单塔多区技术促电厂脱硫模式颠覆性变革

燃煤电厂超洁净排放大潮来临，人们将更多的注意力放到了除尘领域的技术升级，而本期本报将目光聚焦到了脱硫领域的最新动向。
超洁净排放目标确立后，很多人并未意识到，脱硫面对的挑战是双倍的———既要保证自身二氧化硫的排放是 “超洁净”的，还要做前端除尘装备的“盟友”，助力烟尘过路后也是“超洁净的”。
作为行业领头羊，在行业摸爬滚打40余年的福建龙净环保股份有限公司（以下简称“龙净”），深切感受到了一个趋势，环保标准已经经历了三级跳，而且这种跳跃并不会就此停止。环保指标越高，对协同控制技术的需求就越迫切。因此，煤电脱硫技术也应沿着“协同、节约、安全”的方向发展。

“节能减排”而非“耗能减排”
11月12日，中美双方就减排工作翻开了历史性的一页。双方当日在北京发布《中美气候变化联合声明》，中国首次正式提出2030年前停止增加二氧化碳排放,等于承诺了二氧化碳排放峰值点。
“中美碳排放协议将进一步推动煤炭消费比重降低，电厂大气治理要求也将再次提高。”专家分析称。
其实，仅在60天之前，国家发展改革委、环保部和能源局就联合印发了《煤电节能减排升级与改造行动计划 （2014~2020年）》，明确要求新建和在役燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到或接近达到燃气轮机机组排放限值。在这份文件中，对燃煤电厂的二氧化硫排放目标定在了35毫克标立方。
相比《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011》中二氧化硫排放浓度50毫克标立方的要求，新目标从数字上看只下降了15毫克标立方，但却意味着脱硫效率将迈入99%以上的区间。
“为实现99%甚至更高的脱硫效率，常规的石灰石-石膏湿法脱硫工艺需要革新。”上海龙净总经理陈泽民如此表示。
革新，意味着必须有破有立，而这也是最考验智慧的。
据了解，一方面，早年间由于我国对脱硫的要求并不太高，电厂采用的湿法脱硫工艺普遍存在脱硫效率不高、石膏氧化困难、塔内结垢严重以及系统难以稳定运行等一系列问题。另一方面，面对超洁净排放目标，业内通常采用的是串联塔或者“塔+塔外反应罐”的准串联塔等技术路线，系统复杂、占地大、投资高、能耗大。
这种依靠设备叠加、增加系统能耗来实现减排目标的技术手法显然不能得到龙净的认同。其一向推崇简约、节省，认为应“节能减排”而非“耗能减排”。
为破题脱硫系统复杂等弊端，单塔双区高效脱硫技术由然走来。龙净自2006年开始研发该技术，依托在全球范围内承接100多项工程、建设吸收塔200多座的业绩，该技术2010年1月工艺定型，至今经过了4年的发展，目前这项技术已经有成熟的运行经验。
所谓单塔双区脱硫，是将原本独立的吸收区和氧化区，也就是“塔+罐”通过增设双区自动调节装置，简化为一个塔。
据了解，早期脱硫装置中吸收区和氧化区是独立的，采用“1塔+1罐”的布置方式。吸收区和氧化区分别有浆液调碱性和调酸性的环节，使吸收区（塔）排出的浆液能够再进入氧化区（罐）反应，最终生成石膏外排。
目前广泛采用的石灰石-石膏湿法脱硫装置则是单塔单区方式，主要特点是将早期的“塔+罐”型式合并为单个塔，将原吸收塔和氧化罐浆液部分合并为塔下部的浆池，并采用石灰石作为吸收剂，用来控制浆液的酸碱度。但单塔单区存在着明显的问题：为兼顾吸收和氧化的效果，浆液pH值只能采用5～5.5的折中值。这种结果虽能一定程度上兼顾酸碱度要求，但均离最佳值较远。从吸收角度而言，脱硫效率受限，更高脱硫效率难以实现；而从氧化角度来看，则是牺牲掉一部分石膏纯度和粒径，易产生石膏纯度低与脱水困难等问题。
