1、雙循環流化床半干法煙氣懸浮脫硫工藝 作 者：馬春元 發文日期：(2002-09-08) 本文章被瀏覽:1493 摘 要 文中介紹了一種雙循環流化床煙氣半干法懸浮脫硫工藝及其工業中試情況。并就適應于135（125）MW機組鍋爐煙氣脫硫工藝進行了技術方案分析。關鍵詞 脫硫 雙循環 流化床 125MW機組1 概述煙氣雙循環流化床半干法懸浮脫硫裝置利用流化床原理，將脫硫劑流態化，煙氣與脫硫劑在懸浮狀態下進行脫硫反應。脫硫劑及灰循環利用，提高了脫硫塔內的脫硫劑濃度，增加了脫硫反應幾率，同時提高了脫硫效率及脫硫劑的利用率。與濕法脫硫工藝相比，煙氣雙循環流化半干法懸浮脫硫工藝具有優勢：沒有腐蝕、帶水等難對付

2、的問題，沒有水的二次污染；因不用水處理、不用煙氣加熱而具有較低的投資。煙氣雙循環流化床半干法懸浮脫硫裝置是適應35t/h670t/h鍋爐，與靜電除塵器良好配合的一種高效脫硫裝置。該裝置已完成工業性優化試驗及工業示范。表現出高的脫硫效率（90%）和與靜電除塵器的良好配合特性。設計指標：脫硫效率90%，脫硫裝置阻力1000Pa，鈣硫比1.31.2。根據國家環境保護總局、國家經濟貿易委員會、科學技術部文件（環發200226號）關于發布燃煤二氧化硫排放污染防治技術政策的通知中、及國家電力公司文件（國電科2001531號）國家電力公司關于燃煤電廠建設脫硫除塵裝置等有關情況的報告中明確指出：電廠鍋爐煙氣脫

3、硫的技術路線是：1）。2）燃用中低硫煤（含硫2%）的中小電廠鍋爐（200MW），或是剩余壽命低于10年的老機組建設煙氣脫硫設施時，宜優先采用半干法、干法或其它費用較低的成熟技術，脫硫效率應保證在75%以上，。煙氣雙循環流化床半干法懸浮脫硫工藝符合國家技術政策，是適應于135（125）MW機組的煙氣脫硫方案。2 煙氣雙循環流化床半干法懸浮脫硫工藝2.1 技術定義與工藝流程煙氣雙循環流化床半干法懸浮脫硫裝置是一種兩級慣性分離、內外雙重循環的煙氣循環流化床懸浮脫硫裝置。其主要構成：流化裝置及濃相懸浮脫硫反應塔、頂部慣性分離器、與除塵器配套的百葉窗慣性分離裝置（或下排風式低阻旋風分離器）、脫硫灰回送及

4、脫硫劑添加機構、控制系統。其工作原理是煙氣經流化裝置，把脫硫劑及脫硫灰流化并進入脫硫反應塔，進行脫硫半干式洗滌；在脫硫反應塔頂部的慣性分離器對高含灰煙氣進行初步分離，分離出的脫硫灰靠重力直接進入脫硫反應塔，形成內循環方式。初步分離后的煙氣進入二級分離器進行二級氣固分離，然后煙氣進入靜電除塵器或布袋除塵器，除塵后由引風機排出。二級分離出的脫硫灰由灰料輸送裝置回送，形成脫硫灰的外循環方式。本技術構成了脫硫灰的內循環、外循環的雙重循環特征；構成了兩級慣性分離串聯的氣固分離特征。若初級分離效率為1，二級分離效率為2，則總分離效率=1+（1-1）2。若兩級分離效率分別為90%，則總效率高達99%；若兩級

