两种脱硫方案的技术分析
1. 概述
随着天津市政府对环保工作要求的不断提高，特别是北京申奥成功后我市蓝天工程口号的提出，市环保局、市经委对我市开展清洁生产和工业系统污染防治进行了重点部署，天津某热电厂是首批开展清洁生产审核的60家企业之一，也是市经委制定的今年力争完成烟气脱硫改造任务的四个电厂之一。某电厂现有2台机组2×25MW，配2×130t/h煤粉锅炉，需要进行脱硫改造。依据新的天津市地方标准中对于大气污染物排放提出了更高的要求，2006年1月1日起执行，二时段SO2排放限值为100mg/Nm3。
本文结合现场实际情况及各专业专家意见，委托天津市电力科学研究院以技术可行、操作可控、经济合理的原则，重点讨论了经典的喷淋空塔脱硫技术和具有自主知识产权的气动乳化塔技术两种脱硫方案，总结其优点及缺点，并指出方案在实际应用中存在的关键问题和相应的解决措施。
2. 技术方案的设计原则和目标
1) 技术方案考虑一次性投资及运行成本和维修成本。
2) 力求占地面积小、设备系统相对简单、便于运行维护、尽量符合电厂实际，具有较强的操作性。
3) 脱硫系统应具有动态适应能力，即脱硫系统可通过监测烟气进出口SO2浓度和烟气量来调整系统的补浆量，以适应各种锅炉负荷下运行，保证系统的安全经济运行。
4) 脱硫系统应具有无腐蚀、不结垢、不产生二次污染的运行控制技术。
5) 技术方案应为高效脱硫技术方案，脱硫效率不低于95％，脱硫设备运行率不低于95％。
6) 运行工艺安全可靠,运行时间大于5000小时。
7) 粉尘排放浓度应达到标准30mg/Nm3。
8) SO2排放浓度应达到标准100mg/Nm3。
9) 论证方案要在方案可行、技术可靠、经济可比的条件下，选择最优方案。
10) 该方案论证过程不考虑GGH。
3. 脱硫方案的技术分析
静海热电厂现有2台机组2×25MW，配2×130t/h煤粉锅炉。为正确选择脱硫工艺，厂方提出如下要求：脱硫方案拟采用两台锅炉配一台吸收塔或一台锅炉配一台吸收塔方式；充分考虑将来燃烧煤种情况的变化，确保燃煤发生变化时仍能连续、稳定的达标排放；本项目改造可提供的场地有限，因此脱硫设备的布置应充分考虑现场的现有条件；方案中应充分体现工程中所发生的全部投资费用、运行费用（折合成每度电的增加成本）、副产物处理、综合利用情况及废水处理等；硫的燃尽率应遵循电力系统95%进行设计和计算。
通过调研对各方案的综合分析，初步选择了五种脱硫技术方案，作为环评、可研及评标的备选方案。经过综合分析及结合现场的实际情况，重点论证经典的喷淋塔和新颖的气动乳化塔技术。
3.1 方案特点分析
气动乳化塔与喷淋塔方案均属于湿法烟气脱硫技术，脱硫原理基本相同，只是塔的内部结构及配置方式不同，吸收剂同为氧化镁粉。前者采用两台锅炉配两台气动乳化吸收塔且共用一套简易的制浆系统；后者是两台锅炉配一台喷淋塔且共享一套经典的制浆系统。两套方案的区别简单总结如表1。
脱硫工艺的核心部分为吸收塔，其内部分为除雾区、吸收区、和 浆液存储区（脱硫产物氧化区）。气动乳化塔和喷淋塔的结构见图1和图2，其根本区别在于反应塔吸收区设计不同，另外前者没有设计浆液存储区。
气动乳化吸收塔吸收区的核心结构是脱硫单元组（气动乳化单元），加上预喷淋装置。预先喷淋的作用是来自循环水泵的清水降低烟气温度，加大烟气湿度，有利于二氧化硫的吸收，同时又起到除尘作用。烟气从气动脱硫单元组下方进入，在旋流器的吸收作用下，形成具有一定速度的向上的旋转气流,将来自喷淋层的浆液托住反复旋切，形成一段动态稳定的液粒悬浮层，液相的聚散组合随时发生，使气体的滞留时间延长、气液接触面积增大、气液比降低（与喷淋法相比），有利实现较高的脱硫效率及除尘效率。该塔是一种拥有自主知识产权的新技术，目前现场应用的例子不多。另外，气动乳化塔的脱硫单元对烟气流量比较敏感，较适合一炉一塔的配置。
