雙塔雙循環煙氣脫硫系統經濟運行控制策略分析

曲立濤

（華電電力科學研究院東北分院遼寧沈陽110000）

雙塔雙循環煙氣脫硫系統經濟運行控制策略分析

曲立濤

（華電電力科學研究院東北分院遼寧沈陽110000）

隨著超低排放和節能改造工作的正式推進與實施，燃煤電廠原有的脫硫設施已無法滿足新的排放限值的要求。雙塔雙循環煙氣脫硫工藝因其脫硫效率高、運行穩定、抗擾動能力強等優點在改造中得到了廣泛應用。但隨著設備容量的增加，脫硫系統廠用電的占比顯著增大。因此掌握雙塔雙循環脫硫系統的技術特點及優化運行方式已成為關鍵。

雙塔雙循環；運行控制；提效節能；優化

1　前言

2014年，國家發展和改革委員會、環境保護部、國家能源局三部委聯合發布《發改能源【2014】2093號》文件：關于印發《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020）》的通知，對新建及現役燃煤發電機組均提出了更為嚴格的能效環保標準。2015年，為貫徹落實第114次國務院常務會議精神，三部委聯合發布《環發【2015】164號》文件：關于印發《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》的通知，明確提出全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造是一項重要的國家專項行動，到2020年，全國所有具備改造條件的燃煤電廠力爭實現超低排放（即在基準氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50mg/m3）。同時要求部分地區提前完成超低排放改造任務。

隨著超低排放和節能改造工作的正式推進與實施，燃煤電廠原有的脫硫設施已無法滿足新的排放限值的要求，因此進行技術升級改造迫在眉睫。目前石灰石-石膏濕法脫硫系統提效改造方法有更換大容量漿液循環泵、增加一臺漿液循環泵和一層噴淋層、增設合金托盤、雙塔雙循環、單塔雙循環等。其中雙塔雙循環、單塔雙循環可以明顯提高脫硫效率，因此在脫硫提效改造中使用比較多［1］。單塔雙循環與雙塔雙循環技術理念大體一致，都是通過提高一部分漿液pH值來提高脫硫效率，利用另外一部分漿液進行氧化結晶［2］。本文重點介紹雙塔雙循環脫硫工藝。

2　雙塔雙循環脫硫工藝流程

雙塔雙循環脫硫工藝系統與其他石灰石-石膏煙氣脫硫技術相比，除吸收塔系統不同外，其他系統基本一致。雙塔雙循環脫硫工藝系統是在原吸收塔前面或后面新建一個吸收塔，并將其與原吸收塔串聯使用。實現漿液在一級吸收塔與二級吸收塔之間循環利用，煙氣依次進入一級吸收塔洗滌后再進入二級吸收塔洗滌。雙塔雙循環中一級塔作為預洗滌塔，用以初步降低煙氣中的SO2濃度，并生成石膏，二級塔作為主吸收塔用來吸收煙氣中剩余的SO2［3］。一級吸收塔在脫除部分SO2的同時也脫除了煙氣中易于脫除的雜質，包括煙塵、HCl、H F等。大大降低了雜質對二級吸收塔漿液的影響，提高了二級吸收塔的效率。雙塔雙循環工藝流程見圖1。

圖1　雙塔雙循環工藝吸收塔系統流程圖［1］

3　雙塔雙循環脫硫系統運行控制措施

雙塔雙循環脫硫工藝因其脫硫效率高、運行穩定、抗擾動能力強、適用中高硫煤種等技術特點在本次超低排放改造中得到了較為廣泛的應用。但由于設備的增加，脫硫系統耗電量占廠用電量的比例也顯著增加，同時也帶來了一系列的設備管理、維護、保養等問題。因此雙塔雙循環脫硫系統在不同負荷工況、不同煙氣SO2濃度下，漿液循環泵及氧化風機運行方式的優化對于降低脫硫系統耗電量就顯得尤為重要。另外，雙塔雙循環脫硫系統因一級吸收塔與二級吸收塔在設計功能上不盡相同，其pH值、漿液密度、吸收塔液位、氧化風量等各個運行參數都有各自的側重點與運行區間。與常規石灰石-石膏濕法脫硫系統相比，其運行理念與參數調整就尤為重要和復雜。因此，掌握反應機理、了解功能分工、精細優化調整成為雙塔雙循環脫硫系統經濟運行的關鍵。

3.1合理調整pH范圍

在雙塔雙循環脫硫系統中，一級吸收塔為預洗滌塔，其主要功能在于對煙氣進行預洗滌并產生石膏，脫除部分SO2以降低二級吸收塔負荷。研究表明［4］［5］，吸收塔漿液pH=4.5時的酸性條件下，漿液中亞硫酸鈣的氧化效率最高。但綜合考慮一級吸收塔還同時肩負脫除部分SO2的任務，因此一級吸收塔漿液pH值不宜控制過低，pH值一般控制在5.2～5.4之間。

