每到供暖季，霧霾成為北方許多地區逃不開的話題。根據目前許多科學家的研究，“燒煤”中排放的二氧化硫和氮氧化物是中國霧霾的首要來源。
然而現階段以及未來相當長的一段時期內，中國的能源結構仍然以煤炭為主，火電廠是燃煤的消耗大戶，要緩解“十面霾伏”的狀況，就不得不考慮電廠燃煤的脫硫處理問題。
今天我們要介紹的單塔一體化脫硫除塵深度淨化技術（SPC-3D）正是這樣一種技術。
（一）常規的改造方案為什麼讓電廠難以接受？
隨著對環保的日益重視，目前中國幾乎所有燃煤機組均配備了基本的脫硝脫硫除塵裝置，煤炭燃燒後所產生的煙氣會先後經過脫硝裝置、靜電式除塵器、吸收塔脫硫處理後再排放到大氣中。
然而，煙氣經過傳統的處理裝置後，汙染物濃度仍遠超過最新的超低排放標準，且目前大部分的脫硫裝置還存在嚴重的“石膏雨”問題。為了達到超低排放標準，現在所有的燃煤機組的煙氣處理裝置幾乎都需要進一步改造優化，其中關鍵的重點和難點在於改造脫硫和除塵工藝。
目前常規的改造方案是對原有靜電除塵器進行多處改造，然後在吸收塔後增加龐大的溼式電除塵器來進一步除塵，而脫硫工藝則需要採用兩套或類似兩套吸收塔來實現，這種方案類似於面多加水，水多加面，無外乎是為了降低汙染物的濃度增加吸收裝置的數量。
而且，溼式電除塵器和增加新的吸收塔都存在佔地面積大的問題，除硫處理改造難度也極大。所以整個常規技術改造的投資高，工期長，改造難度大，場地受限制，運行費用也高，大多電廠仍然很難承擔這種常規技術改造帶來的損失。
如果能夠不對已有的靜電除塵器進行多處改造，且不增加額外的溼式電除塵器和新的吸收塔，那麼改造的投資將會大大降低，工期也可以大大縮短，那麼，在單個吸收塔內做到同時深度脫硫除塵有可能麼？
在2014年7月，中國開發出單塔一體化脫硫除塵深度淨化技術（SPC-3D技術），該技術在一個吸收塔內同時實現脫硫效率99%以上，除塵效率90%以上，滿足了二氧化硫排放35mg/Nm3、煙塵5mg/Nm3的超低排放要求。
（上圖為傳統的燃煤電廠煙氣治理裝置；下圖為欲達到超低排放標準的常規改造方案）
（二）單個吸收塔如何同時做到深度脫硫除塵？
運用SPC-3D改造的煙氣處理裝置如下圖所示，只需改造已有的吸收塔即可實現超低排放，不需要對原有靜電式除塵器進行改造，也不需要增加溼式電除塵器和新的吸收塔。
(採用SPC-3D技術的改造方案)
其主要是在原有吸收塔內加裝旋匯耦合裝置，改善原有噴淋層結構和噴嘴佈置方式，並且用管束式除塵除霧裝置代替了傳統的除霧器。
SPC-3D的三大技術核心包括旋匯耦合高效脫硫除塵技術、高效節能噴淋技術和離心式管束式除塵技術，它們在吸收塔內從下至上分佈。
(SPC-3D三大核心技術的核心部件)
儘管從科學角度來看，脫硫過程也就是SO2和石灰石漿液反應生成硫酸鈣的過程，不過幾個化學方程式而已，但是工程上想要用盡可能少的漿液去吸收儘可能多的SO2卻不是一個簡單的問題。
我們都知道，化學上兩種物質想要反應完全首先要充分接觸，物質的比表面積越大對反應促進作用就越強，這也是麵粉粉塵為什麼會爆炸的原因。
傳統的吸收塔(空塔)直接將煙氣通入塔中和噴淋的漿液接觸，然後被吸收，煙氣的分佈十分不均勻，造成很大一部分漿液都浪費了，所以需要兩個塔甚至更多才能達到脫硫目標。
而旋匯耦合高效脫硫除塵技術則是先對進入塔內的煙氣進行一定的處理，即在引風機出口的煙氣進入吸收塔後，首先經過由模塊化湍流器構成的旋匯耦合裝置。根據流體動力學原理，煙氣會與漿液混合形成強大的可控湍流空間，使氣(SO2)、液(漿液)、固(煙塵)三相充分接觸，提高了氣液固三相傳質效率，完成了第一步的脫硫除塵。
而加裝模塊化湍流器相比空塔則實現了快速降溫及流場均布，可以有效避免噴淋氣流分佈不均，噴淋層失效的問題。
