摘要：新標準的制定和超低排放迫使燃煤電站必須選擇經濟可靠的超低排放技術路線，本文介紹了清新環境自主研發的單塔一體化技術的工藝原理及技術特點，并針對三個個電廠的改造情況和運行效果進行了介紹，表明該技術能夠適應各種機組的超低排放技術改造，也為新機組的脫硫系統的設計選型提供參考。

關鍵詞：單塔 一體化 超低 脫硫 除塵

隨著我國火電廠大氣污染物排放新標準（GB13223-2011）的頒布實施，幾乎所有的燃煤機組都安裝了脫硫裝置，對于重點地區要求按照二氧化硫50 mg/Nm3，氮氧化物100mg/Nm3，煙塵20 mg/Nm3執行[1]。由于2013年年底開始爆發的全國性霧霾，國家要求進一步降低電力行業污染物排放水平，《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）》（發改能源[2014]2093號文）要求火電機組有條件的執行燃機排放標準（也稱為超低排放標準），即污染物排放限值按照二氧化硫35 mg/Nm3、氮氧化物50 mg/Nm3，煙塵5 mg/Nm3執行。因此現有燃煤機組的環保設施還需要進一步改造優化。

由于NOx的控制主要依靠鍋爐本體范圍的低NOx燃燒技術和SCR技術，所以國內超低排放的技術路線一般都按脫硫除塵的工藝進行分類，高效脫硫技術包括雙塔雙循環、單塔雙循環、單塔三區、雙托盤、文丘里棒和旋匯耦合脫硫技術，而除塵的工藝包括前端的低低溫除塵、后端的濕式靜電除塵和管束式除塵除霧裝置。超低排放的技術路線耦合了高效脫硫和高效除塵技術，包括菲達、龍凈、凱迪、清新環境等公司都提出了自己的技術路線，但需要從減排效果和節能降耗兩方面綜合考慮，同時還要兼顧到系統運行的穩定性、改造難易程度和投資費用等進行全面評估。本文將針對清新環境的單塔一體化超低排放技術（簡稱SPC-3D技術）及其運用情況進行介紹和分析。

 1  單塔一體化技術介紹

SPC-3D脫硫除塵深度凈化技術由清新環境自主研發，在一個塔內實現了以較低能耗完成燃煤煙氣SO2和粉塵的超低排放。該一體化技術耦合了旋匯耦合技術、高效噴淋技術和管束式除塵除霧技術，對于脫硫和除塵的脫除效果是相互耦合和疊加的，優化的設計組合保證了最終污染物的超低排放。

圖1是單塔一體化技術集成示意圖，煙氣通過旋匯耦合裝置與漿液產生可控湍流空間, 提高氣液固三相傳質速率，完成一級脫硫除塵，同時實現了快速降溫及流場均布；煙氣繼續經過高效噴淋系統，實現SO2的深度脫除及粉塵的二次脫除；煙氣進入管束式除塵除霧裝置，在旋流分離器產生的高速離心力作用下，霧滴與塵向筒體壁面運動，在運動過程中相互碰撞、凝聚成較大的液滴，液滴被拋向筒體內壁表面，被壁面附著的液膜層捕獲，實現粉塵和霧滴的深度脫除。在分離器之間設置導流環，提升氣流的離心運動速度，并維持合適的氣流分布狀態，以控制液膜厚度，控制氣流的出口狀態，防止液滴的二次夾帶。塔內的核心部件湍流器、噴淋系統和管束除塵裝置如圖2所示。

通過多年的實踐和運行效果表明，SPC-3D技術具有如下特點：

（1）均氣效果好

塔內煙氣和漿液分布不均容易造成煙氣短路形成盲區，這也是造成脫硫效率低和運行成本高的重要原因。安裝旋匯耦合裝置的脫硫塔，CFD模擬顯示均氣效果比一般空塔提高15-30%，脫硫裝置能在比較經濟、穩定的狀態下運行。

