双塔双循环脱硫技术在执行污染物超低排放火电机组中的应用

第20期等：双塔双循环脱硫技术在执行污染物超低排放火电机组中的应用薛方明，

·147·

双塔双循环脱硫技术在执行污染物超低排放火电机组中的应用

1

薛方明，邵

媛

2

（1．中国华电集团科学技术研究总院，北京100160；2．华电国际技术服务中心，山东济南250013）

摘要：目前，为响应国家环保政策，越来越多的火电机组需要达到超低排放标准，而燃煤含硫量一直居高不下，因此需要对这部分火电机组进行脱硫系统增容改造。本文介绍了一种适用于超低排放改造的脱硫技术－双塔双循环技术，并对其原理、改造内容、脱硫效率稳技术特点进行了简要介绍。该技术在山东区域某机组进行实施，实现了在脱硫入口SO 2浓度6500mg /Nm3的情况下，取得了良好的预期效果。定在99．5% 99．7%，脱硫出口SO 2浓度不超过35mg /Nm3，关键词：火电机组；双塔双循环；超低排放；脱硫增容改造中图分类号：X701

文献标识码：A

文章编号：1008－021X （2015）20－0147－04

Application of Twin Towers Double Circulation Desulfurization Technology in

Thermal Power Units with the Implementation of Ultra －low Pollutant Emission

Xue Fangming 1，Shao Yuan 2

（1．China Huadian Science And Technology Institute ，Beijing 100160，China ；

2．Huadianguoji Technology Service Center ，Jinan 250013，China ；）

Abstract ：To satisfy the requirements of national environmental policy ，desulfurization system capacity transformation is employed in more and more thermal power units to achieve ultra －low emission standards due to the high sulfur content of coal combustion．The desulfurization technology applicable to ultra －low emission transformation －the twin －tower and dual －cycle technology was investigated in this study ，and its principles ，transformation content ，and technical characteristics were briefly introduced．This technology has been implemented in a thermal power unit in shandong province．If the inlet sulfur dioxide concentration is 6500mg /Nm3，the sulfur dioxide concentration at the outlet will not exceed 35mg /Nm3，and the desulfurization efficiency will be stable at 99．5% 99．7%．

Key words ：thermal power unit ；the twin －tower and dual －cycle ；ultra －low pollutant emission ；desulfurization system capacity transformation

目前国家环保政策密集出台，根据国家发改委、环保部《煤电节能减排升级以及国家能源局下发的2014－2020年

与改造行动计划》通知要求：到2020年，东部地区现役30万

千瓦及以上燃煤发电机组，环保升级改造后SO 2、氮氧化物、50、10mg /m（即“污染物超烟尘排放浓度应分别不高于35、

）；地方标准如浙江省颁布的2013－2017年《浙江省低排放”

大气污染防治行动计划》中也对所有新建、在建火电机组提出明确要求：2017年底前，必须采用烟气清洁排放技术，尤其是现役60万千瓦及以上火电机组基本达到超低排放标准；陕西省也于近日下发了通知要求各电力公司开展超低排放试点，并将逐步推广；神华国华公司要求系统内火电机组2015年底前全部实现" 近零排放" 的目标，达到燃气轮机排放限值要求；还有北京、天津等地通过大幅提高排污费收费标准等经济政策督促燃煤机组低于排放标准或实现超低排放。超低排放对SO 2的要求远小于现行标准（GB13223－2011《火电厂大气污染物排放标准》中要求现有锅炉SO 2浓

