成功后我市藍(lán)天工程口號(hào)的提出，市環(huán)保局、市經(jīng)委對(duì)我市開(kāi)展清潔生產(chǎn)和工業(yè)系統(tǒng)污染防治進(jìn)行了重點(diǎn)部署，天津某熱電廠是首批開(kāi)展清潔生產(chǎn)審核的60家企業(yè)之一，也是市經(jīng)委制定的今年力爭(zhēng)完成煙氣脫硫改造任務(wù)的四個(gè)電廠之一。某電廠現(xiàn)有2臺(tái)機(jī)組2×25MW，配2×130t/h煤粉鍋爐，需要進(jìn)行脫硫改造。依據(jù)新的天津市地方標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于大氣污染物排放提出了更高的要求，2006年1月1日起執(zhí)行，二時(shí)段SO2排放限值為100mg/Nm³。

本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及各專(zhuān)業(yè)專(zhuān)家意見(jiàn)，委托天津市電力科學(xué)研究院以技術(shù)可行、操作可控、經(jīng)濟(jì)合理的原則，重點(diǎn)討論了經(jīng)典的噴淋空塔脫硫技術(shù)和具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氣動(dòng)乳化塔技術(shù)兩種脫硫方案，總結(jié)其優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)，并指出方案在實(shí)際應(yīng)用中存在的關(guān)鍵問(wèn)題和相應(yīng)的解決措施。

2.  技術(shù)方案的設(shè)計(jì)原則和目標(biāo)

1) 技術(shù)方案考慮一次性投資及運(yùn)行成本和維修成本。

2) 力求占地面積小、設(shè)備系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單、便于運(yùn)行維護(hù)、盡量符合電廠實(shí)際，具有較強(qiáng)的操作性。 

3) 脫硫系統(tǒng)應(yīng)具有動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力，即脫硫系統(tǒng)可通過(guò)監(jiān)測(cè)煙氣進(jìn)出口SO2濃度和煙氣量來(lái)調(diào)整系統(tǒng)的補(bǔ)漿量，以適應(yīng)各種鍋爐負(fù)荷下運(yùn)行，保證系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

4) 脫硫系統(tǒng)應(yīng)具有無(wú)腐蝕、不結(jié)垢、不產(chǎn)生二次污染的運(yùn)行控制技術(shù)。

5) 技術(shù)方案應(yīng)為高效脫硫技術(shù)方案，脫硫效率不低于95％，脫硫設(shè)備運(yùn)行率不低于95％。

6) 運(yùn)行工藝安全可靠,運(yùn)行時(shí)間大于5000小時(shí)。

7) 粉塵排放濃度應(yīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)30mg/Nm3。

8) SO2排放濃度應(yīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)100mg/Nm3。

9) 論證方案要在方案可行、技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)可比的條件下，選擇最優(yōu)方案。

10)  該方案論證過(guò)程不考慮GGH。

3. 脫硫方案的技術(shù)分析

靜海熱電廠現(xiàn)有2臺(tái)機(jī)組2×25MW，配2×130t/h煤粉鍋爐。為正確選擇脫硫工藝，廠方提出如下要求：脫硫方案擬采用兩臺(tái)鍋爐配一臺(tái)吸收塔或一臺(tái)鍋爐配一臺(tái)吸收塔方式；充分考慮將來(lái)燃燒煤種情況的變化，確保燃煤發(fā)生變化時(shí)仍能連續(xù)、穩(wěn)定的達(dá)標(biāo)排放；本項(xiàng)目改造可提供的場(chǎng)地有限，因此脫硫設(shè)備的布置應(yīng)充分考慮現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)有條件；方案中應(yīng)充分體現(xiàn)工程中所發(fā)生的全部投資費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用（折合成每度電的增加成本）、副產(chǎn)物處理、綜合利用情況及廢水處理等；硫的燃盡率應(yīng)遵循電力系統(tǒng)95%進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。

通過(guò)調(diào)研對(duì)各方案的綜合分析，初步選擇了五種脫硫技術(shù)方案，作為環(huán)評(píng)、可研及評(píng)標(biāo)的備選方案。經(jīng)過(guò)綜合分析及結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，重點(diǎn)論證經(jīng)典的噴淋塔和新穎的氣動(dòng)乳化塔技術(shù)。

