王剛 袁亮

【摘 要】火電廠排放的二氧化硫形成的酸雨已嚴(yán)重危害人類的生存環(huán)境，國家強(qiáng)制要求火電廠必須安裝煙氣脫硫裝置。但是，受技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等條件的限制，必須發(fā)展脫硫率高、系統(tǒng)可利用率高、流程簡化、系統(tǒng)電耗低、投資和運(yùn)行費(fèi)用低的脫硫技術(shù)和工藝。在這種形勢下，干法脫硫工藝應(yīng)運(yùn)而生。為此，結(jié)合國內(nèi)外目前比較成熟、大型商業(yè)化運(yùn)行的幾種干法、半干法脫硫工藝，分析了干法、半干法脫硫工藝的技術(shù)特點(diǎn)，最后重點(diǎn)介紹了循環(huán)流化床脫硫技術(shù)的工藝。

【關(guān)鍵詞】干法 煙氣脫硫 二氧化硫 循環(huán)流化床

【中圖分類號】 TM621【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0200-02

1、煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀

世界上煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了以下3個階段：

20世紀(jì)70年代，以石灰石濕法為代表第一代煙氣脫硫。

20世紀(jì)80年代，以干法、半干法為代表的第二代煙氣脫硫。主要有爐內(nèi)噴鈣加爐后增濕活化（LIFAC）、煙氣循環(huán)流化床（CFB）、循環(huán)半干法脫硫工藝（NID）等。這些脫硫技術(shù)基本上都采用鈣基吸收劑，如石灰或消石灰等。隨著對工藝的不斷改良和發(fā)展，設(shè)備可靠性提高，系統(tǒng)可用率達(dá)到97%，脫硫率一般為70%～95%，適合燃用中低硫煤的中小型鍋爐。

20世紀(jì)90年代，以濕法、半干法和干法脫硫工藝同步發(fā)展的第三代煙氣脫硫。由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的原因，一些煙氣脫硫工藝已被淘汰，而主流工藝，如石灰石-石膏濕法、煙氣循環(huán)流化床、爐內(nèi)噴鈣加爐后增濕活化及改進(jìn)后的NID得到了進(jìn)一步的發(fā)展，并趨于成熟。這些煙氣脫硫工藝的優(yōu)點(diǎn)是：脫硫率高（可達(dá)95%以上）、系統(tǒng)可利用率高、工藝流程簡單、系統(tǒng)電耗低、投資和運(yùn)行費(fèi)用低等。

2、干法煙氣脫硫技術(shù)介紹

2.1 NID煙氣循環(huán)流化床脫硫技術(shù)

NID干法煙氣脫硫技術(shù)是ALSTOM公司在半干法脫硫裝置的基礎(chǔ)上創(chuàng)造性開發(fā)的新一代的煙氣干法脫硫技術(shù)，它借鑒了半干法技術(shù)的脫硫原理，又克服了此種技術(shù)使用制漿系統(tǒng)而產(chǎn)生的弊端。因此具有投資低、設(shè)備緊湊的特點(diǎn)，適用于300MW及以下機(jī)組。

技術(shù)特點(diǎn)：

1.NID技術(shù)采用生石灰（CaO）的消化及灰循環(huán)增濕的一體化設(shè)計(jì)，保證新鮮消化的高質(zhì)量消石灰（Ca（OH）2）立刻投入循環(huán)脫硫反應(yīng)。

2.利用循環(huán)灰攜帶水分，在粉塵顆粒的表面形成水膜。粉塵顆粒表面的薄層水膜在一瞬間蒸發(fā)在煙氣流中，在極短的時間內(nèi)形成溫度和濕度適合的理想反應(yīng)環(huán)境。同時也克服了傳統(tǒng)半干法脫硫反應(yīng)器中可能出現(xiàn)的粘壁問題。

3.由于建立理想反應(yīng)環(huán)境的時間減少，使得總反應(yīng)時間大大降低成為可能，可有效地降低脫硫反應(yīng)器高度。

4.煙氣在反應(yīng)器中高速流動，整個裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、運(yùn)行可靠、裝置的負(fù)荷適應(yīng)性好。

5.脫硫副產(chǎn)物為干態(tài)，系統(tǒng)無水產(chǎn)生。終產(chǎn)物流動性好，適宜用氣力輸送。脫硫后煙氣不必再加熱可直接排放。

6.對吸收劑要求不高，可廣泛取得。

7.通過減小吸收塔的尺寸和降低占地面積以及避免采用復(fù)雜昂貴的消化制備系統(tǒng)，大大降低了初投資和運(yùn)行費(fèi)用。

8.脫硫效率高，可達(dá)90%以上。

技術(shù)參數(shù)：

鈣硫比（ Ca/S）：<1.4

物料循環(huán)次數(shù)：30—150

脫硫效率：>90%

SO3脫除效率：>99%

除塵效率：>99.9%

系統(tǒng)可利用率：>98% NID技術(shù)工藝原理圖

2.2 PW-CFB循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)

CFB循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)具有脫硫效率高、建設(shè)投資少、占地小、結(jié)構(gòu)簡單、易于操作、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，適用于中小型火力發(fā)電機(jī)組。