3

度小于等于200mg /m），因此必须通过对环保设施升级改造

3

来实现。

1脱硫系统超低排放改造

1．1改造路线

为实现超低排放标准，主要有两种改造方式：单塔增效改造和增设新塔改造。1．1．1

单塔改造

对单塔改造主要有两种方式：（1）抬高塔身，对单塔增加

［1］

喷淋层，提高浆液循环量，增加喷淋密度；（2）在喷淋层下

［2］方布置多孔合金托盘，提高传质效率。但是由于单塔脱硫效率一般最高不超过97%，考虑到一定的裕度，该改造适用

于设计煤种为特低硫煤（Sar ≤0．5%）的机组改造。1．1．2

增设新塔

增设新塔主要有两种方式：（1）新建一个并联塔，通过烟气分流，减少进入原有吸收塔的烟气量，这种方式不改变脱硫效率；（2）在原塔前面或后面串联吸收塔，实现浆液在一级塔和二级塔之间循环利用，即双塔双循环脱硫技术。双塔双循环中一级塔作为预洗涤塔，用以初步降低烟气中的SO 2浓

收稿日期：2015－08－18

作者简介：薛方明（1985—），从事电厂污染物控制相关工作。博士研究生，

二级塔作为主吸收塔用来吸收烟气中剩余的度并生成石膏，

SO 2。一般来说，当设计煤种为中、低硫煤（Sar 为1% 2%）时，主吸收塔的设计脱硫效率较高，为95%－96%，只要保证主吸收塔出口浓度不超标，预洗涤塔设计脱硫效率可以保持在较低水平

［3］

3%）时，两塔设计脱硫效率均需大于90%才可以保证出口

浓度稳定达标，当设计煤种为高硫煤（Sar 大于等于3%）时，机组不适于超低排放改造。由于串联吸收塔效率高，运行稳定，目前已经成为超低排放改造机组的首选工艺。双塔双循环系统工艺流程见图1

。

。但当设计煤种为中、高硫煤（Sar 为2%

双塔双循环系统工艺流程图以正常运行，仅改造末期需要锅炉停炉20天左右进行烟道1．2双塔双循环改造内容

接入工作；若原吸收塔后有双塔双循环改造工程主要受场地限制，

（3）能实现较高的SO 2脱除率，目前单个吸收塔较经济空余的场地，可以在原吸收塔后建设新塔，若原吸收塔后没

和安全的持续效率约为97%左右，而双塔脱硫效率可高达有位置，则需要拆除增压风机建设新塔，新建吸收塔基本与原塔设计一致。当新建吸收塔为一级塔时，为防止烟气携带

大量石膏沉积在一级塔和二级塔之间的烟道内，也应在塔上部设置一级或二级除雾器。在脱硫系统改造时应根据需要同时进行以下相关设备的改造：

（1）公用系统改造：由于增设一台吸收塔，需要石灰石量、工艺水量、氧化空气量，产生的石膏量和废水量均增加，因此相应的配套系统需要进行改造扩容。

（2）风机改造：增加一座吸收塔导致脱硫系统的阻力也相应增加，因此需要对增压风机或引风机进行扩容改造，脱硫改造时若有除尘、脱硝改造计划，应提前兼顾，核算增加的总阻力，目前由于脱硫烟道旁路封堵，脱硫和主机串联，一台增压风机增加了系统的风险，而且往往串联改造时场地不够，目前采用的方式是取消增压风机，空出场地，并且对两台

［4］

引风机进行增容改造。

（3）取消GGH 和烟囱防腐改造：通过调研，目前GGH 漏风率均较高，为1% 2%，对净烟气污染较严重，导致无法满足达标排放要求，因此建议在改造时一并拆除GGH ，并对烟囱进行相应防腐工作。

99%以上，可以满足燃用中、高硫煤的机组长期稳定达标排放；

（4）双循环技术可以采用双pH 值控制，一级塔低pH 值保证了石膏浆液的充分氧化结晶，二级塔高pH 值有利于吸收反应

［5］

图1

，而这些在常规的单塔工艺中是难以实现的。

2双塔双循环技术在火电机组的应用

根据山东以位于山东省某电厂330MW 机组改造为例，

省火电厂大气污染物排放标准（DB37/664－2013）要求，该机组自2013年9月1日起，执行SO 2排放浓度限值≤200mg /Nm3，自2017年1月1日起，执行SO 2排放浓度限值