圖2　pH值對HSO3-氧化速率的影響

圖3　pH與脫硫效率之間的關系

二級吸收塔為主吸收塔，其主要功能在于脫除煙氣中剩余SO2，并保證吸收塔出口SO2濃度達標排放。研究表明［5］，較高的吸收塔漿液pH值有利于SO2的吸收，但不利于亞硫酸鈣的氧化。基于二級吸收塔的主要功能，不需要考慮亞硫酸鈣的氧化問題，但需要考慮過高pH值帶來的結構堵塞問題。綜合分析，可以將二級吸收塔漿液的pH值控制在5.8～6.0較高的范圍，以促進其對SO2的吸收。另外，在供漿方式的上可以選擇石灰石漿液先進入一級吸收塔后再循環至二級吸收塔，這樣不但可以延長石灰石在系統內的停留時間，也有利于石灰石在一級吸收塔低pH值環境中的溶解與利用。

3.2精細控制漿液密度

無論在何種形式的石灰石-石膏濕法脫硫系統中，吸收塔中漿液密度的控制都是關鍵，漿液密度過高可能導致脫硫系統結垢、堵塞、磨損等，嚴重影響系統穩定和設備安全；而漿液密度過低又會造成脫硫效率低和石膏品質差。綜合考慮，一級吸收塔漿液密度應控制在1120kg/m3，二級吸收塔漿液密度應控制在1080kg/m3，這樣既兼顧脫硫效率與石膏品質，又保證系統穩定與設備安全。

3.3循環泵運行方式優化

研究表明，在脫硫系統運行過程中增加液氣比能夠提高脫硫效率，啟動循環泵臺數越多，實際運行液氣比越高，脫硫效果越好，但同時石灰石的消耗量，系統的電耗也會增加。循環泵對應的噴淋層高度越高，循環漿液和煙氣反應的時間就越長，脫硫效果就越好，但循環泵的電耗相應增加。在雙塔雙循環脫硫系統與改造前系統相比容量增大，隨之而來的耗電量也大幅增加。因此，在SO2達標排放的基礎上，應綜合考慮漿液循環泵及氧化風機的運行優化以降低脫硫系統電耗。其運行優化原則為：一級吸收塔循環漿液泵運行的數量和大小以略低于最優液氣比的組合方式調整，避免出現一級吸收塔處理負荷過大，造成氧化不足的情況發生。一般來說，漿液的液氣比取在16 L/m3～18L/m3之間為宜；當處理煙氣中SO2濃度出現較大幅度變化時，優先調整二級吸收塔的循環漿液泵；通過一、二級吸收塔的運行組合試驗，針對不同的負荷、SO2濃度等工況，在滿足SO2濃度達標排放的基礎上，確定最為節能的組合方式，并制定優化運行指導卡片；避免長期停運吸收塔最底部的噴淋層，減少噴嘴結垢現象的出現；由于一級吸收塔內漿液成分復雜，盡量不切換相同或相近出口流量的循環漿液泵（定期輪換除外），避免漿液溢流的情況發生。

3.4氧化風機運行方式優化

在雙塔雙循環脫硫系統改造中往往會增加氧化風機的數量，同時根據系統特點會設置風量不同的氧化風機。在實際運行過程中，可根據一、二級吸收塔脫除的SO2的量來分別考慮氧化風機的投運情況，保證氧化空氣量滿足設計的氧硫比即可，一般控制在1.5～2.0之間。防止因氧化風機投入過量，氧化空氣進入循環泵或石膏排出泵及出現起泡溢流現象。另外應控制吸收塔液位高度在設計范圍，維持氧化風支管的浸沒深度，保證氧化空氣在氧化區有足夠的停留時間。

4　結語

雙塔雙循環脫硫工藝作為傳統石灰石-石膏濕法脫硫工藝演化而來的新的工藝技術在本輪超低排放改造中得到了較為廣泛的應用，其脫除SO2的反應機理與傳統工藝基本相同，但運行控制理念、參數調整范圍、均存在較大差別。隨著入口煙氣負荷和煤的含硫量的波動與變化，系統提效節能優化調整的空間相對較大。系統運行過程中應嚴格控制一、二級吸收塔漿液pH值和密度，合理選擇循環泵的開啟數量和組合方式，使各級吸收塔脫硫效率維持在合理水平，可以減少系統的耗電量。希望以上措施能為發電企業的經濟運營起到一定的指導意義。

［1］高廣軍，趙家濤，王玉祥，等.雙塔雙循環技術在火電廠脫硫改造中的應用［J］.江蘇電機工程，2015（4）：79-80.

［2］陳光.雙塔雙循環脫硫的技術特點［J］.文摘版：工程技術，2015（11）：10-10.

［3］薛方明，邵媛.雙塔雙循環脫硫技術在執行污染物超低排放火電機組中的應用［J］.山東化工，2015，44（20）：147-150.

［4］謝春玲.石灰-石膏法煙氣脫硫中pH值對脫硫效果的影響［J］.中國科技信息，2014，12（60）：154-156.

［5］李守信，于軍玲，紀立國，等.石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝原理［J］.華北電力大學學報，2002，29（4）：91-94.

［6］顧金芳，茅睿，林偉.脫硫系統優化運行研究［J］.華東電力，2008，36（08）：115-118.

曲立濤（1982—），黑龍江伊春人，工程師，工程碩士，從事火力發電廠技術服務、調試與試驗研究工作。