5、分離效率分別為80%，則總分離效率仍高達96%。分離器是構成循環的關鍵部件，對分離器的要求是阻力低，具有適當的分離效率。2.2工藝特點(1)脫硫及其效率 本工藝以石灰為脫硫吸收劑的（半）干法煙氣脫硫系統。其主要反應為： Ca（OH）2+SO2CaSO31/2H2O+1/2H2O CaSO3+1/202CaSO4噴入吸收塔水分的作用是調質、降溫，在煙氣的干燥下，水分蒸發。本技術的脫硫效率可達到90%以上，與濕法相當。這決定于懸浮吸收塔內有良好的傳熱特性，塔內在接近煙氣絕熱溫度的條件下運行，噴入的石灰漿反應后快速干燥，允許煙氣的停留時間短，同時產生干態脫硫產物；脫硫灰循環倍率高，塔內顆粒濃，固體顆

6、粒的表面積大，SO2的吸收在顆粒表面進行，傳質得到強化。(2)接近煙氣絕熱飽和溫度下運行 當煙氣接近絕熱飽和溫度時，脫硫效率及鈣利用率提高。常規的噴霧干燥法不能在煙氣過飽和溫度（反應器出口煙溫與煙氣的絕熱飽和溫度之差）小于11的條件下運行，否則會使顆粒團粘。在懸浮反應塔內，傳質與傳熱得到加強，使噴入的石灰漿得到徹底的干燥，從而可在煙氣過飽和溫度較低的條件下安全運行。(3)石灰耗量 鈣硫比定義為系統入口的SO2摩爾數與進入系統鈣的摩爾數之比。因為煙氣可在較低的溫度下運行，脫硫效率高、鈣利用率高，因而鈣硫比低，石灰耗量少。鈣硫比1.21.3。(4)脫硫副產品 懸浮吸收系統的脫硫副產品為硫酸鈣、亞硫

7、酸鈣及鍋爐飛灰組成的混合物。脫硫灰的濕度小于1%，脫硫灰不粘結。對脫硫副產品的處理可以采用與鍋爐飛灰相同的方式進行處置。2.3 控制系統為了保障正常運行，系統設置三個主要的自動控制回路：(1) 根據煙氣出口的SO2濃度及煙氣量控制石灰漿（或石灰）給料量，保證達到脫硫效率必須的鈣硫比。煙氣進口的SO2濃度參數用來校正或微調脫硫劑的給料量。(2) 根據煙氣出口的煙氣露點（溫度）直接調節噴水量，使系統反應溫度接近露點達到最佳反應狀態。(3) 保證脫硫塔內的氣固比使脫硫灰達到一定濃度，才能有較高的脫硫效率。脫硫塔反應器內的氣固比由循環灰量確定，氣固比的變化反映出脫硫塔壓差的變化。因此，可根據脫硫塔的壓

8、差，通過控制脫硫灰的回送量(或排走量)來調節脫硫塔內的脫硫灰量。2.4脫硫劑采用石灰漿作為脫硫劑，其石灰消化工藝及其輸送簡單、方便，調節容易。2.5脫硫灰處理方式電廠除灰方式有干除灰和濕除灰兩種。當為干除灰時，灰中摻和部分脫硫產物，可作為高鈣灰利用。某些應用場合可提高灰的價值及可用性。對于濕除灰系統，因灰中石灰的摻入，輸灰系統的pH值提高，加劇了系統的結垢。因此，要考慮濕除灰系統的防垢措施。2.6 裝置及其布置脫硫塔采用雙循環方式，初級分離設置在主塔內，二級分離為外置下排旋風式，易于布置和支撐。脫硫塔的煙氣進出口設置方便。脫硫塔設置在鍋爐與靜電除塵器之間，可直接與靜電除塵器連接，或設置旁路與靜

9、電除塵器連接。旁路具有一定的運行靈活性。設置旁路時相應設置切換煙道門。脫硫塔下部應設置灰渣清除設備，外置分離器下部設置灰的回送裝置，塔體設置溫度、濕度、露點、壓力或差壓監測點。 3 75t/h鍋爐煙氣脫硫工業中試情況3.1 中試裝置基于上述工藝的脫硫裝置在青島一75t/h鍋爐工程實施，并通過山東省環保監測中心站的監測。監測結果：在鈣硫比1.31.2，煙氣出口溫度70的條件下，脫硫效率高于90%（煙氣入口SO2濃度為3500mg/m3）。該裝置采用內置慣性分離、外置下排式旋風分離，構成雙循環流化床特征。采用螺旋輸送機回送灰料，多余灰料送往靜電除塵器灰斗。采用文丘里流化雙塔結構。脫硫劑配制成10%

