石灰石石膏湿法脱硫改造技术方案分析

石灰石/石膏湿法脱硫改造技术方案分析
魏新
大唐科技产业集团有限公司大唐电力设计研究院北京100097
摘要：而随着全国雾霾的加剧，目前对火力发电厂污染控制得更加严格。

为了满足更新的排放要求，，目前大部分脱硫系统都需要进行改造。

而我国85%以上的脱硫系统均采用石灰石/石膏湿法，所以对石灰石/石膏湿法脱硫改造技术方案进行研究分析显得尤为重要。

本文即针对不同条件下的合理湿法脱硫改造方式方法进行探讨，为做好脱硫改造工程可行性、改造注意事项等提供参考。

关键词：石灰石/石膏湿法脱硫；改造；方案
中图分类号：C35 文献标识码： A
引言
随着《节能减排“十二五”规划》的要求，2015年，全国化学需氧量和二氧化硫排放总量分别控制在2347.6万吨、2086.4万吨，特别是到2014年，国家对脱硫排放的要求越来越严格。

特别是在各地出现雾霾等污染的情况下，对于火力发电厂大气污染的治理也更加严格。

现在各地区脱硫排放标准从200mg/Nm3发展到100 mg/Nm3，甚至于东部沿海及重点控制区域已经要求控制在30 mg/Nm3以内。

目前的大部分脱硫岛无法满足上述最新要求，使得脱硫改造项目成为当前脱硫项目的主要工作，也促使脱硫新技术研发新、工艺探索与实践。

但技术创新必须建立在对既有技术的消化、吸收基础上，所以需要对既有脱硫技术进行梳理，以便明确创新的方向，开拓创新的思路。

目前的FGD改造主要是因为入口含硫量变大、出口排放标准更加严格造成，所以总体上来说，对于公用系统的改造主要围绕扩容展开；而对于吸收塔的改造，因为涉及到除尘、石膏雨、SO2吸收及氧化等方方面面，也突出体现各个脱硫技术的特点，所以需要重点研究分析涉及到吸收塔的改造。

下面分公用系统和吸收塔区两个方向进行改造方案的探讨。

一、公用系统改造：
公用系统改造主要围绕扩容展开，因为需要吸收的SO2增多，一方面，作为
吸收剂的石灰石（CaCO3）耗量会增加，那么就需要对石灰石制浆、供浆系统进行扩容改造；另一方面，作为脱硫副产品的石膏（CaSO4·2H2O）产量随着反应的SO2增多，也相应增加，就必须对脱水系统进行扩容改造。

1.1石灰石制浆、供应系统的增容改造方案：
石灰石浆液制备一般有2种形式，一种是石灰石粉制浆，一种是石灰石块进行湿磨制浆。

粉制浆的项目，其改造量相对较小，主要依靠增加粉仓容积或粉仓数量，增加石灰石浆液泵流量或数量，完成供浆量的增加；在选择是改造粉仓或增加粉仓数量问题时，主要考虑现场的场地情况，推荐如果场地大，采用增加粉仓的方案，这样原有系统均可利旧，降低工程造价；反之，如果场地限制较大，则可采用加大粉仓容积的方案。

加大粉仓容积必然涉及到其基础加固问题，所以土建结构上是否可以实现对原有基础的加固，就成为这种改造项目的限制条件之一。

石灰石块制浆的项目，涉及到的改造量相对较大，因为石灰石块仓及石灰石卸料系统所占空间较大，一般改造这种系统采取增加石灰石卸料系统的方案，同时需要增加湿磨机及其辅助设备，这些都需要现场有足够大的空间。

同样的情况，石灰石块制浆也有增加石灰石卸料系统、湿磨机等设备数量和更换石灰石卸料系统、湿磨机等设备2种方案。

选择具体方案时，一方面要结合场地情况，另一方面也是要看土建结构加固情况。

特别是对于直接改造原有制浆楼的方案，就要考虑制浆楼现有结构改造的可行性。

1.2脱水系统的增容改造方案：
对于脱水系统的增容改造，主要是石膏旋流器和脱水机等设备的数量增加或者增容更换。

如果原有脱水楼具有较大的预留空间，可以通过增加石膏旋流器、脱水机和石膏库的方法，增加脱水系统的处理能力；如果原有脱水楼空间紧凑，可能只有通过更换石膏旋流器、脱水机，扩大石膏库容积的方法进行改造，此时，就要仔细配合原有土建结构与改造后设备基础荷载情况，同时必须考虑检修起吊设置情况，确保改造后各个操作的正常实现。

二、吸收塔区改造：
初步分析，影响脱硫效果的因素概况起来包括下面：1）液气比，相对较大
的液气比，会提高对SO2吸收效果，从而提高脱硫效率；2）气液接触时间或喷淋覆盖率，相对较长的接触时间或者覆盖率，也同样增加吸收SO2的效果；3）减少烟气的逃逸，防止烟气未经过喷淋吸收而排入净烟道；4）系统单元的细化，即把吸收塔内的吸收和氧化单元进行细分，从而提高各个单元的效果。

所以，开展技术分析，需要从上述4个方面入手。

以下即对主要湿法脱硫技术及其改造形式进行的梳理和分析：
一、增加液气比：
增加液气比最典型的例子就是脱硫串塔改造和塔外浆池改造，这种改造适用于大多数脱硫技术，比较典型的是空塔喷淋技术中脱硫系统的改造。