（2）傳質效率高

傳質速率是決定脫硫效率的關鍵指標，而旋匯耦合裝置改變進塔氣體的流動狀態（由層流變成湍流態），降低了氣液膜阻力，增加液氣接觸面積，從而提高氣液傳質速率。

（3）降溫速度快

從湍流器端面進入的煙氣，與漿液通過旋流和匯流的耦合、旋轉、翻覆形成湍流度很大的氣液傳質體系，煙氣溫度迅速下降，有利于塔內氣液的充分反應。

（4）高效噴淋系統

優化的噴淋布置方式，打造合理的覆蓋率，自主開發的高效噴嘴的組合，在提升自身霧化效果的同時提高了二次碰撞的效果。同時設計了防壁流裝置，避免氣液短路 。

（4）   適應性強

適用于不同的工藝和工況，由于良好的均氣效果，受氣量大小影響較小，系統穩定性強；受進塔煙氣二氧化硫濃度變化影響小，脫硫效率高，適用于不同煤種，對于高硫煤優勢更明顯。對粉塵的適應性廣，在進口粉塵濃度低于50mg/Nm3時，可以保證出口濃度小于10mg/Nm3；進口粉塵濃度小于30mg/Nm3，出口濃度可以小于5mg/Nm3.

（5）能耗低

增加液氣比能提高脫硫效率，但液氣比增加的同時也使漿液循環泵電耗相應增加。采用旋匯耦合專利技術的湍流塔在低液氣比時能保證較高的脫硫效率，盡管湍流器和管式除塵裝

置會增加一部分阻力，但整個系統能耗會降低，據統計，比同類技術節約電能8%--10%。考慮到除塵，與采用濕電技術的技術路線相比，電耗會降低20%以上。

 2 SPC-3D技術在300MW機組上的運用

 山西某熱電廠二期原為2×300MW供熱發電機組，在2014年6月將其擴容至2×320MW，2014年8月，采用了“單塔一體化技術”對3#機組脫硫系統進行改造示范，該工程已于2014年9月完成改造并成功投運。

改造范圍如下：

（1）管束式除塵裝置安裝

     拆除原有二級除霧器及其沖洗水，更換為管束式除塵裝置

（2）噴淋層改造

     增加1層噴淋層和1臺循環泵

     優化原有噴淋系統

（3）湍流器改造

     拆除原有一代湍流器，更換為二代湍流器

表1   改造前后設計條件和實際排放

 改造前后的數據如表1所示，在煙氣量增加的情況下達到了超低排放，2014年11月由大同市環境監測站、山西省環境監測站、華北電科院分別進行了現場實測[2][3][4]。數據顯示，

吸收塔入口SO2濃度1988~2505mg/Nm3，粉塵濃度9.1~35.5mg/Nm3，三臺泵運行時，出口SO2濃度為21~31mg/Nm3，粉塵濃度為3.8~4.7mg/Nm3，四臺泵運行時，吸收塔入口SO2濃度為2981mg/Nm3，出口濃度為12mg/Nm3，脫硫效率可達99.6%。

在進行超低排放改造的前提下也進行相關系統的節能改造，包括循環泵變頻運行、氧化風機和真空泵的節能運行方式優化，改造后按原有標準運行耗電率為0.86%，超凈排放運行時耗電率為1.01%，依然低于改造前的耗電量1.19%，如表2所示。

 表2   #3脫硫用電量統計表

3 SPC-3D技術在600MW機組上的運用

 內蒙某電廠現有裝機容量為8×600MW，其中#1～#4機組為濕冷、#5～#8機組為空冷機組，煙氣脫硫均采用石灰石－石膏濕法脫硫工藝，一爐一塔。其中#1機組脫硫系統設3層噴淋，漿液循環泵配置情況如下：

#1泵流量9800m3/h ，電機功率1120kw

#2泵流量9800m3/h ，電機功率1000kw

#1泵流量6500m3/h ，電機功率560kw

該系統原設計含硫量為0.75%，配有增壓風機和旁路擋板，無GGH，為提高脫硫設施可靠性以滿足火電廠大氣污染物排放新標準（2011）的要求，同時為了適應煤質的變化，在2013年對脫硫系統進行了增容改造，包括：