3.1 方案特點(diǎn)分析

氣動(dòng)乳化塔與噴淋塔方案均屬于濕法煙氣脫硫技術(shù)，脫硫原理基本相同，只是塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及配置方式不同，吸收劑同為氧化鎂粉。前者采用兩臺(tái)鍋爐配兩臺(tái)氣動(dòng)乳化吸收塔且共用一套簡(jiǎn)易的制漿系統(tǒng)；后者是兩臺(tái)鍋爐配一臺(tái)噴淋塔且共享一套經(jīng)典的制漿系統(tǒng)。兩套方案的區(qū)別簡(jiǎn)單總結(jié)如表1。

脫硫工藝的核心部分為吸收塔，其內(nèi)部分為除霧區(qū)、吸收區(qū)、和 漿液存儲(chǔ)區(qū)（脫硫產(chǎn)物氧化區(qū)）。氣動(dòng)乳化塔和噴淋塔的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1和圖2，其根本區(qū)別在于反應(yīng)塔吸收區(qū)設(shè)計(jì)不同，另外前者沒(méi)有設(shè)計(jì)漿液存儲(chǔ)區(qū)。

氣動(dòng)乳化吸收塔吸收區(qū)的核心結(jié)構(gòu)是脫硫單元組（氣動(dòng)乳化單元），加上預(yù)噴淋裝置。預(yù)先噴淋的作用是來(lái)自循環(huán)水泵的清水降低煙氣溫度，加大煙氣濕度，有利于二氧化硫的吸收，同時(shí)又起到除塵作用。煙氣從氣動(dòng)脫硫單元組下方進(jìn)入，在旋流器的吸收作用下，形成具有一定速度的向上的旋轉(zhuǎn)氣流,將來(lái)自噴淋層的漿液托住反復(fù)旋切，形成一段動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的液粒懸浮層，液相的聚散組合隨時(shí)發(fā)生，使氣體的滯留時(shí)間延長(zhǎng)、氣液接觸面積增大、氣液比降低（與噴淋法相比），有利實(shí)現(xiàn)較高的脫硫效率及除塵效率。該塔是一種擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)，目前現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的例子不多。另外，氣動(dòng)乳化塔的脫硫單元對(duì)煙氣流量比較敏感，較適合一爐一塔的配置。

噴淋塔是最早采用的脫硫吸收塔，其技術(shù)最成熟，實(shí)用業(yè)績(jī)最多，運(yùn)行工況最穩(wěn)定。噴淋塔的吸收區(qū)一般是三層噴嘴層，內(nèi)部部件少，系統(tǒng)阻力相對(duì)較小。吸收塔含有氧化池可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制氧化在脫硫塔的底部進(jìn)行，這樣可使隨氣體逸出的二氧化硫在脫硫塔中再次被吸收，從而避免因強(qiáng)制氧化帶來(lái)的污染問(wèn)題。該塔優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用煤種應(yīng)用范圍廣，對(duì)負(fù)荷的適應(yīng)性較好，可以適用一爐一塔或兩爐甚至三爐一塔的配置。

氣動(dòng)乳化一爐一塔的工藝流程為鍋爐高溫?zé)煔膺M(jìn)入脫硫塔后，先對(duì)其進(jìn)行預(yù)噴淋處理，其作用是降溫加濕，提高脫硫效率及部分除塵功能。預(yù)噴淋后的煙氣進(jìn)入氣動(dòng)脫硫單元組進(jìn)行脫硫除塵處理。脫硫后的煙氣經(jīng)塔內(nèi)兩層折板式除霧器及煙道內(nèi)旋風(fēng)除霧器除去游離水后進(jìn)入煙囪排放。該吸收塔底不設(shè)儲(chǔ)漿段。脫硫除塵后的漿液及除霧器的沖洗水直接由排漿管排入灰溝流入沉淀池中沉淀。沉淀池中的溢流清夜直接進(jìn)入制漿池制漿，并進(jìn)行曝氣后（氧化）經(jīng)循環(huán)漿液泵打到吸收塔循環(huán)再用。

