王虎，李少華，雷宇

(1.東北電力大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，吉林吉林132012;2.吉林市松花江熱電有限公司，吉林吉林132002)

循環(huán)流化床(circulating fluidized bed，CFB)煙氣脫硫最早是由德國魯奇集團(tuán)能捷斯比曉夫公司(Lurgi Lentjes Bischoff，簡稱LLB公司)于20世紀(jì)70年代開發(fā)的一種新型半干法工藝。該工藝以循環(huán)流化床原理為基礎(chǔ)，是一種基于流態(tài)化的脫硫工藝，主要應(yīng)用于中小型燃煤電廠，尤其適合于老機(jī)組煙氣脫硫改造，具有占地小、運(yùn)行費(fèi)用低、系統(tǒng)簡單、脫硫效率高、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際運(yùn)行中，由于出口溫度、入口SO2濃度的影響，脫硫效率很難達(dá)到要求，本文對(duì)某電廠脫硫系統(tǒng)24小時(shí)的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，并對(duì)入口SO2濃度和吸收塔出口溫度對(duì)脫硫效率的影響進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1 工程概況

某電廠一期工程于2003年正式投產(chǎn)。一期安裝3臺(tái)額定蒸發(fā)量為360 t/h的煤粉鍋爐，2臺(tái)額定發(fā)電量為125 MW雙抽式汽輪發(fā)電機(jī)組。脫硫改造工程對(duì)爐后煙氣進(jìn)行脫硫再除塵改造，共設(shè)置兩套脫硫系統(tǒng)，其中1，2號(hào)爐公用1#脫硫塔，3號(hào)爐配備2#脫硫塔。本文對(duì)該廠改造后的1#脫硫系統(tǒng)運(yùn)行期間出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析和試驗(yàn)研究。

1.1 工藝簡介

圖1為該電廠1#循環(huán)流化床煙氣脫硫系統(tǒng)圖，該循環(huán)流化床煙氣脫硫系統(tǒng)主要由脫硫塔主體、石灰給料系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、再循環(huán)系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、儀控系統(tǒng)組成。從鍋爐的空氣預(yù)熱器出來的煙氣通過預(yù)除塵器后從底部進(jìn)入吸收塔，然后煙氣通過吸收塔下部的文丘里管的加速，進(jìn)入循環(huán)流化床體。在文丘罩的出口擴(kuò)管段設(shè)有噴水裝置，噴入的霧化水以降低脫硫反應(yīng)器內(nèi)的煙溫，煙氣在上升過程中，顆粒一部分隨煙氣被帶出吸收塔，一部分因自重重新回流到循環(huán)流化床內(nèi)。凈化后的含塵煙氣從吸收塔頂部側(cè)向排出，然后轉(zhuǎn)向進(jìn)入脫硫后除塵器，經(jīng)除塵器捕集下來的固體顆粒，通過除塵器下的脫硫灰再循環(huán)系統(tǒng)，返回吸收塔繼續(xù)參加反應(yīng)，如此循環(huán)，多余的少量脫硫灰渣通過氣力輸送至脫硫灰倉內(nèi)，再通過罐車進(jìn)行綜合利用或運(yùn)到儲(chǔ)灰場，從除塵器分離出來的氣體通過鍋爐風(fēng)機(jī)排入煙囪。

1.2 脫硫反應(yīng)機(jī)理

在循環(huán)流化床脫硫塔中，Ca(OH)2與煙氣中的SO2和、SO3、HCl、HF等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，主要化學(xué)反應(yīng)方程式如下:

圖1 系統(tǒng)流程圖

1.3 設(shè)計(jì)條件

煤中硫份(Sar)按Sar=0.21%設(shè)計(jì)，采用生石灰做脫硫劑，石灰純度大于80%，粒度小于0.2 mm;處理煙氣量為846 000 Nm3/h，脫硫塔入口煙氣含硫1 120～2 130 mg/Nm3，進(jìn)入吸收塔的煙氣溫度145℃，鍋爐運(yùn)行范圍為鍋爐最大連續(xù)出力的35%～100%，脫硫塔出口煙氣溫度≥71℃，脫硫塔進(jìn)出口壓降≤1 800 Pa。