龙净的革新之处在于，在汲取借鉴单塔单区的基础上，对吸收塔浆池部分进行重大变革，成功实现了在单塔浆池中维持上下两种不同pH值环境的区域，分别满足氧化和吸收所需，即实现“单塔双区”，让常规的单区单回路系统达到双区双回 路循环系统的优点，从而提高脱硫系统的脱除效率和氧化效果。
具体做法是，龙净在吸收塔浆池部分设置双区调节器和射流搅拌系统，通过两者的相互配合，使得浆液区pH调节器上部分pH值可维持在4.9~5.5，而下部分pH值可维持在5.1~6.3，实现“双区”运行目的。
这种技术手法究竟能达到怎样的效果？张家港沙洲电厂有充足的发言权。
该厂生产技术部主任何利华表示，该厂一期2台63万千瓦机组均采用的是龙净单塔双区高效脱硫技术。“当时脱硫提效增容改造招标时按照二氧化硫排放50毫克标立方招标，采用石灰石-石膏湿法、一炉一塔配置，每塔设计有5层喷淋层。而目前只需要投运2～3层喷淋层，就能实现二氧化硫入口浓度1174毫克标立方，出口达到6毫克标立方，远远优于最初的设计”。
大唐清苑热电有限公司也获得了同样的效果。该厂2台30万千瓦机组均采用石灰石—石膏湿法的一炉一塔脱硫系统，投入运行后，两台机组的二氧化硫排放均低于35毫克标立方，脱硫效率达到了99.4%。
而最新投运的项目，马头电厂脱硫装置运行的效果更令人惊喜，其使用单塔双区高效脱硫技术，当入口二氧化硫浓度达到4556.42毫克标立方时，在仅投运3台循环泵的情况下，脱硫效率就达到了99.5%以上，明显领先于同类湿法脱硫项目。
达标排放只是该技术的优势之一，其在成本、节能等方面所附加的益处也不少。何利华透露，龙净在投标时的报价是最有优势的。
很多人觉得不可思议，追问龙净极具优势的技术经济性来自哪里。其实，如果仔细分析单塔双区高效脱硫技术所具备的特点便可了然于心。
首先，该技术不需要任何塔外循环吸收装置或串联塔，可节约大量基建投资；其次，这种脱硫系统运行阻力低，比塔+罐或串联塔低150～250帕，1台30万千瓦机组每小时就可节省电耗约200千瓦时，节能效益非常可观；占地小，1台60万千瓦机组就可节约占地面积700平方米以上；系统简单，检修方便，运行维护费用低，又可节省一笔支出。

超净协同塔的革命性意义
有了单塔双区高效脱硫这个技术珍宝之后，龙净的探索之路并未停止。这一次，最新的研发成果——— “单塔三区”超洁净烟气治理技术对国内脱硫技术发展具有革命性的意义。
很多人可能已经猜到，“单塔三区”技术是在“单塔双区”的基础上再加一区从而形成“三区”，但当你得知新加的一区是湿式电除尘器之后，一定会大跌眼镜。
一般而言，为了达到超洁净排放，多数电厂选择在脱硫系统后端再加一套湿式电除尘器，以起到最后把关收尘的效果。那么，龙净为何独辟蹊径将湿式除尘器加到脱硫塔上端，又能起到哪些功能？据陈泽民介绍，湿法脱硫装置虽然对粉尘具有一定的洗涤脱除效果，但外排烟气不可避免地会携带一定数量浆液，其中所含的固体和盐类又会最终形成新污染物，使得粉尘抑制效果大打折扣。同时运行中形成的三氧化硫气溶胶无法有效脱除，排放后成为PM2.5颗粒的重要组成。而广泛采用的脱硝装置又进一步加剧了烟气中三氧化硫的含量。这些烟气治理的新难题使得烟气最终无法满足最新环保排放要求。
