孫美枝，王 凱

（太原鍋爐集團有限公司技術(shù)中心，山西 太原 030021）

1 流化床燃燒技術(shù)

循環(huán)流化床鍋爐以其較強的煤種適應(yīng)性，在燃燒過程中控制二氧化硫及氮氧化物的排放，較廣的負荷調(diào)節(jié)范圍成為電站鍋爐的投運方向。循環(huán)流化床燃燒是在鼓泡流化床燃燒的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，二者可統(tǒng)稱為流化床燃燒。在流化床燃燒中，流化床內(nèi)進行著一種劇烈的類似于流體沸騰運動的燃燒。在燃燒的鍋爐中有著大量的高溫顆粒流在爐內(nèi)循環(huán)。正是循環(huán)流化床的這一特點，使其能夠在回收硫資源時發(fā)揮強有力的優(yōu)勢。

2 常見電廠脫硫方式及其產(chǎn)物

為達到國家大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，電站鍋爐都在系統(tǒng)中布置了脫硫設(shè)備。而常規(guī)的電廠脫硫方式多為煙氣濕法脫硫和半干法脫硫。

2.1 濕法脫硫

石灰石/石灰——石膏濕法，鍋爐煙氣經(jīng)增壓風(fēng)機增壓，通過氣－氣熱交換器交換熱降溫后進入脫硫塔，自下而上流經(jīng)脫硫塔，與自上而下的石灰石/石灰漿液形成逆向流動，同時發(fā)生熱量交換和化學(xué)反應(yīng)，除去煙氣中的SO2。凈化后的煙氣經(jīng)除霧器除去煙氣中攜帶的液滴，通過氣－氣熱交換器升溫后從煙囪排出。反應(yīng)生成物亞硫酸鈣（化學(xué)式為CaSO4）進入脫硫塔底部的漿液池，被通過增氧風(fēng)機鼓入的空氣強制氧化，生成CaSO4，繼而生成石膏。通過增氧風(fēng)機鼓入空氣進行讓亞硫酸鈣強制氧化這一過程中存在如下狀態(tài)：1）要使亞硫酸鈣充分氧化，增氧風(fēng)機電耗大；2）增氧風(fēng)機鼓入的空氣若不能使亞硫酸鈣充分氧化，生成的石膏中必定亞硫酸鈣含量高。

2.2 半干法脫硫

噴霧干燥煙氣脫硫。經(jīng)破碎后石灰在消化池中經(jīng)消化后，與脫硫副產(chǎn)物和部分煤灰混合，制成混合漿液，經(jīng)漿液泵升壓送入旋轉(zhuǎn)噴霧器，經(jīng)霧化后在塔內(nèi)均勻分散。熱煙氣從塔頂切向進入煙氣分配器，同時與霧滴順流而下。霧滴在蒸發(fā)干燥的同時發(fā)生化學(xué)反應(yīng)吸收煙氣中的SO2。半干法脫硫的脫硫產(chǎn)物主要成分為亞硫酸鈣。亞硫酸鈣在堆放的過程中會緩慢的氧化，會吸收水體中的氧，成為新的威脅環(huán)境的污染源。因為目前的大部分電廠都為煙氣半干法或濕法脫硫，所以會有很大量的亞硫酸鈣生成，并對環(huán)境造成污染[1，2]。

3 分解亞硫酸鈣回收二氧化硫的原理

亞硫酸鈣在環(huán)境溫度達到699 ℃以上會被分解為氧化鈣和二氧化硫。在高溫條件下生成的二氧化硫經(jīng)冷卻后可直接回收，而且生成的氧化鈣也可以回收并可作為很好的脫硫劑用于電站鍋爐爐內(nèi)，用化學(xué)反應(yīng)方程式簡單的表達為：CaSO4→CaO+SO2。該反應(yīng)對發(fā)生反應(yīng)的環(huán)境有要求：一定要避免氧化，再者要求環(huán)境中其他氣體量要少。這樣該反應(yīng)才能有效分解，產(chǎn)生高濃度的二氧化硫。二氧化硫氣體可以直接冷卻后液化。利用循環(huán)流化床鍋爐中的高溫固體流作為固體熱載體可以為該反應(yīng)創(chuàng)造良好的溫度及反應(yīng)環(huán)境[3]。