10、20%濃度的石灰漿，并儲存罐中待用。石灰漿采用壓力霧化方式。 脫硫對靜電除塵器的影響：脫硫運行致使靜電除塵器的運行電壓、電流升高，稍超額定值。通過改變為定壓運行方式，使問題得以解決。脫硫運行對煙氣調質，提高除塵效率。原靜電除塵器排放濃度在線指示值為350mg/m3，脫硫運行后，排放濃度在線指示值為200 mg/m350mg/m3，除塵效率明顯提高。脫硫塔阻力為500Pa，適應原風機動力，脫硫運行后鍋爐仍可正常運行。3.2 Ca/S摩爾比對脫硫效率的影響圖1是在典型工況下， Ca/S摩爾比對脫硫效率影響的實驗結果。由圖1可見，當Ca/S=1.21.3時，脫硫效率在90%左右，需要指出的是，在循環

11、流化床煙氣脫硫中，由于固體顆粒物的多次循環，實際脫硫塔內的Ca/S遠大于進料Ca/S，從而使脫硫裝置在較低的進料Ca/S條件下，維持較高的脫硫效率。在鈣硫比大于2以后，脫硫效率隨鈣硫比的增加而增加的幅度開始變小，鈣的利用率開始下降。因此單純增加吸收劑的噴入量已難以大幅度地提高脫硫效率。3.3 近絕熱飽和溫度對脫硫效率的影響近絕熱飽和溫度(T)是出口煙溫與煙氣絕熱飽和溫度之差，它對脫硫效率的影響如圖2所示，近絕熱飽和溫度對脫硫裝置的脫硫效率和穩定運行起著重要作用，一方面為取得較高的脫硫效率，T越小越好，因為T小，漿液蒸發慢，液相存在時間長，脫硫劑與煙氣中SO2的離子反應時間長，脫硫效率高。另一方

12、面必須保證脫硫劑到達脫硫塔出口前完全干燥，以及整個脫硫系統在露點以上安全運行，否則將引起系統粘壁阻塞和結露。因此，必須保持較大的T。當鍋爐的工況不斷地變化，脫硫裝置噴漿量和噴水量不斷變化時，煙氣的露點變化較大，從而使過飽和溫度處于一個動態的變化過程，所以半干式循環流化床煙氣脫硫對控制系統要求較高。當噴漿量一定的條件下，T通過調節噴水量控制。本脫硫裝置T在811范圍內安全運行。當Ca/S=1.2時，脫硫效率達90%.3.4 固體顆粒物濃度對脫硫效率的影響固體顆粒物濃度對脫硫效率的影響如圖3所示，由于采用變頻調速控制絞龍直接回料，使回料量精確可調，從而實現脫硫塔內濃度的控制。由圖3可以看出，脫硫效

13、率隨著固體顆粒物濃度的增加而增加，固體顆粒物的循環可以使脫硫效率提高10%20%，由于脫硫裝置采用脫硫灰的內循環、外循環的雙重循環工藝，使脫硫塔內的固體顆粒物的濃度顯著提高，可達到1000g/m3，綜合考慮，脫硫塔內濃度一般控制在600g/m3800g/m3為宜。3.5 SO2入口濃度對脫硫效率的影響 圖4給出了SO2入口濃度對脫硫效率的影響，可以看出，脫硫效率隨著入口濃度的增加而略有增加，這是因為當Ca/S一定時，隨著入口濃度的增加，噴漿的絕對量必然增加，相應地增加了脫硫塔內的水量，延長了脫硫劑的有效停留時間，使脫硫效率增大。根據氣液溶解平衡理論，一方面，SO2濃度提高，則SO2氣相分壓增大

