兩種脫硫方案的技術分析
1. 概述
隨著天津市政府對環(huán)保工作要求的不斷提高，特別是北京申奧成功后我市藍天工程口號的提出，市環(huán)保局、市經委對我市開展清潔生產和工業(yè)系統(tǒng)污染防治進行了重點部署，天津某熱電廠是首批開展清潔生產審核的60家企業(yè)之一，也是市經委制定的今年力爭完成煙氣脫硫改造任務的四個電廠之一。某電廠現有2臺機組2×25MW，配2×130t/h煤粉鍋爐，需要進行脫硫改造。依據新的天津市地方標準中對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，二時段SO2排放限值為100mg/Nm3。
本文結合現場實際情況及各專業(yè)專家意見，委托天津市電力科學研究院以技術可行、操作可控、經濟合理的原則，重點討論了經典的噴淋空塔脫硫技術和具有自主知識產權的氣動乳化塔技術兩種脫硫方案，總結其優(yōu)點及缺點，并指出方案在實際應用中存在的關鍵問題和相應的解決措施。
2. 技術方案的設計原則和目標
1) 技術方案考慮一次性投資及運行成本和維修成本。
2) 力求占地面積小、設備系統(tǒng)相對簡單、便于運行維護、盡量符合電廠實際，具有較強的操作性。
3) 脫硫系統(tǒng)應具有動態(tài)適應能力，即脫硫系統(tǒng)可通過監(jiān)測煙氣進出口SO2濃度和煙氣量來調整系統(tǒng)的補漿量，以適應各種鍋爐負荷下運行，保證系統(tǒng)的安全經濟運行。
4) 脫硫系統(tǒng)應具有無腐蝕、不結垢、不產生二次污染的運行控制技術。
5) 技術方案應為高效脫硫技術方案，脫硫效率不低于95％，脫硫設備運行率不低于95％。
6) 運行工藝安全可靠,運行時間大于5000小時。
7) 粉塵排放濃度應達到標準30mg/Nm3。
8) SO2排放濃度應達到標準100mg/Nm3。
9) 論證方案要在方案可行、技術可靠、經濟可比的條件下，選擇最優(yōu)方案。
10) 該方案論證過程不考慮GGH。
3. 脫硫方案的技術分析
靜海熱電廠現有2臺機組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鍋爐配一臺吸收塔或一臺鍋爐配一臺吸收塔方式；充分考慮將來燃燒煤種情況的變化，確保燃煤發(fā)生變化時仍能連續(xù)、穩(wěn)定的達標排放；本項目改造可提供的場地有限，因此脫硫設備的布置應充分考慮現場的現有條件；方案中應充分體現工程中所發(fā)生的全部投資費用、運行費用（折合成每度電的增加成本）、副產物處理、綜合利用情況及廢水處理等；硫的燃盡率應遵循電力系統(tǒng)95%進行設計和計算。
通過調研對各方案的綜合分析，初步選擇了五種脫硫技術方案，作為環(huán)評、可研及評標的備選方案。經過綜合分析及結合現場的實際情況，重點論證經典的噴淋塔和新穎的氣動乳化塔技術。
3.1 方案特點分析
氣動乳化塔與噴淋塔方案均屬于濕法煙氣脫硫技術，脫硫原理基本相同，只是塔的內部結構及配置方式不同，吸收劑同為氧化鎂粉。前者采用兩臺鍋爐配兩臺氣動乳化吸收塔且共用一套簡易的制漿系統(tǒng)；后者是兩臺鍋爐配一臺噴淋塔且共享一套經典的制漿系統(tǒng)。兩套方案的區(qū)別簡單總結如表1。
脫硫工藝的核心部分為吸收塔，其內部分為除霧區(qū)、吸收區(qū)、和 漿液存儲區(qū)（脫硫產物氧化區(qū)）。氣動乳化塔和噴淋塔的結構見圖1和圖2，其根本區(qū)別在于反應塔吸收區(qū)設計不同，另外前者沒有設計漿液存儲區(qū)。
氣動乳化吸收塔吸收區(qū)的核心結構是脫硫單元組（氣動乳化單元），加上預噴淋裝置。預先噴淋的作用是來自循環(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，同時又起到除塵作用。煙氣從氣動脫硫單元組下方進入，在旋流器的吸收作用下，形成具有一定速度的向上的旋轉氣流,將來自噴淋層的漿液托住反復旋切，形成一段動態(tài)穩(wěn)定的液粒懸浮層，液相的聚散組合隨時發(fā)生，使氣體的滯留時間延長、氣液接觸面積增大、氣液比降低（與噴淋法相比），有利實現較高的脫硫效率及除塵效率。該塔是一種擁有自主知識產權的新技術，目前現場應用的例子不多。另外，氣動乳化塔的脫硫單元對煙氣流量比較敏感，較適合一爐一塔的配置。