3

≤100mg /Nm。该机组已经满足2013年山东省新的排放标准，但不满足2017年标准，原计划对环保设施进行污染物排

放浓度小于100mg /Nm的提效改造，但2014年3月份该机组被列为山东省大气污染物超低排放试点工程，遂直接对该机组进行超低排放改造，改造完后SO 2排放浓度小于35mg /Nm 3。

3

2．1原脱硫系统配置情况及改造目标

1．3双塔串联改造技术优点

采用石灰石－石膏湿原脱硫装置与主机同步开工建设，法脱硫工艺，单塔单循环，四层喷淋，两级除雾器，带GGH ，脱硫旁路已改造停用200mg /Nm3。

随着煤炭市场供应的不确定性增加，结合目前实际燃用煤种、并考虑到含硫量可能出现的变化，本次设计煤种收到

［6］

（1）如果采用增加喷淋层或托盘的方案提高脱硫效率，

必然会对主吸收塔结构进行改动，同时还需增加浆池容积，这种改动费时费材料，而双塔改造几乎能利旧原吸收塔所有设备；

（2）锅炉停炉时间较短：改造期间锅炉及原脱硫系统可

。烟气设计进口SO 2浓度4860mg /

Nm 3，FGD 脱硫效率≥95%（设计煤种），出口SO 2浓度≤

基含硫量Sar 按2．5%考虑。改造后要求：一级吸收塔设计3

SO 2排放浓度不大于35mg /进口SO 2浓度6500mg /Nm时，Nm 3。

收塔设置3层喷淋层，塔顶设置一级除雾器，设置2台石膏

强制循环泵将浆液送至原吸收塔，不专门设置石膏排出泵脱水。二级吸收塔新增3台除雾器冲洗水泵和2台氧化风机。原石膏脱水系统、工艺水系统、压缩空气系统裕量较大，可以利旧。现有的吸收剂制备系统增加一套制浆系统。拆除增压风机，进行引增合一改造，新增吸收塔及烟道阻力由改造后引风机克服。

本次改造取消GGH ，因为如果保留GGH ，需要至少考虑

3

1%的漏风率，脱硫系统将无法满足35mg /m排放要求，同时取消GGH 后对烟囱进行有效防腐。

该技术在二级塔施工时原脱硫系统仍可正常运行。建好二级塔后，再停锅炉主机，进行两塔之间的串联烟道施工，减少机组的停运时间。

2．2脱硫改造方案

单个吸收塔较经济和稳定的脱硫效率最高约为97%左

3

右，当入口烟气SO 2浓度超过6500mg /Nm，单塔脱硫要保证

3

出口SO 2浓度低于100mg /Nm非常不经济而且稳定性不3

好，单塔脱硫出口SO 2排放浓度低于35mg /Nm基本不可能。综合考虑建设工期尽量不影响现有机组运行、脱硫效率

要求高、对来煤含硫量的变化有较强的适应性、充分利用现有设备、降低工程造价等因素，采用双塔双循环脱硫方式，增设一座二级吸收塔，两塔串联布置。二级塔入口SO 2浓度按600mg /Nm3设计，SO 2最终排放浓度控制到考虑叠加系数，

3

不超过35mg /Nm。改造后整体脱硫效率达到99．46%以上。

原吸收塔作为一级吸收塔，原吸收塔塔体、浆池、浆液循

2．3改造后达标情况

应用双塔双循环改造后环保验收数据见表1。

环泵、搅拌器、除雾器、石膏排出泵等保持不变。新增二级吸

表1应用双塔双循环改造后环保验收数据

时间2日3日4日5日6日7日

1#塔进口SO 2浓度/（mg /m3）

[***********]386579

1#塔出口SO 2浓度/（mg /m3）

[***********]