龙净“单塔三区”技术的定位是一座超净“协同塔”，其技术核心是将湿法脱硫后的烟尘深度洁净处理技术与常规湿法脱硫装置有机结合，进一步丰富传统脱硫塔的内涵，将其升级为集脱硫、除尘、除雾、脱除三氧化硫及PM2.5颗粒为一体的综合治理装置。
至于将湿式除尘器加装在脱硫塔顶端的做法，则是“向空中要空间”。将湿式电除尘器布置于吸收塔后，虽然对原有吸收塔的改动较少，但明显增加了占地面积，而流场分布的需要更是对湿电前后烟道的连接提出了严格的长度要求。事实 上，很多已建成电厂无法在脱硫区域内提供足够的场地，造成塔外湿电装置无法安装或是需牺牲流场要求来压缩占地，对湿电的合理应用带来困难。
采用垂直流的方式布置湿式电除尘器不仅解决了场地难题，而且这种一体式的结构，也有利于降低系统压损、维持用水平衡，长期运行节能效果明显。
当然，差别并非仅表现在结构布置上，单塔三区技术所采用的湿电具有不同于现有其它湿电装置的多项独特之处。
如在选材方面，单塔三区采用的湿电在国内首创采用高等级的双相不锈钢2205材料作为阳极板，其承受电场放电、耐受局部高温、保持结构刚性等方面明显优于非金属材料，而其防腐性能也特别适用于湿法脱硫后的腐蚀烟气环境之中。2205材料在极板上的成功应用，使得传统依靠大量水和碱液而维持的极板防腐方式退伍，让冲洗水恢复本质用途，用量相比普通金属材质可降至五分之一，甚至更低，也无需采用循环水后处理流程。一体式的布置还可最大程度减少连接烟道、支撑结构和导流设施的用量，进一步实现控制造价的目的，达到最佳性价比。
采用该技术的河北邢台国泰电厂11号炉30万千瓦机组，外排烟气中固体颗粒物浓度已显著降低至5毫克标立方以下，成为该技术的最新例证。

高技术经济性得人心
同样注重技术高性价比的还有龙净四区双循环脱硫工艺。
2013年，龙净进一步申报了单塔四区双循环脱硫工艺各项专利，所谓“四区”，除了前述双区概念外，还通过在喷淋区域中设置多孔分布器，进一步将吸收塔喷淋区域分为一级、二级两个循环喷淋区。
将常规一个“大”喷淋层区域分为两个“小”区的好处是：一方面均布吸收塔内烟气流场，使得塔内气液反应可以更充分并防止二氧化硫逃逸；另一方面，可以提高塔内气液反应的湍流强度和化学反应比表面积，使得单塔结构能够进行“二次烟气洗涤”，达到“双塔（串联）双循环”的脱硫效果。
该技术目前已在国内应用20余台套，装机容量达到828万千瓦。其中，在华润南沙热电1号炉30万千瓦机组的超洁净脱硫改造项目中，脱硫效率达到99.5%，吸收塔出口二氧化硫浓度低于10毫克标立方。
即使如此，研发依然在继续。据悉，目前，龙净已设计建设了专项湿法脱硫试验平台，重点针对吸收塔内流场优化、颗粒物协同脱除效率和多层多孔分布器设置等一系列技术问题进行试验优化研究；针对湿法脱硫后的饱和湿烟气，龙净同华中科技大学煤燃烧国家重点实验室共同开展了“燃煤湿法脱硫烟气PM2.5深度净化关键技术与装备”研发工作，研究净烟气脱水技术。
可以预见，随着研发得更加深入，龙净的技术升级将能为燃煤电厂超洁净排放提供更多的技术选择余地。但不管哪一种技术，都有一个初衷，“就是让技术在达标排放的同时，且投资低、能耗小、占地省、费用少、安全可靠，为煤电超洁净排放作出贡献。”陈泽民如是说。
而这一理念也最得人心，何利华和大唐清苑电厂总经部主任马力骁均直言：之所以选择龙净的脱硫技术，除了对其技术实力的信任之外，还在于其更具竞争力的技术经济性，二者缺一不可。