喷淋塔是最早采用的脱硫吸收塔，其技术最成熟，实用业绩最多，运行工况最稳定。喷淋塔的吸收区一般是三层喷嘴层，内部部件少，系统阻力相对较小。吸收塔含有氧化池可以实现强制氧化在脱硫塔的底部进行，这样可使随气体逸出的二氧化硫在脱硫塔中再次被吸收，从而避免因强制氧化带来的污染问题。该塔优点是应用煤种应用范围广，对负荷的适应性较好，可以适用一炉一塔或两炉甚至三炉一塔的配置。
气动乳化一炉一塔的工艺流程为锅炉高温烟气进入脱硫塔后，先对其进行预喷淋处理，其作用是降温加湿，提高脱硫效率及部分除尘功能。预喷淋后的烟气进入气动脱硫单元组进行脱硫除尘处理。脱硫后的烟气经塔内两层折板式除雾器及烟道内旋风除雾器除去游离水后进入烟囱排放。该吸收塔底不设储浆段。脱硫除尘后的浆液及除雾器的冲洗水直接由排浆管排入灰沟流入沉淀池中沉淀。沉淀池中的溢流清夜直接进入制浆池制浆，并进行曝气后（氧化）经循环浆液泵打到吸收塔循环再用。
喷淋塔两炉一塔方案的工艺流程为烟气进入塔内自下而上通过。 脱硫剂浆液通过循环泵送到塔中不同高度的三层喷嘴，保证液气的混合均匀。塔下部为循环浆液段（氧化池），装有三只水平式搅拌机，保证浆液在不同的浆液浓度的良好混合和可靠运行。脱硫塔内落下的吸收液与折流板脱水器脱除的水贮存在塔底。在塔底布设穿孔曝气管，一方面以压缩空气搅动液相，促进新鲜Mg(OH)2乳液与吸收液的混合，加速反应；另一方面使吸收SO2后的洗涤液中生成的MgSO3氧化为易溶于水的更稳定的最终产物MgSO4。塔内底部装有的搅拌器将大气泡打碎成小气泡，加速氧化反应。为避免吸收液盐份及悬浮物浓度过高，系统自动外排废水以保持液相浓度平衡,保证脱硫效率。
简易的制浆系统流程如下：料仓内的物料经底部变频式螺旋给料机，经溜槽进入膏化机进行混合，然后排入制浆池，制浆池位于沉淀池后，沉淀池的上层清液溢流进入制浆池，每台吸收塔设有一台浆液泵及一台清液泵。氧化镁粉要成为氢氧化镁吸收剂需要一定的温度及熟化时间，此系统没有热源及熟化时间，会影响氧化镁粉的活度，从而影响吸收剂的利用率。露天的浆液循环系统系统使杂质较多，也影响氧化镁粉的溶解度，造成吸收剂的浪费。另外PH值较高（碱性）的冲灰水的系统与循环浆液（酸性）使用同一灰沟，流入同一沉淀池，一方面加大了脱硫吸收剂的消耗量，另一方面使监测PH失去了本质意义。通常情况下，PH值是浆液氢氧化镁浓度的体现，补浆量是根据系统PH的变化来调整的。循环浆液的PH对脱硫产物亚硫酸盐的氧化率（氧化成正盐）影响较大。实验证明PH越低，亚硫酸盐的氧化率越高。高的氧化率可以降低系统的堵塞、结垢、腐蚀等。但虚假的PH增加了运行监控的难度。另外，此系统没有事故浆液系统，一旦吸收塔停运，浆液将全部排放到沉淀池，结晶沉淀容易造成吸收剂的浪费。经典的制浆系统在此不再做分析。
一炉一塔的配置可以提高运行的可控性及可靠性，但投资及运行费用高，占用的场地及空间较大，比较适合考虑以脱硫效率为第一的大机组的改造和新装机组的脱硫需求。另外其烟道旁路挡板采用双挡板的形式，FGD装置入口烟气和出口净烟气采用单层挡板。
两炉一塔的配置方式比较适合老厂的小机组改造，占用的场地和空间有限，投资较小。对某热电厂来说，两台机组一般是85%负荷运行，冬天采暖期是满负荷运行除非检修。另外可供的场地和空间很小。负荷的相对稳定为两炉一塔的应用提供了可行性。但锅炉的启停及负荷的变化容易造成烟气流量的较大波动。当运行负荷较低时，吸收塔入口烟气流速较低，不利于塔内气流分布，同时使细小喷淋液滴停留时间相对减少，在一定程度上影响脱硫效率。但为确保机组的安全运行，其烟道旁路挡板采用双挡板的形式，具有100%的气密性。旁路挡板具有快速开启的功能，全开到全闭的开启时间小于25秒。FGD装置入口烟气和出口净烟气亦采用双层挡板。
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