噴淋塔兩爐一塔方案的工藝流程為煙氣進(jìn)入塔內(nèi)自下而上通過(guò)。 脫硫劑漿液通過(guò)循環(huán)泵送到塔中不同高度的三層噴嘴，保證液氣的混合均勻。塔下部為循環(huán)漿液段（氧化池），裝有三只水平式攪拌機(jī)，保證漿液在不同的漿液濃度的良好混合和可靠運(yùn)行。脫硫塔內(nèi)落下的吸收液與折流板脫水器脫除的水貯存在塔底。在塔底布設(shè)穿孔曝氣管，一方面以壓縮空氣攪動(dòng)液相，促進(jìn)新鮮Mg(OH)2乳液與吸收液的混合，加速反應(yīng)；另一方面使吸收SO2后的洗滌液中生成的MgSO3氧化為易溶于水的更穩(wěn)定的最終產(chǎn)物MgSO₄。塔內(nèi)底部裝有的攪拌器將大氣泡打碎成小氣泡，加速氧化反應(yīng)。為避免吸收液鹽份及懸浮物濃度過(guò)高，系統(tǒng)自動(dòng)外排廢水以保持液相濃度平衡,保證脫硫效率。

簡(jiǎn)易的制漿系統(tǒng)流程如下：料倉(cāng)內(nèi)的物料經(jīng)底部變頻式螺旋給料機(jī)，經(jīng)溜槽進(jìn)入膏化機(jī)進(jìn)行混合，然后排入制漿池，制漿池位于沉淀池后，沉淀池的上層清液溢流進(jìn)入制漿池，每臺(tái)吸收塔設(shè)有一臺(tái)漿液泵及一臺(tái)清液泵。氧化鎂粉要成為氫氧化鎂吸收劑需要一定的溫度及熟化時(shí)間，此系統(tǒng)沒(méi)有熱源及熟化時(shí)間，會(huì)影響氧化鎂粉的活度，從而影響吸收劑的利用率。露天的漿液循環(huán)系統(tǒng)系統(tǒng)使雜質(zhì)較多，也影響氧化鎂粉的溶解度，造成吸收劑的浪費(fèi)。另外PH值較高（堿性）的沖灰水的系統(tǒng)與循環(huán)漿液（酸性）使用同一灰溝，流入同一沉淀池，一方面加大了脫硫吸收劑的消耗量，另一方面使監(jiān)測(cè)PH失去了本質(zhì)意義。通常情況下，PH值是漿液氫氧化鎂濃度的體現(xiàn)，補(bǔ)漿量是根據(jù)系統(tǒng)PH的變化來(lái)調(diào)整的。循環(huán)漿液的PH對(duì)脫硫產(chǎn)物亞硫酸鹽的氧化率（氧化成正鹽）影響較大。實(shí)驗(yàn)證明PH越低，亞硫酸鹽的氧化率越高。高的氧化率可以降低系統(tǒng)的堵塞、結(jié)垢、腐蝕等。但虛假的PH增加了運(yùn)行監(jiān)控的難度。另外，此系統(tǒng)沒(méi)有事故漿液系統(tǒng)，一旦吸收塔停運(yùn)，漿液將全部排放到沉淀池，結(jié)晶沉淀容易造成吸收劑的浪費(fèi)。經(jīng)典的制漿系統(tǒng)在此不再做分析。

一爐一塔的配置可以提高運(yùn)行的可控性及可靠性，但投資及運(yùn)行費(fèi)用高，占用的場(chǎng)地及空間較大，比較適合考慮以脫硫效率為第一的大機(jī)組的改造和新裝機(jī)組的脫硫需求。另外其煙道旁路擋板采用雙擋板的形式，F(xiàn)GD裝置入口煙氣和出口凈煙氣采用單層擋板。

兩爐一塔的配置方式比較適合老廠的小機(jī)組改造，占用的場(chǎng)地和空間有限，投資較小。對(duì)某熱電廠來(lái)說(shuō)，兩臺(tái)機(jī)組一般是85%負(fù)荷運(yùn)行，冬天采暖期是滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行除非檢修。另外可供的場(chǎng)地和空間很小。負(fù)荷的相對(duì)穩(wěn)定為兩爐一塔的應(yīng)用提供了可行性。但鍋爐的啟停及負(fù)荷的變化容易造成煙氣流量的較大波動(dòng)。當(dāng)運(yùn)行負(fù)荷較低時(shí)，吸收塔入口煙氣流速較低，不利于塔內(nèi)氣流分布，同時(shí)使細(xì)小噴淋液滴停留時(shí)間相對(duì)減少，在一定程度上影響脫硫效率。但為確保機(jī)組的安全運(yùn)行，其煙道旁路擋板采用雙擋板的形式，具有100%的氣密性。旁路擋板具有快速開(kāi)啟的功能，全開(kāi)到全閉的開(kāi)啟時(shí)間小于25秒。FGD裝置入口煙氣和出口凈煙氣亦采用雙層擋板。

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