一级塔脱硫效率/%91．0390．7991．1590．6790．2991．12

2#塔出口SO 2浓度/（mg /m3）

[1**********]1

二级塔脱硫效率/%94．8595．5196．3495．6496．0094．69

总脱硫效率/%99．5499．5999．6899．5999．6199．53

该机组脱硫系统经双塔串联增容改造后，由表1可见，

串联吸收塔在一级吸收塔脱硫效率90%的基础上，通过二级SO 2不吸收塔可将脱硫效率提高至稳定的99．5% 99．7%，

3超过35mg /Nm，达到预期改造效果。

膏，二级塔浆液通过强制循环泵将部分浆液打入一级塔的方

式，使浆液在两塔之间循环，浆液中含有未反应完全的石灰石，可以在一级塔中被再次利用，这样既可以提高石灰石利

［8］

用率，又可以有效控制两塔液位平衡。也有设计是在两塔之间加一个旋流器，当二级塔液位高时，可以将浆液打入旋流器，溢流进入一级塔，底流返回二级塔，以此来控制二级塔液位。在设计上要注意两个塔之间连接烟道的角度，必须保证烟道积浆能够全部流入二级塔。

3双塔双循环运行中的关键技术问题3．1两个塔浆液pH 控制问题

在双塔双循环技术中，一级塔主要作用是产生石膏，以及脱除一部分SO 2以降低后继吸收塔负荷。根据资料显示，

［7］

在pH 值=4．5时的酸性条件下，石膏的氧化效率最高，因此一级塔浆液需要保持较低pH ，以利于石膏氧化结晶，考虑

3．3塔内脱硫效率控制问题

到一级塔也肩负一部分SO 2吸收任务，因此一级塔pH 值控制在5．2 5．4为宜。

SO 2含量减少，烟气经过一级塔后，因此二级塔只能产

生少量石膏，其主要作用是吸收剩余的SO 2保证出口浓度达标，而高pH 利于SO 2反应，因此二级塔不需考虑石膏氧化效率，可以控制pH 在较高水平。考虑到烟气反应时间和石灰pH 值宜控制在5．8 6．2，石供应量，这样可以大大降低浆液循环量。

脱硫效率的问题可以转一级塔和二级塔pH 确定之后，

化为浆液循环泵的运行方式问题。为有效控制两个吸收塔脱硫效率，需在两塔之间增设SO 2和O 2浓度测点，入口二氧化硫浓度不同时，双塔需要控制的脱硫效率也不同。一般入口SO 2浓度越高，一级塔控制的脱硫效率就越低，二级塔控制的脱硫效率就越高

［9］

。可以通过现场试验摸索出串联吸

收塔在不同机组负荷、不同入口SO 2浓度条件下，在确保脱硫出口SO 2浓度达标排放的前提下，一级塔和二级塔浆液循环泵组合试验，来确定满足标准排放的一级塔和二级塔浆液循环泵经济运行方式。

3．2塔内液位控制问题

由于高温烟气先进入一级吸收塔，经过一级塔洗涤后烟温降至约50ħ ，再进入二级吸收塔，因此一级塔内水分蒸发量远大于二级塔。一级塔内补水主要是除雾器冲洗水和工艺水补水，由于二级塔一般设置3台循环泵，高度较一级塔低，液位控制低，而且塔内蒸发量较小，因此二级塔内补水主要靠除雾器冲洗水和一级吸收塔溢流回水。而且，由于进入二级塔的SO 2浓度已经很低，所以二级塔对石灰石利用率较低，钙硫比过高。为解决此问题，在设计上采用一级塔排石

