在實現燃煤電廠煙氣中的粉塵和SO2超低排放和超超低排放的技術中，單塔協同超凈脫硫除塵技術是一種成功研發、應用并有推廣前景的技術。介紹了上海龍凈環保公司研發和應用推廣的本項技術原理、技術工藝和技術創新以及工程應用。本技術具有自主知識產權和良好的工程應用效果，具有協同、高效、超低和超超低排放凈化效果、經濟、節能、節地、節水、廢水零排放、深度環保和不產生二次污染的技術優點，并可向更新和寬譜的技術方向發展延伸，是實現燃煤煙氣超低和超超低排放的有效利器，具有重要的應用推廣價值。

在“十三五”時期，燃煤電廠開展煙氣的超低脫硫除塵工程建設，成為企業開展清潔生產的必然需求，也是在電力行業實現可持續發展和建設生態文明社會的重要方面。在近年的工程技術發展中，有幾種工藝路線實現了超低排放和協同治理的需求[1-3]，其中，單塔協同超凈脫硫除塵技術取得了矚目的成就，在技術研發、工藝路線、工程應用和治理效果方面走在了前列[3]，成為本領域內的技術主流和發展方向。上海龍凈環保研發和應用推廣的單塔協同超凈脫硫除塵技術，技術先進，節省投資和運行費用，節能節地節水，治理效果優異，成為引領我國大氣環境脫硫除塵領域發展的新標桿。

1技術原理

燃煤電廠的煙氣中含有顆粒物、SO2、NOx和汞等多種污染物，通過協同凈化的單塔脫除，是一種節能、節地和經濟的治理方法。煙氣經過單塔結構的濕式協同超凈塔，主要通過吸收、化學反應和慣性攔截的協同作用脫除多種污染物，實現硫塵汞協同脫除。煙氣中的SO2通過溶于水與鈣基吸收劑反應，并在兩個不同的PH區域實現吸收和氧化，順利氧化使化學平衡持續向右移動，反應持續推進，在優化的流場、噴嘴布置、高覆蓋率等的多重因素下[3-7]，實現了脫硫效率99.7%以上的高效脫硫。在煙氣經過脫硫塔時，煙氣中的粉塵會部分被吸收液洗滌脫除，煙氣中的二價汞也被吸收液吸收脫除一部分。為了進一步脫除煙氣中的粉塵，在傳統的脫硫塔除霧器上方布機械除霧器或濕式電除塵器或者直接改造原除霧器為管式和屋脊式的組合，并在超凈協同塔入口和出口設置新型構件提高效率，采用這幾種方法的一種實現單塔協同，進一步脫除粉塵濃度到5mg/Nm3以下，甚至達到粉塵濃度到1mg/Nm3以下，單塔內實現協同脫硫除塵的超低排放。

2技術工藝與創新

單塔協同超凈脫硫除塵技術主要采用一個高效協同超凈塔為核心設備[3-15]，連接多個輔助設備和管路的工藝，以石灰石/石灰-石膏法（鈣基）脫硫、組合式機械除霧器或濕式電除塵器[10,14,16]進行內（頂）置式單塔協同，作為研發的新技術工藝，實現燃煤火電機組的硫塵超低排放。

2.1技術工藝

在研發和成果轉化及工程應用中，形成了兩種典型的工藝：“203”單塔協同超低脫硫除塵技術工藝和超超低單塔協同脫硫除塵技術工藝，分別如圖1和圖2所示。

203超低技術與超超低技術，主要區別在于第三區是采用組合式高效機械除霧器還是濕式電除塵器，并因此達到不同的脫除效果。在脫硫塔頂部不采用濕式電除塵器的情況下，只采用脫硫塔與高效機械除霧器，能實現超低排放，形成“203”超低脫硫除塵技術；即實現SO2排放濃度≤35mg/Nm3、脫硫效率≥99.5%，粉塵入口含量≤20mg/Nm3，保證出口≤3mg/Nm3。在加裝頂置式濕式電除塵器的情況下，可以形成超超低單塔協同脫硫除塵技術，并且能協同脫除SO3和汞，實現更清潔的煙氣排放。

2.2技術創新

本技術在研發和成果轉化過程中，開展了多項技術創新，取得了多項發明專利授權和科技成果，并在不同的階段和組合中形成了具有自主知識產權的技術。組合集成的脫硫除塵協同超凈塔具有“單塔三區”的技術特色，是在“單塔雙區”高效脫硫技術[3-7]、組合式機械除霧技術、高效垂直流濕式電除塵器技術[10,14,16]、多孔分布板技術、流場均布優化技術[5]、提效環技術[4,13]、高效氧化技術、高效水循環零補水技術[9]和脫硫廢水零排放[11]技術的基礎上集成實現的，具有協同、高效、超低排放、節能、節水、節地、深度環保和不產生二次污染的技術優點。在以上主要創新的基礎上，上海龍凈協同超凈塔技術還向濕法協同脫硫、脫硝、除塵、脫汞的方向[7-8]延伸、干法集成凈化[17-20]和脫硫廢水零排放[11]技術方向延伸，并取得了理論和技術工藝突破。