2 運(yùn)行期間出現(xiàn)的問題

該循環(huán)流化床煙氣脫硫系統(tǒng)在運(yùn)行期間，吸收塔出口煙氣溫度高達(dá)95度，塔入口的SO2含量已經(jīng)超出設(shè)計(jì)值913.5 mg/m3，脫硫效率很低。由此可初步判斷造成脫硫效率過低的原因?yàn)檠h(huán)流化床脫硫塔入口的SO2含量過高以及出口煙氣溫度過高。

圖2顯示了此段時(shí)間內(nèi)入口SO2濃度和出口煙氣溫度對(duì)脫硫效率的影響，由圖2可以看出，在煙氣入口SO2濃度高于設(shè)計(jì)值的情況下，當(dāng)循環(huán)流化床脫硫塔出口的溫度在77～86℃時(shí)，脫硫效率僅有65%～80%，且脫硫效率隨出口煙氣溫度的升高而降低。

圖2 試運(yùn)行期間脫硫效率與出口煙氣溫度的關(guān)系

3 試驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)中保持脫硫塔入口煙氣溫度130±3℃，床層壓力1 300 Pa，塔噴入水量19 m3/h，脫硫劑量1.4 t/h。改變脫硫塔出口溫度和入口SO2濃度來考察出口溫度和入口SO2濃度對(duì)脫硫效率影響。選取入口煙氣SO2濃度分別為1 500 mg/m3，1 700 mg/m3，1 900 mg/m3，2 100 mg/m3;出口溫度分別為75℃，78℃，81℃，84℃。16個(gè)工況下，每個(gè)工況測量五組數(shù)據(jù)，一共80組數(shù)據(jù)，對(duì)這80組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 入口SO2濃度對(duì)脫硫效率影響

圖3為不同吸收塔出口溫度下，入口SO2濃度對(duì)脫硫效率的影響。從圖3(a)、(b)可以看出，出口溫度為75℃和78℃條件下，SO2濃度為1 700 mg/m3時(shí)的脫硫效率最高，其次是1 500 mg/m3和1 900 mg/m3，SO2濃度為2 100 mg/m3時(shí)的脫硫效率最低。從圖3(c)、(d)可以看出，出口溫度為81℃和84℃條件下，SO2濃度為1900 mg/m3時(shí)的脫硫效率最高，其次是1500 mg/m3和1700 mg/m3，SO2濃度為2 100 mg/m3時(shí)的脫硫效率最低。脫硫效率呈現(xiàn)隨入口SO2濃度先上升后降低的趨勢，在SO2濃度為1 700 mg/m3到1 900 mg/m3之間脫硫效率最高。這是因?yàn)楫?dāng)煙氣中SO2濃度增加時(shí)，增加了反應(yīng)物濃度，從而加快了反應(yīng)的速度，有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行;SO2與吸收劑之間完成瞬時(shí)的化學(xué)反應(yīng)之后，吸收只能靠化學(xué)吸附來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)SO2濃度繼續(xù)增加時(shí)，脫硫劑液滴中溶解的SO2達(dá)到飽和，使脫硫效率降低。

4.2 吸收塔出口溫度對(duì)脫硫效率影響

圖4為不同濃度下出口溫度對(duì)脫硫效率的影響，從圖中可以看出，在四種入口SO2濃度下，出口溫度對(duì)脫硫效率的影響呈現(xiàn)相同的趨勢，脫硫效率隨出口溫度的升高而降低，在出口溫度75℃時(shí)，出口煙氣溫度75℃脫硫效率最高，在出口溫度84℃時(shí)，脫硫效率最低。這是因?yàn)檎麄€(gè)脫硫塔內(nèi)的脫硫反應(yīng)分為兩個(gè)階段，一是離子反應(yīng)階段，一是分子反應(yīng)階段，且分子反應(yīng)階段的脫硫效率較低，在塔內(nèi)起主要脫硫作用的是離子反應(yīng)［1，2］。當(dāng)溫度升高時(shí)，水分蒸發(fā)的快，反應(yīng)時(shí)間短，使得脫硫劑的反應(yīng)不完全;另一方面SO2在水中的溶解度隨溫度的升高而明顯降低［3］，溫度升高使脫硫劑漿液中溶解的SO2離子減少，從而影響了脫硫反應(yīng)。