噴淋塔是最早采用的脫硫吸收塔，其技術最成熟，實用業(yè)績最多，運行工況最穩(wěn)定。噴淋塔的吸收區(qū)一般是三層噴嘴層，內部部件少，系統(tǒng)阻力相對較小。吸收塔含有氧化池可以實現強制氧化在脫硫塔的底部進行，這樣可使隨氣體逸出的二氧化硫在脫硫塔中再次被吸收，從而避免因強制氧化帶來的污染問題。該塔優(yōu)點是應用煤種應用范圍廣，對負荷的適應性較好，可以適用一爐一塔或兩爐甚至三爐一塔的配置。
氣動乳化一爐一塔的工藝流程為鍋爐高溫煙氣進入脫硫塔后，先對其進行預噴淋處理，其作用是降溫加濕，提高脫硫效率及部分除塵功能。預噴淋后的煙氣進入氣動脫硫單元組進行脫硫除塵處理。脫硫后的煙氣經塔內兩層折板式除霧器及煙道內旋風除霧器除去游離水后進入煙囪排放。該吸收塔底不設儲漿段。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入制漿池制漿，并進行曝氣后（氧化）經循環(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入塔內自下而上通過。 脫硫劑漿液通過循環(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，保證漿液在不同的漿液濃度的良好混合和可靠運行。脫硫塔內落下的吸收液與折流板脫水器脫除的水貯存在塔底。在塔底布設穿孔曝氣管，一方面以壓縮空氣攪動液相，促進新鮮Mg(OH)2乳液與吸收液的混合，加速反應；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)定的最終產物MgSO4。塔內底部裝有的攪拌器將大氣泡打碎成小氣泡，加速氧化反應。為避免吸收液鹽份及懸浮物濃度過高，系統(tǒng)自動外排廢水以保持液相濃度平衡,保證脫硫效率。
簡易的制漿系統(tǒng)流程如下：料倉內的物料經底部變頻式螺旋給料機，經溜槽進入膏化機進行混合，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入制漿池，每臺吸收塔設有一臺漿液泵及一臺清液泵。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間，此系統(tǒng)沒有熱源及熟化時間，會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)使雜質較多，也影響氧化鎂粉的溶解度，造成吸收劑的浪費。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PH失去了本質意義。通常情況下，PH值是漿液氫氧化鎂濃度的體現，補漿量是根據系統(tǒng)PH的變化來調整的。循環(huán)漿液的PH對脫硫產物亞硫酸鹽的氧化率（氧化成正鹽）影響較大。實驗證明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、結垢、腐蝕等。但虛假的PH增加了運行監(jiān)控的難度。另外，此系統(tǒng)沒有事故漿液系統(tǒng)，一旦吸收塔停運，漿液將全部排放到沉淀池，結晶沉淀容易造成吸收劑的浪費。經典的制漿系統(tǒng)在此不再做分析。
一爐一塔的配置可以提高運行的可控性及可靠性，但投資及運行費用高，占用的場地及空間較大，比較適合考慮以脫硫效率為第一的大機組的改造和新裝機組的脫硫需求。另外其煙道旁路擋板采用雙擋板的形式，FGD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組改造，占用的場地和空間有限，投資較小。對某熱電廠來說，兩臺機組一般是85%負荷運行，冬天采暖期是滿負荷運行除非檢修。另外可供的場地和空間很小。負荷的相對穩(wěn)定為兩爐一塔的應用提供了可行性。但鍋爐的啟停及負荷的變化容易造成煙氣流量的較大波動。當運行負荷較低時，吸收塔入口煙氣流速較低，不利于塔內氣流分布，同時使細小噴淋液滴停留時間相對減少，在一定程度上影響脫硫效率。但為確保機組的安全運行，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啟的功能，全開到全閉的開啟時間小于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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