圖1 循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

4 流化床技術(shù)用于回收硫資源的優(yōu)勢

典型的循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)由三部分組成：爐膛、分離器、返料裝置，如圖1 所示。循環(huán)流化床的主要特點是氣固兩相流。爐膛是實現(xiàn)燃燒的主要部位，爐膛由下部密相區(qū)和上部稀相區(qū)組成。密相區(qū)是顆粒密集區(qū)，它起著穩(wěn)定燃燒和床溫的作用。分離器是循環(huán)流化床鍋爐的核心部件，是循環(huán)流化床鍋爐區(qū)別于煤粉鍋爐的重要部分[4]。分離器的主要作用就是實現(xiàn)氣固分離，將煙氣和熱循環(huán)物料分離開。返料裝置，阻斷爐膛下部床層與分離器的氣路連通并有效地回送物料。流化床技術(shù)用于回收硫資源的優(yōu)勢突出表現(xiàn)為亞硫酸鈣的分解反應(yīng)創(chuàng)造無比良好的環(huán)境。

4.1 適合反應(yīng)的溫度

循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)是一個閉式循環(huán)系統(tǒng)，能保證有足夠的循環(huán)物料有效地進行上部傳熱和穩(wěn)定下部床溫。循環(huán)流化床的爐膛溫度高達850~900 ℃,產(chǎn)生的固體熱載體完全能夠滿足分解反應(yīng)的溫度要求。

4.2 大量的高溫循環(huán)灰顆粒

設(shè)計用于分解亞硫酸鈣的循環(huán)流化床鍋爐時，我們完全可以采用高的固氣比，這有些接近早期的鼓泡流化床燃燒技術(shù)。采用這種方式可以創(chuàng)造出更多的固體熱載體（高溫循環(huán)灰顆粒），并且可減少氣體含量。

4.3 少量的雜質(zhì)氣體

從爐膛出來的高溫?zé)煔庠诜蛛x器高速旋轉(zhuǎn)運動,密度大的顆粒被甩到筒壁面,實現(xiàn)了與密度小的氣體的分離；將大部分氣體分離帶出分離器帶去尾部與受熱面進行換熱，因此分離器中尤其下部的返料裝置中煙氣帶來的氣體量極少。

4.4 避免氧化的環(huán)境

我們利用密封的回料裝置，阻斷了爐膛下部床層與分離器的氣路連通，有效防止煙氣反竄，加之分離器的氣固分離，而且在返料裝置的返料風(fēng)配風(fēng)上用以惰性氣體或者還原性氣體，就確保了亞硫酸鈣的反應(yīng)環(huán)境，絕對地避免了氧化氛圍[5]。

流化床燃燒中，鍋爐內(nèi)大量的循環(huán)灰顆粒經(jīng)過流化床鍋爐的重要部件分離器氣固分離后高溫顆粒流中含的氣體量很小，且含氧量很低。這就為亞硫酸鈣的分解反應(yīng)創(chuàng)造了雜質(zhì)氣體少避免氧化環(huán)境的條件，也彰顯了循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)勢。

5 結(jié)束語

我國現(xiàn)有硫資源不足，每年需要大量進口硫磺，從2009 年01~10 月就進口約1 200 萬t 硫磺，而硫磺價格高達550 美元/t。分解亞硫酸鈣回收二氧化硫不僅解決了污染環(huán)境的問題，還能夠?qū)崿F(xiàn)可觀的經(jīng)濟效益，而且濕法脫硫工藝可以省去用鼓風(fēng)機強制氧化工序，直接產(chǎn)出亞硫酸鈣，將節(jié)省大量的電耗。

雖然循環(huán)流化床鍋爐以其較強的煤種適應(yīng)性，清潔燃燒以成為很多電站鍋爐的投運方向，但是我們?nèi)孕璨粩嗟亻_拓市場。循環(huán)流化床技術(shù)在回收硫資源中的應(yīng)用，就為循環(huán)流化床鍋爐找到了新的市場方向，其意義不同于在電站鍋爐中的運用，主要利用的是循環(huán)流化床鍋爐所獨特具有的高溫循環(huán)灰。

[1] 李守信，紀(jì)立國，于軍玲，等.石灰石石膏濕法煙氣脫硫工藝原理[J].華北電力大學(xué)學(xué)報，2002(4)：91-94.

[2] 楊柳春.半干法煙氣脫硫技術(shù)在我國的應(yīng)用[J].江西能源，2005(3)：24-26.

[3] 朱強，芮新紅.循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備及系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2008.

[4] LIFAC Nearing Marketability.CleanCoalToday[R].US Depart?ment of Energy Report DOE/FE-0215P-21,1996：1-21.

[5] FEHsu,BBBhagat,SKMarchant,VMNorwood,etal.The Clean Coal Technoloty Program.10-MWe Demenonstration of Gas suspension Absorprion for Flue Gas Desulfurization [R]. US Department of Energy Report.1997：1-68.