圖3 不同溫度條件下入口SO2濃度對(duì)脫硫效率的影響

圖4 不同入口SO2濃度下出口溫度對(duì)脫硫效率的影響

5 調(diào)試結(jié)果分析

循環(huán)流化床脫硫塔入口SO2濃度是由鍋爐燃煤的種類來確定的，在實(shí)際操作中，其量不可控。通過以上的試驗(yàn)結(jié)果，我們通過控制噴水量來調(diào)節(jié)出口溫度，使出口煙氣溫度保持在高于露點(diǎn)溫度20℃的范圍內(nèi)，以達(dá)到最高的脫硫效率，同時(shí)防止煙氣溫度過低而結(jié)露腐蝕煙道。從圖5中可以看出，在相同入口SO2濃度的條件下，使出口溫度降低到75～80℃后，脫硫效率有明顯提高，可達(dá)到80%～90%。

圖5 調(diào)試后出口煙氣溫度對(duì)脫硫效率的影響

6 結(jié)論

(1)出口溫度對(duì)脫硫效率影響很大，當(dāng)出口溫度從84℃降低到75℃時(shí)，脫硫效率可提高20%，脫硫效率隨煙氣出口溫度的降低而升高。

(2)在其它條件不變的情況下，脫硫效率隨入口SO2含量的增加呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢。在試驗(yàn)條件下，入口SO2含量在1 700 mg/m3到1 900 mg/m3之間脫除效率最高。

(3)通過調(diào)節(jié)噴入水量來調(diào)節(jié)出口溫度能使脫硫系統(tǒng)達(dá)到較高的脫硫效率。運(yùn)行結(jié)果表明，即使在入口SO2含量較高的情況下，降低出口溫度到75℃，脫硫效率可達(dá)88%。

［1］王曉芳，佟會(huì)玲，李定凱，李彥，程從明，陳昌和，徐旭常.循環(huán)流化床常溫半干法煙氣脫硫技術(shù)的工程示范研究［J］.動(dòng)力工程，2004，24(3):421－425.

［2］時(shí)黎明.中溫干法煙氣脫硫和蒸汽活化的機(jī)理研究［D］.北京:清華大學(xué)，1999.

［3］北京市環(huán)境保護(hù)研究所.大氣污染防治手冊(cè)［M］.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1987.

［4］張勇，金保升，鐘文琪.噴動(dòng)氣固流化床顆?；旌弦?guī)律的實(shí)驗(yàn)研究［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28(20):8－14.

［5］范麗婷，李鴻儒，王福利，何大闊.循環(huán)流化床煙氣脫硫系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型研究［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28(32):12－17.

［6］趙旭東，項(xiàng)光明，姚強(qiáng)，馬春元，陳昌和.干法煙氣脫硫固體顆粒物循環(huán)特性及微觀機(jī)理研究［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006，1.

［7］Norihiko Matsushima，Y.Li，Masateru Nishioka，and Masayoshi Sadakata.Novel dry-desulfurization process using Ca(OH)2/fly ash sorbent in a circulating fluidized bed［J］.Environ.Sci.Technol.Japan，2004，38:6867－6874.

［8］樊保國，項(xiàng)光明，祁海鷹，陳昌和，徐旭常.常溫循環(huán)流化床煙氣脫硫影響脫硫效率的參數(shù)及機(jī)理［J］.燃燒科學(xué)與技術(shù)，2001，7(3):228－232.

［9］李錦時(shí)，王興盛，畢曉煦，趙慶良.循環(huán)流化床脫硫塔內(nèi)氣固兩相流動(dòng)規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究［J］.節(jié)能技術(shù)，2008，26(2):129－133.

［10］S.Bhusarapu，P.Fongarland，M.H.Al-Dahhan，M.P.Dudukovic.Measurement of overall solids mass flux in a gas-solid circulating fluidized bed［J］.Powder Technology，American，2004，148:158－171.