技術(shù)特點(diǎn)：

1.固體吸收劑粒子停留時間長；

2.固體吸收劑與SO2間的傳熱傳質(zhì)交換強(qiáng)烈；

3.脫硫效率高，對高硫煤（含硫3%以上）也能達(dá)到90%以上的脫硫效率；

4.由于床料循環(huán)利用，從而提高了吸收劑的利用率；在相同的脫硫效率下，與傳統(tǒng)的半干法比較，吸收劑可節(jié)省30%；

5.操作簡單，運(yùn)行可靠，反應(yīng)溫度可降至煙氣露點(diǎn)附近；

6.結(jié)構(gòu)緊湊，循環(huán)流化床反應(yīng)器不需要很大的空間，可實(shí)現(xiàn)大型化；

7.脫硫產(chǎn)物以固態(tài)排放；

8.無制漿系統(tǒng)；

9.對改造工程的電除塵器無需改造。

技術(shù)參數(shù)：

鈣硫比（ Ca/S）：<1.4

物料循環(huán)次數(shù)：30—100

脫硫效率：>80%

SO3脫除效率：>99%

除塵效率：>99.9%

系統(tǒng)可利用率：>98%

PW-CFB技術(shù)工藝原理圖

2.3爐內(nèi)煅燒（噴氨）循環(huán)流化床煙氣脫硫

爐內(nèi)煅燒循環(huán)流化床煙氣脫硫是在借鑒煙氣循環(huán)流化床脫硫技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過自主研發(fā)，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的干法脫硫技術(shù)，其最大的特點(diǎn)是選用價格低廉、來源廣泛的石灰石作為脫硫劑，脫硫劑適應(yīng)性強(qiáng)。同時可與鍋爐節(jié)能改造相配合，以提高鍋爐熱效率。

技術(shù)特點(diǎn)：

1.固體吸收劑與SO2間的傳熱傳質(zhì)交換強(qiáng)烈，床內(nèi)粒子碰撞，使吸收劑顆粒表面發(fā)生碰撞、磨蝕，不斷地去除反應(yīng)劑表面地反應(yīng)產(chǎn)物，暴露出新的反應(yīng)面；

2.通過床料在床內(nèi)反混及外置分離器可實(shí)現(xiàn)顆粒多次循環(huán)，以提供脫硫劑地利用率；

3.與電除塵器一體化設(shè)計(jì)；

4.采用石灰石為脫硫劑，使脫硫劑有非常強(qiáng)的適應(yīng)性；

5.與鍋爐節(jié)能改造同時進(jìn)行，可提高鍋爐的效率，并進(jìn)一步降低脫硫的運(yùn)行成本。

技術(shù)參數(shù)

鈣硫比（ Ca/S）：<1.4

物料循環(huán)次數(shù)：30—100

脫硫效率：>80%

SO3脫除效率：>99%

除塵效率：>99.9%

系統(tǒng)可利用率：>98%爐內(nèi)煅燒循環(huán)流化床煙氣脫硫工藝原理圖

3、循環(huán)流化床干法脫硫（CFB-FGD）工藝

根據(jù)國內(nèi)實(shí)際情況，目前我國干法技術(shù)運(yùn)用最廣泛、裝機(jī)容量最大的為循環(huán)流化床干法脫硫，故本次重點(diǎn)介紹循環(huán)流化床干法脫硫工藝。