其中，“單塔雙區”高效脫硫技術、關鍵內構件、組合式機械除霧器技術[21]、垂直流濕式電除塵器技術[10,14,16,22]、流場優化技術和“單塔三區“技術[13-15,22]是本集成技術的關鍵組成部分。

2.2.1單塔雙區技術

單塔雙區技術[3-4,22]是利用研發新型內構件把吸收塔的漿池區分成兩個不同PH值范圍的區域，以在適宜的PH范圍內促進SO2的吸收和亞硫酸及亞硫酸鹽的氧化，如圖3所示。

從圖3可以看出，在不同的PH區的漿液池內還與氧化、反應物外排等功能的裝置構件連接，并且在PH高值區還布置射流管架，實現漿液混合和促進亞硫酸鹽的氧化，提高脫硫效率。本技術的“單塔雙區”模塊具有高效率、低阻、節地和易維護等多種優點，是單塔協同超凈脫硫除塵技術的核心組成部分。

2.2.2關鍵內構件

在脫硫塔內，采用提效環[4,6,13]、高效組合式機械除霧器[21]和多孔分布板結構，提高了煙氣中污染物的脫除效率，并優化了脫硫塔內的流場結構。其中，一種提效環的構件如圖4所示。

在協同超凈塔內，還在塔的煙氣入口處設置了噴霧內構件，組成入口噴霧系統，通過噴霧增加濕度，并利用蒸汽相變技術，促進微細顆粒的凝并長大，提高塔內除塵效率。在塔出口有時也可設置蒸汽相變強化結構[15,21]，提高顆粒物的脫除效率，實現超超低脫硫除塵。在塔內有效設置噴淋層數，加大噴淋覆蓋率，設置實心錐噴嘴或其它適合的噴嘴，合理設置射流攪拌結構，也會提高脫硫除塵效率。

2.2.3組合式機械除霧器

高效除霧（塵）器的設置是實現硫塵協同脫除，塔出口粉塵超低和超超低排放的重要措施。其中，組合式機械除霧器是高效除霧器的一種，可以是兩個或多個屋脊式除霧器組合，兩層管式除霧器組合，屋脊式除霧器與管式除霧器組合，或者旋流式以及離心式除霧器的組合。圖5列出了高效除霧器的示意圖和圖片。

在工程實踐中，可在高效除霧器中采用帶孔鉤型式葉片，變間距設計，非象限布置；設置成圓弧模塊布置，提高覆蓋率；采用變徑噴淋沖洗水管。通過協同脫硫除塵超凈塔內的高效除霧器設置，實現除霧器出口液滴含量≤20mg/Nm3或更低的指標，在不加裝濕式電除塵器的工況下，實現出口粉塵的超低甚至超超低排放。

2.2.4垂直流濕式電除塵技術

經過研發，成功開發了垂直流濕式電除塵器技術[10,14,16,22]，并在后續與高效脫硫塔耦合在一個協同塔內，形成超超低協同脫硫除塵技術。本技術采用板線式、金屬材質、間歇沖洗與連續噴霧、導流阻流耦合、螺栓連接和頂置式等關鍵技術，具有自主知識產權，具有良好的性能。

本技術經過了實驗室小試、模型試驗、工業示范裝置和工業推廣應用的過程，已成功實現了成果轉化和工業應用。本技術的模試平臺如圖2所示。在模型試驗中，在入口粉塵濃度279.5mg/Nm3的工況下，實現了出口粉塵排放濃度小于5mg/Nm3的指標。

經過研究，開發了頂置式濕式電除塵耦合脫硫塔的結構，并設計了方圓節過度；采用了2205高強度雙相不銹鋼合金作為陽極和陰極，如圖7所示。所用的陽極板和陰極線金屬材質導電性能良好，不易變形，收塵與放電性能優良，耐腐蝕，運行壽命長。

研究開發的垂直流濕式電除塵器,具有高通量、強耦合、多區域和超凈化的特點，并可頂置布置在高效脫硫塔頂部，形成超超低凈化效果的協同超凈單一塔。目前，上海龍凈研發的垂直流濕式靜電除塵器已與高效脫硫塔耦合協同運行，在多個項目中應用，實現了燃煤煙氣的超低排放和超超低排放。

2.2.5流場優化技術

超低脫硫除塵協同超凈塔經過內構件的導流、均流和出口設置[4-6,13,21]，實現了流場的均勻和優化，為氣液有效接觸和反應傳質提供了有利的條件，大幅提高了脫硫除塵效率，有效的實現了煙氣凈化的超低和超超低排放。圖8列出了協同超凈塔內的流場經過內構件優化前后的對比效果，分析發現，加裝內構件后的流場明顯得到了優化，流場在塔內主體區更加均勻。圖9列出了超凈協同塔內通過內構件優化后的流場。從圖9可以看出，通過布置內構件和均布、導流裝置，在超凈塔內的煙氣流場得以均勻和優化，為氣液接觸和傳質反應提供了良好的條件。通過模擬，發現一般情況下煙氣頂出時塔內的流場效果好，如果設置為煙氣側出，一般需要設置導流內構件，以優化流場。

