摘要：石膏法脫硫技術(shù)是目前應(yīng)用最廣的煙氣脫硫（FGD）技術(shù)，石膏法單塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)是在傳統(tǒng)的石膏法單塔單循環(huán)脫硫技術(shù)的基礎(chǔ)上逐步進(jìn)行改進(jìn)，克服了其效率低，能耗高的缺點(diǎn)，并降低了尾氣中SO?含量，滿足了最新的排放標(biāo)準(zhǔn)。本文對(duì)單塔雙循環(huán)技術(shù)的脫硫機(jī)理、發(fā)展進(jìn)程及研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，同時(shí)對(duì)石膏法單塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：石膏法；單塔雙循環(huán)；煙氣脫硫；發(fā)展進(jìn)程

1石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝

1.1石灰石-石膏濕法脫硫原理

石灰石-石膏濕法脫硫工藝的工作原理是：由于吸收塔內(nèi)吸收劑漿液通過(guò)循環(huán)泵反復(fù)循環(huán)與煙氣接觸，吸收劑利用率很高，鈣硫比較低，脫硫效率大于95%[6]。脫硫過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下:

1．SO?+H?O→H2SO?（吸收）

2．CaCO?+H2SO?→CaSO?+CO?↑+H?O（中和）

CaSO?+H2SO?→Ca(HSO?)2（中和）

3．Ca(HSO?)2+1/2O?→CaSO?+H2SO?（氧化）

4．CaSO?+1/2H?O→CaSO?˙1/2H?O（結(jié)晶）

5．CaSO?+2H?O→CaSO?˙2H?O（結(jié)晶）

1.2典型石灰石-石膏濕法單塔單循環(huán)煙氣脫硫工藝流程簡(jiǎn)介

較為簡(jiǎn)單的典型石灰石-石膏單塔單循環(huán)脫硫技術(shù)是將石灰石制成漿液作為吸收劑由泵送至吸收塔內(nèi)，在塔內(nèi)與煙氣及從塔下部鼓入的空氣充分接觸混合，煙氣中的SO?、空氣中的O?與漿液中的CaCO?進(jìn)行氧化反應(yīng)生成CaSO?，CaSO?達(dá)到飽和后，結(jié)晶形成石膏漿液。經(jīng)吸收塔排出的石膏漿液經(jīng)濃縮、脫水，使其含水量小于10%，然后送至石膏貯倉(cāng)堆放；脫硫后的尾氣經(jīng)過(guò)除霧器除去霧滴后經(jīng)煙囪排入大氣，其流程如圖1。

1.3典型石灰石-石膏濕法單塔雙循環(huán)煙氣脫硫工藝流程簡(jiǎn)介

目前，為了達(dá)到更高效的脫硫目的，傳統(tǒng)的單塔單循環(huán)技術(shù)通過(guò)增加噴淋層數(shù)來(lái)提高效率，從而不斷增加吸收塔的高度，這種方法的經(jīng)濟(jì)性較差。雙塔串聯(lián)技術(shù)的效率較傳統(tǒng)方法也有所提高，但是設(shè)備投資大，其應(yīng)用同樣受到限制。為了解決技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的雙重問(wèn)題，開發(fā)了單塔雙循環(huán)技術(shù)。單塔雙循環(huán)脫硫工藝系統(tǒng)主要包括：煙氣系統(tǒng)、吸收塔、石灰石漿液制備系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)等。與單塔單循環(huán)工藝和雙塔串聯(lián)工藝比較，除吸收塔有明顯區(qū)別外，其他系統(tǒng)基本相同。吸收塔是整個(gè)脫硫裝置的核心，如圖2所示。

該技術(shù)相當(dāng)于煙氣通過(guò)了兩次獨(dú)立的SO?脫除過(guò)程，煙氣自吸收塔下方進(jìn)入，首先與下循環(huán)噴淋裝置噴出的漿液逆向接觸，后經(jīng)冷卻、洗滌脫除部分的SO?，再通過(guò)集液斗的導(dǎo)流葉片進(jìn)入上循環(huán)區(qū)，煙氣在這里與上循環(huán)噴淋裝置噴出的液漿逆向接觸，后經(jīng)洗滌脫除剩余的SO?。脫硫后的清潔煙氣經(jīng)過(guò)除霧器除去霧滴后，由吸收塔上方排入煙囪，脫硫步驟結(jié)束，SO?幾乎被除盡。

集液斗將脫硫區(qū)分為上、下個(gè)兩循環(huán)回路。下循回路由漿液池、一級(jí)循環(huán)泵、一級(jí)噴淋層等組成；上循環(huán)回路由集液斗、吸收區(qū)加料槽、二級(jí)循環(huán)泵、上噴淋層組成。兩級(jí)循環(huán)分別設(shè)有獨(dú)立的循環(huán)漿池，噴淋層，根據(jù)不同的功能，每級(jí)循環(huán)具有不同的運(yùn)行參數(shù)。