(有無湍流器的吸收塔內速度分佈對比，左邊是無湍流器，右邊是有湍流器)
高效節能噴淋技術則是通過優化噴淋層結構，改變噴嘴佈置方式，開發新型噴嘴從而大大提升自身霧化效果，這些優化大大提高了漿液覆蓋率，增大了氣液接觸的面積。經過旋匯耦合裝置後的煙氣接觸到噴淋的漿液，即完成第二步的洗滌，可以實現SO2的深度脫除和煙塵的二次脫除。
儘管SPC-3D只採用了單個吸收塔，但當煙氣經過高效旋匯耦合裝置和高效節能噴淋裝置兩次洗滌反應後，已經基本實現了深度脫硫目標，可以達到SO2的超低排放標準了，總的脫硫效率是湍流器效率和噴淋層效率的疊加。
而除塵除霧主要靠管束式除塵技術來完成，當經過上面兩個裝置的煙氣進入管束式除塵除霧裝置後，煙氣首先通過底部的分離器，產生高速離心運動，在離心力的作用下，液滴和煙塵向筒體壁面運動，在運動過程中相互碰撞、凝聚成較大的液滴，液滴被拋向筒體內壁表面，被壁面附著的液膜層捕獲，實現粉塵和霧滴的深度脫除。
管束式裝置中還可以採用多級分離器，實現對不同粒徑煙塵顆粒和液滴的捕獲。分離器之間可以設置增速器，提升氣流的離心運動速度，並維持合適的氣流分佈狀態，從而控制液膜厚度及氣流的出口狀態，防止液滴的二次夾帶。
從上面的介紹中我們瞭解了SPC-3D技術的工作原理，可以看到，在一個塔中同時實現深度脫硫除塵是脫硫和除塵裝置精心設計的結果，它對於脫硫和除塵是相互耦合和疊加的，正是這種優化的設計組合保證了汙染物的超低排放。
（三）單塔一體化脫硫除塵技術有何獨特之處？
SPC-3D技術一經推出便得到電廠、監測單位、國家環評權威部門的一致好評，這與其獨特的優勢是分不開的。
首先，該技術脫硫和除塵效率都非常高，可以實現單塔高效脫硫除塵，而且徹底消除了“石膏雨”問題。
以某300MW電廠為例，可以看出運行過程中脫硫效率不低於98.8%；當吸收塔入口處煙塵濃度在50mg/Nm3以內時，出口煙塵濃度可以持續保持≤5 mg/Nm3。
(山西某300MW電廠運行過程中數據監測)
其次，該技術的系統適應性很強，運行過程穩定可靠。受惠於旋匯耦合裝置超強的傳質能力，當煙氣中含硫量波動時，系統脫硫效率仍能保持穩定，且隨著機組負荷增加噴淋層的脫硫效率逐漸降低，旋匯耦合裝置的脫硫效率則逐漸提高，總的脫硫效率變化較小，這也就是說整個系統的脫硫效率十分穩定。
這一特色使得它不必為高硫煤種額外改造，對中國的豐富煤種國情十分適用。另一個可觀的地方是系統內為固定安裝的靜止設備，檢修維護十分方便，所以整個系統運行起來十分穩定。
(煙氣入口SO2為2500mg/Nm3的600MW機組系統的脫硫效率曲線)
此外，SPC-3D技術改造投資比常規技術低30-50%，也不會額外增加用地面積，減少電力企業投資壓力。運行過程相比常規改造技術節能效果顯著，整體運行費用(包括投資成本)僅是常規加裝溼式電除塵技術的15%-30%。
這主要是基於旋匯耦合裝置良好的均氣效果、超強的傳質能力和長的煙氣停留時間，所以運行中的液氣比很低，漿液循環量也因此大幅降低，還有管束式除塵裝置不需要用電，所以綜合電耗至少可以降低30%。
(以1000MW機組為例，採用單塔一體化技術和常規的空塔噴淋加溼除能耗對比)
另外，採用SPC-3D技術改造工程量小，整個改造工期短，直接利用原有吸收塔改造，不改變吸收塔外部結構，不用增加龐大笨重的溼式電除塵器，佈置簡潔，相比於常規改造至少需要60天，採用SPC-3D技術整個改造工期只需要20-30天。
最後，基於大量長期數據發現SPC-3D技術對機組排放的SO3脫除效率達到約86%，遠遠高於其他技術。而且，它還對液滴和重金屬汞等具備協同脫除作用。
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