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)上逐步進行改進，克服了其效率低，能耗高的缺點，并降低了尾氣中SO?含量，滿足了最新的排放標準。本文對單塔雙循環(huán)技術(shù)的脫硫機理、發(fā)展進程及研究現(xiàn)狀進行了介紹，同時對石膏法單塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)的發(fā)展趨勢進行了展望。

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介

較為簡單的典型石灰石-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?進行氧化反應(yīng)生成CaSO?，CaSO?達到飽和后，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%，然后送至石膏貯倉堆放；脫硫后的尾氣經(jīng)過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介

目前，為了達到更高效的脫硫目的，傳統(tǒng)的單塔單循環(huán)技術(shù)通過增加噴淋層數(shù)來提高效率，從而不斷增加吸收塔的高度，這種方法的經(jīng)濟性較差。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)濟上的雙重問題，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。吸收塔是整個脫硫裝置的核心，如圖2所示。

該技術(shù)相當(dāng)于煙氣通過了兩次獨立的SO?脫除過程，煙氣自吸收塔下方進入，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?，再通過集液斗的導(dǎo)流葉片進入上循環(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、下個兩循環(huán)回路。下循回路由漿液池、一級循環(huán)泵、一級噴淋層等組成；上循環(huán)回路由集液斗、吸收區(qū)加料槽、二級循環(huán)泵、上噴淋層組成。兩級循環(huán)分別設(shè)有獨立的循環(huán)漿池，噴淋層，根據(jù)不同的功能，每級循環(huán)具有不同的運行參數(shù)。

脫硫一級循環(huán)，此級循環(huán)的脫硫效率一般在30-70%，循環(huán)漿液PH控制在4.6-5.3，漿液停留時間在4分鐘左右，此級循環(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)晶時間，根據(jù)資料顯示，在酸性環(huán)境下PH=4.5時，氧化效率是最高的。特別是對于高硫煤，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)機的電耗，同時還可以大大提高石膏品質(zhì)。

經(jīng)過一級循環(huán)的煙氣直接進入二級循環(huán)，此級循環(huán)實現(xiàn)主要的脫硫洗滌過程，由于不用考慮氧化結(jié)晶的問題，所以PH值可以控制在非常高的水平，達到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下脫硫工藝的需求，國內(nèi)外各大脫硫公司都在積極引進和研發(fā)單塔雙循環(huán)脫硫工藝。

德國諾爾公司開發(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)濟性高，主要適用于含硫量較高的煤種，其脫硫效率達到97%以上，并對含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)濟上的優(yōu)勢，得到了廣泛的關(guān)注。

國電龍源引進德國諾爾的單塔雙循環(huán)技術(shù)，并將此技術(shù)第一次運用在國內(nèi)項目廣州恒運熱力電廠有限責(zé)任公司[7]上，此項目是在原有脫硫塔的基礎(chǔ)上進行改造，設(shè)計了國內(nèi)第一臺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。此項目在75%和

100%負荷（煙氣流量）的情況下對脫硫系統(tǒng)進行了全套煙氣脫硫裝置的性能測試，脫硫效果達到99.3%，對脫硫市場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，每個循環(huán)里的有單獨的循環(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，延長了單塔雙循環(huán)系統(tǒng)的使用壽命，可達20~30年。

江蘇峰業(yè)科技環(huán)保集團股份有限公司[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一級噴淋系統(tǒng)、雙循環(huán)隔板、二級噴淋系統(tǒng)和脫硫塔塔出口進行了可調(diào)節(jié)設(shè)計的改進，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行相應(yīng)的優(yōu)化。這種設(shè)計不僅使脫硫煙氣滿足了電廠煙氣排放標準的要求同時，解決了無法根據(jù)煤種的變化而改變吸收塔脫硫運行方式使系統(tǒng)節(jié)能運行的問題，還降低了運行成本，此改造還實現(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，對石膏法單塔雙循環(huán)工藝設(shè)備中的漿液池進行了改造，設(shè)計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，石灰石漿液分別儲存在塔內(nèi)的主漿液池和塔外的副漿液池中，兩個漿液池通過管道進行連接，形成多區(qū)pH控制雙循環(huán)系統(tǒng)，由于對兩個漿液池中的pH進行分區(qū)控制，不同噴淋層漿液分別由兩個漿液池提供，高pH值漿液有利于SO?的吸收，實現(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)計通過多區(qū)pH控制提高了脫硫效率。

廣州恒運企業(yè)集團的王國強[11]等人單塔雙循環(huán)的集液斗部分進行了改造，在原有的積液斗設(shè)備上設(shè)計了導(dǎo)流板，并將其應(yīng)用在300MW燃煤鍋爐中，并在運行中對單塔雙循環(huán)回路中的pH值、漿液密度等重要參數(shù)進行了調(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]。

重慶市中電投遠達環(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，以此實現(xiàn)在一個脫硫塔內(nèi)形成相對獨立的雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)，這種設(shè)計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，簡化了雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)的設(shè)計。

四川的電氣集團某公司的楊志忠[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獨立的循環(huán)池，設(shè)各有獨立的噴淋系統(tǒng)；吸收塔的上部被煙氣隔板分割成兩個獨立的煙道。煙氣經(jīng)過串連的氣路通過循環(huán)池。在脫硫過程中，控制兩級循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)pH值，提高了兩級煙氣SO?的吸收率和兩級脫硫副產(chǎn)物的氧化、結(jié)晶速率。這種設(shè)計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]等人對雙塔單循環(huán)中的集液斗進行了改造，在原有的基礎(chǔ)上添加了葉柵結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)分為一級葉柵和二級葉柵，兩級葉柵交錯布置形成俯視為環(huán)形的結(jié)構(gòu)，葉柵結(jié)構(gòu)的根部與集液斗相連，集液斗通過漿液回流管與脫硫塔外漿池相通。此設(shè)計簡單，阻力損失小，氣液流場分布均勻，接觸效果好，強化了煙氣和漿液之間的氣液傳質(zhì)能力，促進了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)濟性提高。

3總結(jié)與展望

總體來說，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)濟價值高的高性價比方法，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)機壓頭高的缺點。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，在雙塔串聯(lián)工藝的基礎(chǔ)上進行改造，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目中，尤其是脫硫增效改造項目，可以在低經(jīng)濟運行的前提下同時滿足環(huán)保要求，實現(xiàn)綠色產(chǎn)業(yè)要求，有較高的應(yīng)用前景。

編輯：李晨