脫硫一級(jí)循環(huán)，此級(jí)循環(huán)的脫硫效率一般在30-70%，循環(huán)漿液PH控制在4.6-5.3，漿液停留時(shí)間在4分鐘左右，此級(jí)循環(huán)的主要功能是保證優(yōu)異的亞硫酸鈣的氧化效果，和充足的石膏結(jié)晶時(shí)間，根據(jù)資料顯示，在酸性環(huán)境下PH=4.5時(shí)，氧化效率是最高的。特別是對(duì)于高硫煤，在此酸度下，氧化空氣系數(shù)可以大大降低，從而大幅降低氧化風(fēng)機(jī)的電耗，同時(shí)還可以大大提高石膏品質(zhì)。

經(jīng)過(guò)一級(jí)循環(huán)的煙氣直接進(jìn)入二級(jí)循環(huán)，此級(jí)循環(huán)實(shí)現(xiàn)主要的脫硫洗滌過(guò)程，由于不用考慮氧化結(jié)晶的問(wèn)題，所以PH值可以控制在非常高的水平，達(dá)到5.8-6.4，這樣可以大大降低循環(huán)漿液量，一般循環(huán)漿液量可降低20%左右。

2石膏法單塔雙循環(huán)煙氣脫硫工藝的研究現(xiàn)狀

為了解決和滿足新形勢(shì)下脫硫工藝的需求，國(guó)內(nèi)外各大脫硫公司都在積極引進(jìn)和研發(fā)單塔雙循環(huán)脫硫工藝。

德國(guó)諾爾公司開發(fā)了第一代單塔雙循環(huán)脫硫塔，其設(shè)備占地面積小，經(jīng)濟(jì)性高，主要適用于含硫量較高的煤種，其脫硫效率達(dá)到97%以上，并對(duì)含SO?濃度范圍較大的煙氣有良好的適應(yīng)性，由于其在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛的關(guān)注。

國(guó)電龍?jiān)匆M(jìn)德國(guó)諾爾的單塔雙循環(huán)技術(shù)，并將此技術(shù)第一次運(yùn)用在國(guó)內(nèi)項(xiàng)目廣州恒運(yùn)熱力電廠有限責(zé)任公司[7]上，此項(xiàng)目是在原有脫硫塔的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)采用石膏法單塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)的設(shè)備。該工程在168h試運(yùn)行期間，脫硫塔入口SO?的質(zhì)量濃度在1800~4200mg/m3，塔出口SO?濃度穩(wěn)定在50mg/m3以下，并取得了一定的降耗增效的效果。此項(xiàng)目在75%和

100%負(fù)荷（煙氣流量）的情況下對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行了全套煙氣脫硫裝置的性能測(cè)試，脫硫效果達(dá)到99.3%，對(duì)脫硫市場(chǎng)起到了一定的示范作用。

杭州理想科技有限公司[8]在傳統(tǒng)的單塔雙循環(huán)裝置上進(jìn)行了改造，在原有的設(shè)備基礎(chǔ)上設(shè)置了地溝和沉定池，上循環(huán)系統(tǒng)和下循環(huán)系統(tǒng)分別于各自的地溝和沉淀池相連形成回路，每個(gè)循環(huán)里的有單獨(dú)的循環(huán)水路結(jié)構(gòu)，這種改造保證了脫硫裝置不結(jié)灰不結(jié)垢，延長(zhǎng)了單塔雙循環(huán)系統(tǒng)的使用壽命，可達(dá)20~30年。

江蘇峰業(yè)科技環(huán)保集團(tuán)股份有限公司[9]，在原有的單塔雙循環(huán)工藝的基礎(chǔ)上多脫硫塔由下至上依次對(duì)一級(jí)噴淋系統(tǒng)、雙循環(huán)隔板、二級(jí)噴淋系統(tǒng)和脫硫塔塔出口進(jìn)行了可調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)的改進(jìn)，在不同位置設(shè)置雙回路環(huán)隔板，使設(shè)備可根據(jù)不同的脫硫條件及要求進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。這種設(shè)計(jì)不僅使脫硫煙氣滿足了電廠煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)的要求同時(shí)，解決了無(wú)法根據(jù)煤種的變化而改變吸收塔脫硫運(yùn)行方式使系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行的問(wèn)題，還降低了運(yùn)行成本，此改造還實(shí)現(xiàn)了吸收塔體系內(nèi)煙氣均勻分布，避免了壁流效應(yīng)帶來(lái)的煙氣逃逸引起的脫硫效率下降。