（1）   取消增壓風機，拆除旁路擋板；

（2）   吸收塔內加裝第二代高效低阻的旋匯耦合裝置；

（3）   漿液噴淋系統噴嘴進行調整及更換，保證噴淋系統的均勻性；

（4）   為了應對入爐煤硫含量較高保證漿池反應所需耗氧量，新增1路氧化風管路；

2014年年底考慮到超低排放，又將原有的除霧器更換為新型的管束式除塵除霧裝置。改造后由華北電科院進行了性能試驗，數據表明入口SO2在2100mg/Nm3時，開啟兩臺泵能夠保證出口SO2為50 mg/Nm3，三臺泵運行時，排放能小于35mg/Nm3；入口塵在30.2 mg/Nm3

時，出口塵為3.25 mg/Nm3。為了應對將來更高硫的運行工況，準備通過增加一層噴淋層實現脫硫的超凈排放。

 4 SPC-3D技術在1000MW機組上的運用

 四川某發電廠一期工程建設2×1050MW超超臨界燃煤發電機組， 同步配套建設2套石灰石—石膏濕法煙氣脫硫裝置及公用系統。新建工程在設計時脫硫系統按鍋爐校核煤種（含硫量0.8%，脫硫裝置入口SO2濃度為1894mg/Nm3）作為脫硫設計煤種進行設計，設計脫硫效率≥96%，SO2排放濃度≤76mg/Nm3。實施過程中考慮燃煤含硫量的變化，脫硫系統又按含硫量為1.2%（脫硫裝置入口SO2濃度為2833mg/Nm3）進行擴容設計，設計脫硫效率≥96.5%，SO2排放濃度≤100mg/Nm3。最終考慮到超低排放，本期工程在鍋爐校核煤種含硫量為0.53%（脫硫裝置入口SO2濃度為1170mg/Nm3）對脫硫系統進行提效改造，滿足SO2排放≤35mg/Nm3，粉塵排放≤5 mg/Nm3的要求，脫硫裝置效率≥97.1%。設計條件如表3所示。

表3   超低排放改造吸收塔入口設計基礎數據（單臺爐、BMCR工況）

 原有的煙氣系統、SO2吸收系統、漿液制備系統、石膏脫水系統、工藝水系統、排空系統以及廢水處理系統完全滿足提效后系統出力要求，不需改造，僅對原吸收塔內部湍流器及除霧器進行改造，原除霧器沖洗水量及沖洗水泵參數不變。改造范圍如下：

（1）將一代湍流器換成二代湍流器，提高脫硫效率。

（1）吸收塔除霧器改造，取消原吸收塔內的三級除霧器（2層屋脊式+1級管式），改造為管束式除塵裝置及相應的沖洗水系統。

 經過改造后，1#機組已于2015年2月完成168h運行并開始商業化運行， 168h期間（2015年2月3日到2月9日）現場運行數據顯示，滿負荷下，SO2進口濃度在771~1023mg/Nm3時，SO2出口為2.3~19.0mg/Nm3；入口粉塵濃度為11.7~21.2mg/Nm3時，出口粉塵濃度為1.8~4.2mg/Nm3。完全達到了設計要求和污染物的超低排放。

 5 結論

 上述應用案列表明單塔一體化技術（SPC-3D技術）完全可以在一個吸收塔內脫硫除塵除霧，實現污染物的超低排放，SO2達到35mg/Nm3以下，粉塵達到5mg/Nm3以下 。SPC-3D技術系統電耗要比同類技術低20%-30%，有效降低了運行成本。同等排放指標要求下，比常規技術投資低40%左右，減少了企業的投資壓力。另外系統改造簡便，在一個塔內完成，沒有附加裝置，且不增加動設備和用電設備，便于運行人員的實際操作，20~40天即可完成整個工程改造。

SPC-3D技術具有單塔高效、能耗低、適應性強、工期短、不額外增加場地、操作簡便等特點，為現役機組提效改造及新建機組實現超低排放和深度凈化提供了創新性的一體化解決方案。

參考文獻

[1] 火電廠大氣污染物排放標準（GB13223-2011）,環境保護部、國家質量監督檢驗檢疫總局發布。

[2] 建設項目竣工環境保護驗收監測報告，大同環境監測站，同環監字（2014）第37號。

[3] #3機組脫硫改造后性能試驗報告，華北電力科學研究院有限責任公司，GL/環保-328-2014。

[4] #3機組廢氣污染源現狀監測，山西省環境監測中心，晉環監字【2014】第059號。

編輯：張偉