14、，將使液相的溶解分率減少，降低了脫硫反應速率；另一方面，SO2氣相分壓增大，將使與脫硫劑反應的傳質阻力降低，有助于提高脫硫效率，因此，綜合作用的結果使入口濃度對脫硫效率影響不大。3.6 脫硫塔內沿程溫度變化沿脫硫裝置依次布置了6個溫度測點，圖5出了不同工況下，脫硫裝置沿程溫度的變化，入口煙氣溫度變化范圍：175185 之間變化， 出口煙氣溫度：75，整個脫硫裝置進行了保溫。可以看出，對單層噴漿方式，在往塔內噴漿、噴水試驗時，測點1和測點2之間出現急劇的溫度下降，形成一個低溫區，甚至在漿液量達到一定程度后出現測點1和測點2之間的溫度低于出口溫度，然后又緩慢回升的情況，而不是溫度沿測點依次遞減。溫

15、度測點2距離漿液噴入點距離較近，在快速流動的煙氣流中，被霧化的漿液尚主要集中在通流面的中央部分，使得通流截面的局部溫度過低，隨著漿液、固體顆粒物和煙氣的充分混合，煙氣溫度分布趨向平緩。對于多層噴漿方式，整個塔內溫度比較均勻。雙循環流化床煙氣半干法懸浮脫硫裝置適應中小型電站鍋爐的煙氣凈化，與靜電除塵器有良好的適配性。該裝置投資低，運行費用中下，并有高的脫硫效率（90%）。該技術工藝符合國家環保總局關于我國脫硫裝置的技術政策，具有推廣價值。4 135（125）MW機組的脫硫方案4.1吸收劑供應脫硫工藝要考慮到脫硫劑的性質與供應。雙循環流化床煙氣半干法懸浮脫硫工藝使用石灰作為脫硫劑。罐車運送石灰粉至

16、脫硫現場的儲存罐，或塊狀石灰運送到電廠直接消化制漿；脫硫劑儲存罐位置可方便的安放在就近適當位置。4.2 脫硫副產物處置及綜合利用4.2.1 脫硫副產品的系統方案懸浮半干法吸收系統的脫硫副產品分兩部分：一部分是脫硫塔底部直接排出的脫硫灰粒，另一部分是指脫硫塔后電除塵除下的灰，這部分脫硫灰的濕度小，不黏結，可以采用與鍋爐飛灰相同的方式進行處理。兩部分副產物均為硫酸鈣、亞硫酸鈣、氫氧化鈣及鍋爐飛灰組成的混合物。其中第二部分灰在數量上占多數。脫硫塔底部脫硫灰的處理方案：考慮塔內由于負荷變動引起結垢而可能導致落較大灰塊，從而堵住落灰口，所以灰處理系統應包括一套碎渣裝置，碎渣裝置安裝在脫硫塔內底部。碎渣裝

17、置考慮葉片式和滾筒式兩種方案：葉片式碎渣器碎渣效果好，但葉片機械強度要求高；滾筒式碎渣器機械強度好，但可能存在大塊不好粉碎的情況。由于脫硫塔內式負壓運行，所以脫硫灰粉碎后要經過一鎖氣器排出脫硫塔。如果采用干排方案，排出脫硫灰用皮帶運至固定位置，定期用卡車運走，可用于路基材料等非結構性場合；如果采用濕排方案，排出的脫硫灰用激流噴嘴沖走與鍋爐沖灰水匯合，然后隨沖灰水一起排到灰場貯存。4.2.2 脫硫副產品的利用經過以往的工程施工實踐，對于本工藝流程脫硫副產物的成分做了較為嚴格的測試，從現場取回的灰樣，在使用了諸如掃描電鏡，能譜分析，x射線衍射分析等多種測試方法后，其主要成分有，CaSO42H2O，

18、CaSO31/2H2O，水合硅酸鹽（CaO- SiO2-H2O）, CaSO4另外還含有CaCO3,SiO2，Ca（OH）2等物質。脫硫后的粉煤灰氧化鈣的含量增加，利用價值提高，脫硫灰綜合利用有其特殊性。具體用途、具體工藝，尚待脫流后取樣化驗具體成份后，確定用途、添加量和工藝過程調整。用作混凝土時，脫硫灰中各種鈣物質折合氧化鈣含量可達到1930%，游離氧化鈣含量可達：510%。一般具有需水性低、活性高和可自硬性等特征，這與高鈣粉煤灰的特征相類似。應用時參照高鈣粉煤灰混凝土應用技術規程（上海市標準）（DBJO8-230-98），高鈣粉煤灰的質量指標。干排方式得到的脫硫灰經化驗，若成分符合應用指標

