在實(shí)現(xiàn)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(shù)中，單塔協(xié)同超凈脫硫除塵技術(shù)是一種成功研發(fā)、應(yīng)用并有推廣前景的技術(shù)。介紹了上海龍凈環(huán)保公司研發(fā)和應(yīng)用推廣的本項(xiàng)技術(shù)原理、技術(shù)工藝和技術(shù)創(chuàng)新以及工程應(yīng)用。本技術(shù)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和良好的工程應(yīng)用效果，具有協(xié)同、高效、超低和超超低排放凈化效果、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、廢水零排放、深度環(huán)保和不產(chǎn)生二次污染的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，并可向更新和寬譜的技術(shù)方向發(fā)展延伸，是實(shí)現(xiàn)燃煤煙氣超低和超超低排放的有效利器，具有重要的應(yīng)用推廣價(jià)值。

在“十三五”時(shí)期，燃煤電廠開展煙氣的超低脫硫除塵工程建設(shè)，成為企業(yè)開展清潔生產(chǎn)的必然需求，也是在電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和建設(shè)生態(tài)文明社會(huì)的重要方面。在近年的工程技術(shù)發(fā)展中，有幾種工藝路線實(shí)現(xiàn)了超低排放和協(xié)同治理的需求[1-3]，其中，單塔協(xié)同超凈脫硫除塵技術(shù)取得了矚目的成就，在技術(shù)研發(fā)、工藝路線、工程應(yīng)用和治理效果方面走在了前列[3]，成為本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)主流和發(fā)展方向。上海龍凈環(huán)保研發(fā)和應(yīng)用推廣的單塔協(xié)同超凈脫硫除塵技術(shù)，技術(shù)先進(jìn)，節(jié)省投資和運(yùn)行費(fèi)用，節(jié)能節(jié)地節(jié)水，治理效果優(yōu)異，成為引領(lǐng)我國大氣環(huán)境脫硫除塵領(lǐng)域發(fā)展的新標(biāo)桿。

1技術(shù)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(xié)同凈化的單塔脫除，是一種節(jié)能、節(jié)地和經(jīng)濟(jì)的治理方法。煙氣經(jīng)過單塔結(jié)構(gòu)的濕式協(xié)同超凈塔，主要通過吸收、化學(xué)反應(yīng)和慣性攔截的協(xié)同作用脫除多種污染物，實(shí)現(xiàn)硫塵汞協(xié)同脫除。煙氣中的SO2通過溶于水與鈣基吸收劑反應(yīng)，并在兩個(gè)不同的PH區(qū)域?qū)崿F(xiàn)吸收和氧化，順利氧化使化學(xué)平衡持續(xù)向右移動(dòng)，反應(yīng)持續(xù)推進(jìn)，在優(yōu)化的流場、噴嘴布置、高覆蓋率等的多重因素下[3-7]，實(shí)現(xiàn)了脫硫效率99.7%以上的高效脫硫。在煙氣經(jīng)過脫硫塔時(shí)，煙氣中的粉塵會(huì)部分被吸收液洗滌脫除，煙氣中的二價(jià)汞也被吸收液吸收脫除一部分。為了進(jìn)一步脫除煙氣中的粉塵，在傳統(tǒng)的脫硫塔除霧器上方布機(jī)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(xié)同塔入口和出口設(shè)置新型構(gòu)件提高效率，采用這幾種方法的一種實(shí)現(xiàn)單塔協(xié)同，進(jìn)一步脫除粉塵濃度到5mg/Nm3以下，甚至達(dá)到粉塵濃度到1mg/Nm3以下，單塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)協(xié)同脫硫除塵的超低排放。

2技術(shù)工藝與創(chuàng)新

單塔協(xié)同超凈脫硫除塵技術(shù)主要采用一個(gè)高效協(xié)同超凈塔為核心設(shè)備[3-15]，連接多個(gè)輔助設(shè)備和管路的工藝，以石灰石/石灰-石膏法（鈣基）脫硫、組合式機(jī)械除霧器或濕式電除塵器[10,14,16]進(jìn)行內(nèi)（頂）置式單塔協(xié)同，作為研發(fā)的新技術(shù)工藝，實(shí)現(xiàn)燃煤火電機(jī)組的硫塵超低排放。