4双塔串联改造费用及效益分析

在已达到基准排放标准的基对于2ˑ 330MW 现役机组，

础上改造，需增加静态投资约8265万元，增加发电成本1．05分/kW．h 。脱硫增容改造后，以串联脱硫塔入口SO 2浓度为

36500mg /Nm3，一级吸收塔出口按SO 2浓度600mg /Nm，二级3

塔出口SO 2浓度35mg /Nm计算，双塔脱硫效率可达到99．462%。按锅炉每年5500h 满负荷运行计算，脱硫增容改造

SO 2每年减排1338．7t ，后SO 2每小时减排243．4kg ，每年节

·150·

山东化工

SHANDONG CHEMICAL INDUSTＲY

［5］李

骏，沈

2015年第44卷

约排污费1338700kg /0．95ˑ 1．2元/kg=152．6万元。污染

物排放浓度大为降低，空气质量提高，减少了对人体及整个生态的危害。环保设施效率稳定、提高，是对国家环保政策的积极响应，同时也大大提高了企业形象。

等．烟气脱硫吸收塔pH 值控制凯，周长城，

J ］．环境科学与技术，2012，35（4）：43－策略优化研究［

46．

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－15．

媛．双塔双循环脱硫技

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（本文文献格式：薛方明，徐劲松，邵

5小结

从已经投运的机组来看，双塔双循环改造具有非常高的

脱硫效率，能够有效降低火电厂出口SO 2浓度，并且运行方式较简单，设备可靠性高，是实现超低排放的有效途径。

参考文献

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裴峻渊．大型火电机组脱硫增容技术改勇，王志东，

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檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱

（上接第139页）

选修日常生活中的精细化学品的学生，来自不同系院的不同专业。在备课的过程中，对学生的了解不够全面，没有很好的掌握所有学生的知识水平。在上课过程中，对学生的要求有时不够严格，导致个别学生在学习过程中不认真，玩手机和说话的事情时有发生。2．1．4

考核方式不够多样

总体来说，公选课的考核方法比较单一，难度不高，及格相对专业课比较容易。日常生活中的精细化学品期末考核采用平时成绩和撰写课程论文相结合的考核方式。平时成

［4］

绩占成绩的40%；课程论文占总成绩的60%。由于固定的考核方式，使得部分学生认为考试很简单，很容易通过，导致部分学生上课不认真。

学内容，从而充分激发学生的学习兴趣，提高学生学习的积

极性和主动性。

3．2探索教学方法

公选课不同于专业课，灵活多样的教学方法能够有效的激发学生的学习兴趣，提高教学质量。根据日常生活中的精细化学品教学内容贴近日常生活的特点，可以在教学过程中更多的理论联系实际，采用案例教学法、翻转课堂等教学方法，充分调动学生学习的积极性，激发学生的学习兴趣。

3．3完善考核方式

更加符合学生公选课的考核方式势在必探索更加灵活、

行。对于日常生活中的精细化学品，制定更加严格的评分制度，加大平时成绩的权重，将平时成绩由40%提高到50%，甚至更高，加强过程考核，可以有效的避免学生上课不认真的现象。

2．2

2．2．1

学生方面

学习态度不端正

虽然日常生活中的精细化学品教学内容与日常生活密

4结论

切相关，但部分学生对公选课缺乏足够的重视，学习的积极性和主动性不高，更不用说自主学习能力方面了。日常生活中的精细化学品这门选修课，在选课时，要求限选100人，人数相对较多，导致部分学生上课不认真，走神或玩手机。2．2．2

原有知识水平不一

由于是全校公共选修课，选课的学生来自不同系院的不同专业，原有知识层次不同，水平不一，学生的听课效果远远不如专业课。有些学生非常喜欢这门课，但限于自己有关化学知识的欠缺，导致听课也非常困难，教学效果欠佳。1

提高教学效果的措施

针对日常生活中的精细化学品在开设过程中存在的问题，可以从下面3个方面提高该课程的教学效果。

日常生活中的精细化学品教学内容贴近日常生活，融知识性与趣味性于一体，非常适合作为全校公选课来开设。随着教学内容的不断精选和及时更新，教学方法的不断探索和改进，考核方式的不断完善，该课程的教学效果会得到显著的改善。

参考文献

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J ］．广州化工，2014，42（7）：202－203．实践与改革［（本文文献格式：徐秋红，张海霞．日常生活中的精细化学品

J ］．山东化工，2015，44（20）：139，公选课存在的问题及对策［150．）

3．1更新教学内容

针对学生原有知识水平不一的现状，精选了6大教学模

块：洗涤剂、化妆品、食品添加剂、医用化学品、功能材料及电

［4］

子信息化学品。并根据精细化工的发展，及时补充新的教