對垂直流濕式靜電除塵器，通過CFD數值模擬，得到了濕式電除塵器內優化后的流場，如圖10所示。這反映了通過設置導流和阻流等內構件，使流場均布，提高除塵效率，并利于濕電與脫硫塔的耦合。通過圖10還可以看到，通過在垂直流濕式電除塵器內設置導流板、阻流板和煙氣均布板，減少了漏風率，提高了流場均布效果。

2.2.6單塔三區技術

將組合式機械除霧器或垂直流濕式電除塵器置于脫硫塔上部，開發了單塔三區技術[13-14,22]，實現了對燃煤煙氣的超低凈化或超超低凈化。由于前面已介紹了組合式高效機械除霧器，本節主要介紹頂置式垂直流濕式靜電除塵器與脫硫塔耦合形成的三區協同超凈塔（單塔三區技術）。在研發過程中，開發了圓形截面與矩形截面的兩種濕式靜電除塵器，并在與脫硫塔耦合時呈現出不同的特點和優勢。圓形截面與矩形截面的垂直流濕電頂置在脫硫塔上，所形成的單塔三區技術的協同塔如圖11所示。

圓形截面的垂直流濕電頂置于脫硫塔時，濕電的圓心與脫硫塔的圓心（幾何中心）高度重合，兩者連接之處采用變徑段（擴徑段），在力學和結構上高度對稱；但是，由于內部圓弧和圓內不同的弦處布置收塵集與放電極時考慮安全距離以及收塵性能，這種圓形結構的濕電給內部安裝帶來了一定復雜性，需要宏觀尺度上多種規格的構件拼接。上海龍凈環保在大型燃煤火電機組上率先實現了具有自主知識產權專利產品的頂置式圓形截面垂直流濕電與雙區脫硫塔的耦合，并取得了硫塵超低排放的效果，成為我國電力環保超低排放領域精美的標桿式杰作，反映了上龍領先的創新、高超的技術、精湛的安裝與卓越的協同能力。

矩形截面的垂直流濕式靜電除塵器，可以頂置在脫硫塔上部，也可以與脫硫塔分體布置。為節省占地面積，并實現單一塔內的煙氣協同超超低排放效果，矩形截面的垂直流濕電通過方圓節連接，頂置在雙區脫硫塔頂，并主要以正方形截面的結構布置。正方形截面的濕電雖然在支撐補強和方圓節連接方面增加了局部復雜度，但是卻在內部極配構件的布置時規格統一，易于制作和安裝，在工程中得到了更多的應用。目前，頂置式矩形截面的濕電與雙區脫硫塔耦合的單塔三區超凈塔也已投運，并取得了良好的超超低排放效果。

3工程應用

單塔協同超凈脫硫除塵技術在燃煤電廠得到了較為廣泛的應用，取得了超低排放和超超低排放的效果。目前，上海龍凈環保公司開發的本項技術，實現了在單塔協同凈化中，脫硫效率大于99.76%，出口SO2濃度低于10mg/Nm3，出口粉塵濃度低于2mg/Nm3，引領了單塔協同脫硫除塵超低技術和超超低技術的發展。

圖12列出了上海龍凈開發的單塔協同超凈脫硫除塵技術在燃煤電廠超低排放中的典型應用。表1列出了單塔協同超凈脫硫除塵技術的典型工程應用項目與凈化效果。通過表1

可以看到，本技術在單塔內協同脫硫除塵的效果顯著，成功實現了火電機組和燃煤鍋爐的燃煤煙氣中高效協同脫除SO2和粉塵，實現了燃煤煙氣中污染物的超低排放，甚至超超低排放。本技術已在數十家燃煤火電機組的超低和超超低排放改造的工程中得到應用，并將在更廣的范圍內獲得推廣，為我國燃煤火電行業的清潔化、潔凈煤技術和大氣污染治理做出更多貢獻。

4結論：

單塔協同超凈脫硫除塵技術是實現燃煤煙氣高效脫硫除塵、超低排放和超超低排放的有效技術。本技術通過在“單塔雙區”高效脫硫技術的基礎上，將高效脫硫塔與組合式機械除霧器（高效除霧器）或垂直流濕式電除塵器耦合在一起，并通過設置或優化多種內構件，包括多孔性分布板、高效噴嘴、提效環、導流板，并優化噴淋密度和噴淋層，形成具有自主知識產權的硫塵協同超凈塔技術。本技術由上海龍凈環保公司研究開發，成功實現了成果轉化，并在多個工業項目中得到了應用，效果良好，實現了火電廠燃煤煙氣脫硫除塵的超超低排放和工業燃煤鍋爐煙氣脫硫除塵的超低排放，具有優良的性能和廣闊的應用前景。

編輯：張偉