2.1技術(shù)工藝

在研發(fā)和成果轉(zhuǎn)化及工程應(yīng)用中，形成了兩種典型的工藝：“203”單塔協(xié)同超低脫硫除塵技術(shù)工藝和超超低單塔協(xié)同脫硫除塵技術(shù)工藝，分別如圖1和圖2所示。

203超低技術(shù)與超超低技術(shù)，主要區(qū)別在于第三區(qū)是采用組合式高效機(jī)械除霧器還是濕式電除塵器，并因此達(dá)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(jī)械除霧器，能實(shí)現(xiàn)超低排放，形成“203”超低脫硫除塵技術(shù)；即實(shí)現(xiàn)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(xié)同脫硫除塵技術(shù)，并且能協(xié)同脫除SO3和汞，實(shí)現(xiàn)更清潔的煙氣排放。

2.2技術(shù)創(chuàng)新

本技術(shù)在研發(fā)和成果轉(zhuǎn)化過程中，開展了多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，取得了多項(xiàng)發(fā)明專利授權(quán)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(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。組合集成的脫硫除塵協(xié)同超凈塔具有“單塔三區(qū)”的技術(shù)特色，是在“單塔雙區(qū)”高效脫硫技術(shù)[3-7]、組合式機(jī)械除霧技術(shù)、高效垂直流濕式電除塵器技術(shù)[10,14,16]、多孔分布板技術(shù)、流場均布優(yōu)化技術(shù)[5]、提效環(huán)技術(shù)[4,13]、高效氧化技術(shù)、高效水循環(huán)零補(bǔ)水技術(shù)[9]和脫硫廢水零排放[11]技術(shù)的基礎(chǔ)上集成實(shí)現(xiàn)的，具有協(xié)同、高效、超低排放、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、深度環(huán)保和不產(chǎn)生二次污染的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。在以上主要?jiǎng)?chuàng)新的基礎(chǔ)上，上海龍凈協(xié)同超凈塔技術(shù)還向濕法協(xié)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(shù)方向延伸，并取得了理論和技術(shù)工藝突破。

其中，“單塔雙區(qū)”高效脫硫技術(shù)、關(guān)鍵內(nèi)構(gòu)件、組合式機(jī)械除霧器技術(shù)[21]、垂直流濕式電除塵器技術(shù)[10,14,16,22]、流場優(yōu)化技術(shù)和“單塔三區(qū)“技術(shù)[13-15,22]是本集成技術(shù)的關(guān)鍵組成部分。

2.2.1單塔雙區(qū)技術(shù)

單塔雙區(qū)技術(shù)[3-4,22]是利用研發(fā)新型內(nèi)構(gòu)件把吸收塔的漿池區(qū)分成兩個(gè)不同PH值范圍的區(qū)域，以在適宜的PH范圍內(nèi)促進(jìn)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(qū)的漿液池內(nèi)還與氧化、反應(yīng)物外排等功能的裝置構(gòu)件連接，并且在PH高值區(qū)還布置射流管架，實(shí)現(xiàn)漿液混合和促進(jìn)亞硫酸鹽的氧化，提高脫硫效率。本技術(shù)的“單塔雙區(qū)”模塊具有高效率、低阻、節(jié)地和易維護(hù)等多種優(yōu)點(diǎn)，是單塔協(xié)同超凈脫硫除塵技術(shù)的核心組成部分。

2.2.2關(guān)鍵內(nèi)構(gòu)件

在脫硫塔內(nèi)，采用提效環(huán)[4,6,13]、高效組合式機(jī)械除霧器[21]和多孔分布板結(jié)構(gòu)，提高了煙氣中污染物的脫除效率，并優(yōu)化了脫硫塔內(nèi)的流場結(jié)構(gòu)。其中，一種提效環(huán)的構(gòu)件如圖4所示。

在協(xié)同超凈塔內(nèi)，還在塔的煙氣入口處設(shè)置了噴霧內(nèi)構(gòu)件，組成入口噴霧系統(tǒng)，通過噴霧增加濕度，并利用蒸汽相變技術(shù)，促進(jìn)微細(xì)顆粒的凝并長大，提高塔內(nèi)除塵效率。在塔出口有時(shí)也可設(shè)置蒸汽相變強(qiáng)化結(jié)構(gòu)[15,21]，提高顆粒物的脫除效率，實(shí)現(xiàn)超超低脫硫除塵。在塔內(nèi)有效設(shè)置噴淋層數(shù)，加大噴淋覆蓋率，設(shè)置實(shí)心錐噴嘴或其它適合的噴嘴，合理設(shè)置射流攪拌結(jié)構(gòu)，也會(huì)提高脫硫除塵效率。