因为烟气中需要脱除的SO2增加了，相应的液气比增加，氧化池需要加大，最直接的改造方案就是加大吸收塔浆液池，那么就有2个方法：增加一个串联的吸收塔或者加塔外浆池。

这个技术的优点非常明显，就是直接增加了对应新增SO2的吸收剂以及增加液气接触，从而实现脱硫效果；然而其缺点也很明显，就是直接增加了烟气阻力，相应地增加了系统电耗，加大了脱硫的厂用电率。

在这种改造方面比较突出的案例是采用串塔的大唐景泰2×660MW机组脱硫改造工程和采用塔外浆池的大唐太原第二热电厂6期脱硫改造工程。

实践证明，增加液气比后，脱硫效率提高（如：景泰改造后，入口含硫量由2200mg/Nm3提高到了4600mg/Nm3，而出口含硫量从200 mg/Nm3降低到了150 mg/Nm3）。

二、增加气液接触时间或喷淋覆盖率：
增加气液接触时间的方法很多，涉及到的脱硫技术特点也较多，主要有：美国巴威（B&W）公司的托盘技术、日本三菱的顺流填料塔及液柱塔技术、国电清新的旋汇耦合器技术以及安德利茨公司的湍流技术。

根据双膜理论，增加接触时间可以提高传质效果，不管是上述哪种形式，都是通过增加气液接触路径长度，延长气液接触时间，来增加SO2吸收效果的。

其中托盘技术是在吸收塔内增加一个托盘，使得烟气向上过程中被强制与喷淋下来的浆液进行再次接触；液柱塔则是让烟气通过一个U形的吸收塔，在烟气通过U 形过程中，2次经过喷淋层，增加了接触时间；耦合器则是在吸收塔内设置倾斜
角度的叶片结构，使得接触时间加长；安德利茨公司的湍流技术则通过喷淋到湍流装置上的浆液与烟气接触，使得喷淋后再次气液接触。

其次，增加喷淋覆盖率也能在一定程度上增加SO2吸收效果，大唐吕四港脱硫改造项目就是最好的例子：通过改造喷淋层，大幅增加喷嘴数量，加大喷淋覆盖率，提高了脱硫效率5%左右。

三、减少烟气的逃逸：
由于喷淋层喷嘴的覆盖面为一个圆锥形面，所以在喷淋层布置时，位于吸收塔壁附近的喷淋层存在一定程度的空隙，且这些空隙的阻力相对较小，造成塔壁附近会存在烟气逃逸情况，从而降低了脱硫效果。

为了避免这种情况，最典型的处理就是设置聚气环（ALD环），这是美国MET公司的专利技术；就是在每一层喷淋层下面，沿着塔壁设置一圈金属环，以便去除因为“壁效应”产生的烟气漏过喷淋的问题。

同样拥有类似技术的还有法国ALSTOM公司，也是在吸收塔内壁上设置一定宽度的金属环，通过遮挡壁附近的烟气，将烟气往中间汇拢，从而避免“壁效应”的产生。

四、系统单元的细化：
优化各个系统单元，把各单元的功能发挥好，那么整体的脱硫效果就能有所提高。

这在单塔双循环技术上得到了体现。

单塔双循环技术是把本来承担吸收和氧化双重功能的浆液池，分开为2部分，主塔浆液池主要承担氧化功能，塔外浆池主要承担吸收功能。

2个浆池的PH值不一样，对应不同的功能效果会更好。

事实证明，单塔双循环可以实现脱硫效率99%，出口含硫量低于35mg/Nm3的苛刻要求。

每个脱硫的技术特点都有值得学习借鉴的方面，而脱硫的技术创新至少可以围绕上述4个方面来进行。

首先，加大液气比是一个方面，是通过增加单层液气比还是通过加高吸收塔或塔外浆池实现增加液气比？如果是增加单层液气比，那么加大到多少就到了单层液气比的极限？这些问题，仅仅依靠理论分析是无法完成的，还需要进行实际实验性质的比对才能最终确定；
第二，关于增加气液接触时间，从AEE最新的PLUS技术到管道形状的整流装置，都再进行着这样的尝试；而且国电清新采用的耦合器技术，是集中体现了烟气整流和延长气液接触时间的技术，非常值得学习借鉴；通过理论分析，如果不是像托盘或者耦合器那样强制增加气液接触时间，而仅依靠增加烟气整流装置，也应该能实现气液接触的时间，且避免托盘、耦合器等产生的烟气阻力较大问题；但这种原理上的设想，依然需要实验证明；
第三，LDR聚气环的设置是有其合理因素，实际项目应用中，设置聚气环确实可以提高脱硫效率，从而也证明了其合理性；
第四、对于单塔双循环或双塔双循环等技术，只能借鉴其思路，无法复制其技术，值得借鉴的就是对于PH值、浆液密度等精密控制的方法。

精密控制后，不但可以降低吸收剂耗量，同时也可以降低烟气阻力，从而实现提高脱硫效率的同时，最大限度地减少电耗。

五、结束语：
综上所述，本文通过对各种脱硫技术进行研究分析，提出了脱硫改造过程中，可以考虑采用的技术及其可能用到的改造方案，对于脱硫项目改造的选取，具有一定的指导意义。

参考文献：
[1] 徐宝东，《烟气脱硫工艺水册》，化学工业出版社，2012.4，书籍
[2] 曾庭华，杨华，廖永进，郭斌，《湿法烟气脱硫系统的调试、试验及运行》，
中国电力出版社，2008.5，书籍
[3] 周至祥，段建中，薛建明，《火力发电厂湿法烟气脱硫技术手册》，中国电力出版社，2006.6，书籍。