19、，即可仿照高鈣粉煤灰的利用情況對脫硫灰進行利用：符合標準的脫硫灰可在混凝土中以小于等于10%的摻量應用。如果脫硫灰摻量大于10%，則應根據國家標準GB1346-89規定的水泥安全性試驗方法，采用工程使用的水泥和摻量，進行安全性復核試驗，以膨脹值小于等于5mm為合格標準。符合標準的脫硫灰的物理力學性能與普通低鈣粉煤灰混凝土相當，早期強度相對較高，收縮徐變相對較低，可用作一般建筑工程的無筋混凝土。配制泵送混凝土、大體積混凝土、抗滲混凝土、蒸養混凝土、輕骨料混凝土、地下工程混凝土、水下工程混凝土、壓漿混凝土和碾壓混凝土等均可摻用符合標準的脫硫灰。脫硫灰利用，需要測定粉煤灰（脫硫前）、脫硫灰（脫硫的）

20、成份。電廠脫硫副產物的綜合利用途徑：A、用于道路建設；B、制造墻體磚；C、用于礦山建設；D、堤壩建設。4.3 脫硫塔布置已建發電機組鍋爐房后均未預留脫硫場地。尾部煙道上行、水平煙道進入電除塵器，這樣在鍋爐與電除塵器之間有空間安裝脫硫塔。在上行煙道上將煙氣引出送入脫硫塔，脫硫塔設在鍋爐房9m平臺外墻與靜電除塵器之間。本脫硫工程按1臺鍋爐配兩座吸收塔（雙塔）設計。左右塔各處理一路煙氣，各由鍋爐出口煙道引出煙氣，處理完后由上方進入靜電除塵器前的水平煙道，原有煙道基本不變，合理布置風門，形成旁路煙道與脫硫塔煙道并聯的布置方式。吸收塔為圓柱體、鋼結構，防腐內襯。脫硫塔本體分為：底部排灰裝置，流化裝置、塔

21、體、分離器和回料裝置幾部分。4.4 供水、供電 供水：脫硫系統用水量約為50t/h。水源供應考慮兩種方案：一、采用工業水；二、采用凈化后的污水。或以污水處理中水為主，工業水備用。供電：FGD裝置用電400KW，其中200 kw為風機增加功率，200kw為附屬設備用電。附屬設備需要380V、220V兩種電壓，采用國產供電設備。不同機組耗電有別。4.5 FGD裝置和現有系統的配合與影響A、現有系統對FGD裝置的影響當鍋爐負荷和燃煤含硫量在一定范圍內變化時，FGD系統通過控制系統，對吸收劑供給量、吸收塔噴嘴進行調整，FGD仍可在高效的脫硫效率下正常運行。為避免FGD裝置對鍋爐運行的影響，原煙道留作為

22、旁路，當FGD故障時，煙氣走旁路繞過FGD裝置，直接進入靜電除塵器。B、FGD裝置對現有系統運行的影響鍋爐正常運行時，FGD系統同時運行，只在特殊情況和故障情況時允許FGD系統旁路運行，此時鍋爐在無FGD裝置情況(煙氣通過旁路煙道)運行。FGD裝置通過控制系統，自動控制、指示、記錄整個過程，使FGD裝置能正常運行。并且，FGD裝置處于何種工況下運行都不對發電機組產生任何影響。C、FGD裝置對靜電除塵器的影響影響電除塵器（ESP）的因素主要有：煙氣量、粉塵比電阻、粉塵粒徑、氣流分布均勻性和煙氣含塵濃度等。脫硫后影響ESP除塵效率的幾項因素是：由于脫硫塔內噴入了石灰漿液，脫硫反應后的產物是硫酸鈣和亞硫酸鈣及未