2.2.3組合式機(jī)械除霧器

高效除霧（塵）器的設(shè)置是實(shí)現(xiàn)硫塵協(xié)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(jī)械除霧器是高效除霧器的一種，可以是兩個(gè)或多個(gè)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(shí)踐中，可在高效除霧器中采用帶孔鉤型式葉片，變間距設(shè)計(jì)，非象限布置；設(shè)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(xié)同脫硫除塵超凈塔內(nèi)的高效除霧器設(shè)置，實(shí)現(xiàn)除霧器出口液滴含量≤20mg/Nm3或更低的指標(biāo)，在不加裝濕式電除塵器的工況下，實(shí)現(xiàn)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(shù)

經(jīng)過研發(fā)，成功開發(fā)了垂直流濕式電除塵器技術(shù)[10,14,16,22]，并在后續(xù)與高效脫硫塔耦合在一個(gè)協(xié)同塔內(nèi)，形成超超低協(xié)同脫硫除塵技術(shù)。本技術(shù)采用板線式、金屬材質(zhì)、間歇沖洗與連續(xù)噴霧、導(dǎo)流阻流耦合、螺栓連接和頂置式等關(guān)鍵技術(shù)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，具有良好的性能。

本技術(shù)經(jīng)過了實(shí)驗(yàn)室小試、模型試驗(yàn)、工業(yè)示范裝置和工業(yè)推廣應(yīng)用的過程，已成功實(shí)現(xiàn)了成果轉(zhuǎn)化和工業(yè)應(yīng)用。本技術(shù)的模試平臺(tái)如圖2所示。在模型試驗(yàn)中，在入口粉塵濃度279.5mg/Nm3的工況下，實(shí)現(xiàn)了出口粉塵排放濃度小于5mg/Nm3的指標(biāo)。

經(jīng)過研究，開發(fā)了頂置式濕式電除塵耦合脫硫塔的結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了方圓節(jié)過度；采用了2205高強(qiáng)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(zhì)導(dǎo)電性能良好，不易變形，收塵與放電性能優(yōu)良，耐腐蝕，運(yùn)行壽命長。

研究開發(fā)的垂直流濕式電除塵器,具有高通量、強(qiáng)耦合、多區(qū)域和超凈化的特點(diǎn)，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(xié)同超凈單一塔。目前，上海龍凈研發(fā)的垂直流濕式靜電除塵器已與高效脫硫塔耦合協(xié)同運(yùn)行，在多個(gè)項(xiàng)目中應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了燃煤煙氣的超低排放和超超低排放。

2.2.5流場優(yōu)化技術(shù)

超低脫硫除塵協(xié)同超凈塔經(jīng)過內(nèi)構(gòu)件的導(dǎo)流、均流和出口設(shè)置[4-6,13,21]，實(shí)現(xiàn)了流場的均勻和優(yōu)化，為氣液有效接觸和反應(yīng)傳質(zhì)提供了有利的條件，大幅提高了脫硫除塵效率，有效的實(shí)現(xiàn)了煙氣凈化的超低和超超低排放。圖8列出了協(xié)同超凈塔內(nèi)的流場經(jīng)過內(nèi)構(gòu)件優(yōu)化前后的對比效果，分析發(fā)現(xiàn)，加裝內(nèi)構(gòu)件后的流場明顯得到了優(yōu)化，流場在塔內(nèi)主體區(qū)更加均勻。圖9列出了超凈協(xié)同塔內(nèi)通過內(nèi)構(gòu)件優(yōu)化后的流場。從圖9可以看出，通過布置內(nèi)構(gòu)件和均布、導(dǎo)流裝置，在超凈塔內(nèi)的煙氣流場得以均勻和優(yōu)化，為氣液接觸和傳質(zhì)反應(yīng)提供了良好的條件。通過模擬，發(fā)現(xiàn)一般情況下煙氣頂出時(shí)塔內(nèi)的流場效果好，如果設(shè)置為煙氣側(cè)出，一般需要設(shè)置導(dǎo)流內(nèi)構(gòu)件，以優(yōu)化流場。