3.1 工藝流程及原理說明

一個典型的CFB-FGD系統(tǒng)由預(yù)電除塵器系統(tǒng)、吸收劑制備及供應(yīng)系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、物料再循環(huán)系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、脫硫除塵器系統(tǒng)以及儀表控制系統(tǒng)等組成。首先從鍋爐的空氣預(yù)熱器出來的煙氣溫度一般為120～160℃左右，通過預(yù)除塵器后從底部進(jìn)入脫硫塔。然后煙氣通過脫硫塔下部的文丘里管的加速，進(jìn)入循環(huán)流化床床體，物料在循環(huán)流化床里，氣固兩相由于氣流的作用，產(chǎn)生激烈的湍動與混合，充分接觸，在上升的過程中，不斷形成絮狀物向下返回，而絮狀物在激烈湍動中又不斷解體重新被氣流提升，使得氣固間的滑落速度高達(dá)單顆粒滑落速度的數(shù)十倍；脫硫塔頂部結(jié)構(gòu)進(jìn)一步強(qiáng)化了絮狀物的返回，進(jìn)一步提高了塔內(nèi)顆粒的床層密度，使得床內(nèi)的Ca/S比高達(dá)50以上，SO2充分反應(yīng)。這種循環(huán)流化床內(nèi)氣固兩相流機(jī)制，極大地強(qiáng)化了氣固間的傳質(zhì)與傳熱，為實(shí)現(xiàn)高脫硫率提供了根本的保證。在文丘里的出口擴(kuò)管段設(shè)有噴水裝置，噴入的霧化水用以降低脫硫反應(yīng)器內(nèi)的煙溫，使煙溫降至高于煙氣露點(diǎn)20℃左右，從而使得SO2與Ca（OH）2的反應(yīng)轉(zhuǎn)化為可以瞬間完成的離子型反應(yīng)。吸收劑、循環(huán)脫硫灰在文丘里段以上的塔內(nèi)進(jìn)行第二步的充分反應(yīng)，生成副產(chǎn)物CaSO3·1/2H2O，此外還有與SO3、HF和HCl反應(yīng)生成相應(yīng)的副產(chǎn)物CaSO4·1/2H2O、CaF2、CaCl2·Ca（OH）2·2H2O等。煙氣在上升過程中，顆粒一部分隨煙氣被帶出脫硫塔，一部分因自重重新回流到循環(huán)流化床內(nèi)，進(jìn)一步增加了流化床的床層顆粒濃度和延長吸收劑的反應(yīng)時間。噴入的用于降低煙氣溫度的水，以激烈湍動的、擁有巨大的表面積的顆粒作為載體，在塔內(nèi)得到充分的蒸發(fā)，保證了進(jìn)入后續(xù)除塵器中的灰具有良好的流動狀態(tài)。

由于流化床中氣固間良好的傳熱、傳質(zhì)效果，SO3全部得以去除，加上排煙溫度始終控制在高于露點(diǎn)溫度20℃以上，因此煙氣不需要再加熱，同時整個系統(tǒng)也無須任何的防腐處理。

凈化后的含塵煙氣從脫硫塔頂部側(cè)向排出，然后轉(zhuǎn)向進(jìn)入脫硫后除塵器進(jìn)行氣固分離，再通過引風(fēng)機(jī)排入煙囪。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)，返回脫硫塔繼續(xù)參加反應(yīng)，如此循環(huán)。多余的少量脫硫灰渣通過倉泵設(shè)備外排。

在循環(huán)流化床脫硫塔中，Ca（OH）2與煙氣中的SO2和幾乎全部的SO3，HCl，HF等完成化學(xué)反應(yīng)，主要化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

Ca（OH）2+SO2=CaSO3·1/2H2O+1/2H2O

Ca（OH）2+SO3=CaSO4·1/2H2O+1/2H2O

CaSO3·1/2H2O+1/2O2=CaSO4·1/2H2O

Ca（OH）2+CO2=CaCO3+H2O

2Ca（OH）2+2HCl=CaCl2·Ca（OH）2·2H2O（>120℃）

Ca（OH）2+2HF=CaF2+2H2O

3.2 脫硫系統(tǒng)的組成

脫硫除塵改造工程脫硫除塵島主要由預(yù)電除塵器、吸收塔、脫硫除塵器、脫硫灰循環(huán)系統(tǒng)、吸收劑制備及供應(yīng)系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、流化風(fēng)系統(tǒng)、脫硫灰外排系統(tǒng)等組成。

1.煙氣系統(tǒng)

2.吸收塔系統(tǒng)

3.脫硫布袋除塵器

4.物料循環(huán)系統(tǒng)

5.吸收劑制備、輸送及供應(yīng)系統(tǒng)

6.工藝水系統(tǒng)

7.流化風(fēng)系統(tǒng)

8.氣力輸送系統(tǒng)

4、結(jié)論

由于循環(huán)流化床脫硫技術(shù)在占地、造價、操作、調(diào)節(jié)、維護(hù)、副產(chǎn)品無二次污染等方面的優(yōu)點(diǎn)，這種工藝越來越受到業(yè)主方的青睞。現(xiàn)在各國都在積極研究干法脫硫技術(shù)，并使之逐步向設(shè)備大型化、系統(tǒng)簡單化、控制自動化發(fā)展，所以國內(nèi)循環(huán)流化床脫硫技術(shù)應(yīng)用的比例也在逐步提高。隨著對循環(huán)流化床脫硫技術(shù)的深入認(rèn)識、研究和改進(jìn)以及對脫硫灰綜合利用的開發(fā)，循環(huán)流化床脫硫技術(shù)將會有更加廣闊的應(yīng)用前景。

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