浙江大學(xué)的高翔[10]等人，對(duì)石膏法單塔雙循環(huán)工藝設(shè)備中的漿液池進(jìn)行了改造，設(shè)計(jì)了一種高效的單塔雙循環(huán)系統(tǒng)及方法，在循環(huán)系統(tǒng)中，石灰石漿液分別儲(chǔ)存在塔內(nèi)的主漿液池和塔外的副漿液池中，兩個(gè)漿液池通過(guò)管道進(jìn)行連接，形成多區(qū)pH控制雙循環(huán)系統(tǒng)，由于對(duì)兩個(gè)漿液池中的pH進(jìn)行分區(qū)控制，不同噴淋層漿液分別由兩個(gè)漿液池提供，高pH值漿液有利于SO?的吸收，實(shí)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)的脫硫效率在99%以上，低pH值有利于亞硫酸鹽的氧化和石膏的結(jié)晶，提高了石膏脫水率和石膏純度。這種設(shè)計(jì)通過(guò)多區(qū)pH控制提高了脫硫效率。

廣州恒運(yùn)企業(yè)集團(tuán)的王國(guó)強(qiáng)[11]等人單塔雙循環(huán)的集液斗部分進(jìn)行了改造，在原有的積液斗設(shè)備上設(shè)計(jì)了導(dǎo)流板，并將其應(yīng)用在300MW燃煤鍋爐中，并在運(yùn)行中對(duì)單塔雙循環(huán)回路中的pH值、漿液密度等重要參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，使得塔內(nèi)氣體經(jīng)集液斗整流后，氣流分布均勻，氣液接觸良好，減少了單循環(huán)中常遇到的死角，提高了塔內(nèi)空間的利用率]。

重慶市中電投遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司的聶華[12]等人，將脫硫塔的上部分割為順流塔和逆流塔，順流塔上設(shè)置煙氣入口，逆流塔上設(shè)置煙氣出口，漿液池位于順、逆流塔下方，漿池上方為順、逆流塔的煙氣通道，以此實(shí)現(xiàn)在一個(gè)脫硫塔內(nèi)形成相對(duì)獨(dú)立的雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)，這種設(shè)計(jì)不僅保證了較高的脫硫效率（99%以上），還降低了循環(huán)漿液的用量和系統(tǒng)的能耗，并且降低了脫硫塔的高度，簡(jiǎn)化了雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

四川的電氣集團(tuán)某公司的楊志忠[13]等人，開發(fā)了一種順逆流雙循環(huán)裝置，不同于傳統(tǒng)的單塔雙循環(huán)裝置，吸收塔的下部被漿液隔板分隔成兩個(gè)獨(dú)立的循環(huán)池，設(shè)各有獨(dú)立的噴淋系統(tǒng)；吸收塔的上部被煙氣隔板分割成兩個(gè)獨(dú)立的煙道。煙氣經(jīng)過(guò)串連的氣路通過(guò)循環(huán)池。在脫硫過(guò)程中，控制兩級(jí)循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)pH值，提高了兩級(jí)煙氣SO?的吸收率和兩級(jí)脫硫副產(chǎn)物的氧化、結(jié)晶速率。這種設(shè)計(jì)提高了石膏法單塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)的脫硫效率。

山東大學(xué)的董勇[14]等人對(duì)雙塔單循環(huán)中的集液斗進(jìn)行了改造，在原有的基礎(chǔ)上添加了葉柵結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)分為一級(jí)葉柵和二級(jí)葉柵，兩級(jí)葉柵交錯(cuò)布置形成俯視為環(huán)形的結(jié)構(gòu)，葉柵結(jié)構(gòu)的根部與集液斗相連，集液斗通過(guò)漿液回流管與脫硫塔外漿池相通。此設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，阻力損失小，氣液流場(chǎng)分布均勻，接觸效果好，強(qiáng)化了煙氣和漿液之間的氣液傳質(zhì)能力，促進(jìn)了SO?的吸收，提高了脫硫效率。此外，這種裝置可使集液裝置整體高度降低，上循環(huán)噴淋層安裝位置降低，進(jìn)而漿液循環(huán)泵的給水壓頭降低，系統(tǒng)設(shè)備投入減小，經(jīng)濟(jì)性提高。

3總結(jié)與展望

總體來(lái)說(shuō)，石膏法單塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)是一種適用于不同煤種的煙氣脫硫、脫硫效率高、設(shè)備占地面積小、副產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的高性價(jià)比方法，它克服了單塔單循環(huán)技術(shù)因液氣比較高、漿池容積大，氧化風(fēng)機(jī)壓頭高的缺點(diǎn)。也克服了雙塔串聯(lián)工藝因設(shè)備占地面積大、系統(tǒng)阻力大和投資高的缺點(diǎn)，在雙塔串聯(lián)工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，在降低了設(shè)備成本及占地空間的前提下，保證了脫硫質(zhì)量，提高了脫硫效率。將石膏法單塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)應(yīng)用于2000MW及以上的對(duì)SO?排放要求較高的燃煤發(fā)電廠或其他含硫尾氣的脫硫項(xiàng)目中，尤其是脫硫增效改造項(xiàng)目，可以在低經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提下同時(shí)滿足環(huán)保要求，實(shí)現(xiàn)綠色產(chǎn)業(yè)要求，有較高的應(yīng)用前景。

編輯：李晨