對垂直流濕式靜電除塵器，通過CFD數(shù)值模擬，得到了濕式電除塵器內(nèi)優(yōu)化后的流場，如圖10所示。這反映了通過設(shè)置導(dǎo)流和阻流等內(nèi)構(gòu)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(nèi)設(shè)置導(dǎo)流板、阻流板和煙氣均布板，減少了漏風(fēng)率，提高了流場均布效果。

2.2.6單塔三區(qū)技術(shù)

將組合式機(jī)械除霧器或垂直流濕式電除塵器置于脫硫塔上部，開發(fā)了單塔三區(qū)技術(shù)[13-14,22]，實(shí)現(xiàn)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(jī)械除霧器，本節(jié)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(qū)協(xié)同超凈塔（單塔三區(qū)技術(shù)）。在研發(fā)過程中，開發(fā)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(shí)呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)和優(yōu)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(qū)技術(shù)的協(xié)同塔如圖11所示。

圓形截面的垂直流濕電頂置于脫硫塔時(shí)，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(kuò)徑段），在力學(xué)和結(jié)構(gòu)上高度對稱；但是，由于內(nèi)部圓弧和圓內(nèi)不同的弦處布置收塵集與放電極時(shí)考慮安全距離以及收塵性能，這種圓形結(jié)構(gòu)的濕電給內(nèi)部安裝帶來了一定復(fù)雜性，需要宏觀尺度上多種規(guī)格的構(gòu)件拼接。上海龍凈環(huán)保在大型燃煤火電機(jī)組上率先實(shí)現(xiàn)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利產(chǎn)品的頂置式圓形截面垂直流濕電與雙區(qū)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(huán)保超低排放領(lǐng)域精美的標(biāo)桿式杰作，反映了上龍領(lǐng)先的創(chuàng)新、高超的技術(shù)、精湛的安裝與卓越的協(xié)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(jié)省占地面積，并實(shí)現(xiàn)單一塔內(nèi)的煙氣協(xié)同超超低排放效果，矩形截面的垂直流濕電通過方圓節(jié)連接，頂置在雙區(qū)脫硫塔頂，并主要以正方形截面的結(jié)構(gòu)布置。正方形截面的濕電雖然在支撐補(bǔ)強(qiáng)和方圓節(jié)連接方面增加了局部復(fù)雜度，但是卻在內(nèi)部極配構(gòu)件的布置時(shí)規(guī)格統(tǒng)一，易于制作和安裝，在工程中得到了更多的應(yīng)用。目前，頂置式矩形截面的濕電與雙區(qū)脫硫塔耦合的單塔三區(qū)超凈塔也已投運(yùn)，并取得了良好的超超低排放效果。

3工程應(yīng)用

單塔協(xié)同超凈脫硫除塵技術(shù)在燃煤電廠得到了較為廣泛的應(yīng)用，取得了超低排放和超超低排放的效果。目前，上海龍凈環(huán)保公司開發(fā)的本項(xiàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在單塔協(xié)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(lǐng)了單塔協(xié)同脫硫除塵超低技術(shù)和超超低技術(shù)的發(fā)展。

圖12列出了上海龍凈開發(fā)的單塔協(xié)同超凈脫硫除塵技術(shù)在燃煤電廠超低排放中的典型應(yīng)用。表1列出了單塔協(xié)同超凈脫硫除塵技術(shù)的典型工程應(yīng)用項(xiàng)目與凈化效果。通過表1

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

4結(jié)論：

單塔協(xié)同超凈脫硫除塵技術(shù)是實(shí)現(xiàn)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(shù)。本技術(shù)通過在“單塔雙區(qū)”高效脫硫技術(shù)的基礎(chǔ)上，將高效脫硫塔與組合式機(jī)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(shè)置或優(yōu)化多種內(nèi)構(gòu)件，包括多孔性分布板、高效噴嘴、提效環(huán)、導(dǎo)流板，并優(yōu)化噴淋密度和噴淋層，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的硫塵協(xié)同超凈塔技術(shù)。本技術(shù)由上海龍凈環(huán)保公司研究開發(fā)，成功實(shí)現(xiàn)了成果轉(zhuǎn)化，并在多個(gè)工業(yè)項(xiàng)目中得到了應(yīng)用，效果良好，實(shí)現(xiàn)了火電廠燃煤煙氣脫硫除塵的超超低排放和工業(yè)燃煤鍋爐煙氣脫硫除塵的超低排放，具有優(yōu)良的性能和廣闊的應(yīng)用前景。

編輯：張偉