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双循环流化床半干法烟气悬浮脱硫工艺 作 者：马春元 发文日期：(2002-09-08) 本文章被浏览:1493 摘 要 文中介绍了一种双循环流化床烟气半干法悬浮脱硫工艺及其工业中试情况。并就适应于135（125）MW机组锅炉烟气脱硫工艺进行了技术方案分析。关键词 脱硫 双循环 流化床 125MW机组1 概述烟气双循环流化床半干法悬浮脱硫装置利用流化床原理，将脱硫剂流态化，烟气与脱硫剂在悬浮状态下进行脱硫反应。脱硫剂及灰循环利用，提高了脱硫塔内的脱硫剂浓度，增加了脱硫反应几率，同时提高了脱硫效率及脱硫剂的利用率。与湿法脱硫工艺相比，烟气双循环流化半干法悬浮脱硫工艺具有优势：没有腐蚀、带水等难对付的问题，没有水的二次污染；因不用水处理、不用烟气加热而具有较低的投资。烟气双循环流化床半干法悬浮脱硫装置是适应35t/h670t/h锅炉，与静电除尘器良好配合的一种高效脱硫装置。该装置已完成工业性优化试验及工业示范。表现出高的脱硫效率（90%）和与静电除尘器的良好配合特性。设计指标：脱硫效率90%，脱硫装置阻力1000Pa，钙硫比1.31.2。根据国家环境保护总局、国家经济贸易委员会、科学技术部文件（环发200226号）关于发布燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策的通知中、及国家电力公司文件（国电科2001531号）国家电力公司关于燃煤电厂建设脱硫除尘装置等有关情况的报告中明确指出：电厂锅炉烟气脱硫的技术路线是：1）。2）燃用中低硫煤（含硫2%）的中小电厂锅炉（200MW），或是剩余寿命低于10年的老机组建设烟气脱硫设施时，宜优先采用半干法、干法或其它费用较低的成熟技术，脱硫效率应保证在75%以上，。烟气双循环流化床半干法悬浮脱硫工艺符合国家技术政策，是适应于135（125）MW机组的烟气脱硫方案。2 烟气双循环流化床半干法悬浮脱硫工艺2.1 技术定义与工艺流程烟气双循环流化床半干法悬浮脱硫装置是一种两级惯性分离、内外双重循环的烟气循环流化床悬浮脱硫装置。其主要构成：流化装置及浓相悬浮脱硫反应塔、顶部惯性分离器、与除尘器配套的百叶窗惯性分离装置（或下排风式低阻旋风分离器）、脱硫灰回送及脱硫剂添加机构、控制系统。其工作原理是烟气经流化装置，把脱硫剂及脱硫灰流化并进入脱硫反应塔，进行脱硫半干式洗涤；在脱硫反应塔顶部的惯性分离器对高含灰烟气进行初步分离，分离出的脱硫灰靠重力直接进入脱硫反应塔，形成内循环方式。初步分离后的烟气进入二级分离器进行二级气固分离，然后烟气进入静电除尘器或布袋除尘器，除尘后由引风机排出。二级分离出的脱硫灰由灰料输送装置回送，形成脱硫灰的外循环方式。本技术构成了脱硫灰的内循环、外循环的双重循环特征；构成了两级惯性分离串联的气固分离特征。若初级分离效率为1，二级分离效率为2，则总分离效率=1+（1-1）2。若两级分离效率分别为90%，则总效率高达99%；若两级分离效率分别为80%，则总分离效率仍高达96%。分离器是构成循环的关键部件，对分离器的要求是阻力低，具有适当的分离效率。2.2工艺特点(1)脱硫及其效率 本工艺以石灰为脱硫吸收剂的（半）干法烟气脱硫系统。其主要反应为： Ca（OH）2+SO2CaSO31/2H2O+1/2H2O CaSO3+1/202CaSO4喷入吸收塔水分的作用是调质、降温，在烟气的干燥下，水分蒸发。本技术的脱硫效率可达到90%以上，与湿法相当。这决定于悬浮吸收塔内有良好的传热特性，塔内在接近烟气绝热温度的条件下运行，喷入的石灰浆反应后快速干燥，允许烟气的停留时间短，同时产生干态脱硫产物；脱硫灰循环倍率高，塔内颗粒浓，固体颗粒的表面积大，SO2的吸收在颗粒表面进行，传质得到强化。(2)接近烟气绝热饱和温度下运行 当烟气接近绝热饱和温度时，脱硫效率及钙利用率提高。常规的喷雾干燥法不能在烟气过饱和温度（反应器出口烟温与烟气的绝热饱和温度之差）小于11的条件下运行，否则会使颗粒团粘。在悬浮反应塔内，传质与传热得到加强，使喷入的石灰浆得到彻底的干燥，从而可在烟气过饱和温度较低的条件下安全运行。(3)石灰耗量 钙硫比定义为系统入口的SO2摩尔数与进入系统钙的摩尔数之比。因为烟气可在较低的温度下运行，脱硫效率高、钙利用率高，因而钙硫比低，石灰耗量少。钙硫比1.21.3。(4)脱硫副产品 悬浮吸收系统的脱硫副产品为硫酸钙、亚硫酸钙及锅炉飞灰组成的混合物。脱硫灰的湿度小于1%，脱硫灰不粘结。对脱硫副产品的处理可以采用与锅炉飞灰相同的方式进行处置。2.3 控制系统为了保障正常运行，系统设置三个主要的自动控制回路：(1) 根据烟气出口的SO2浓度及烟气量控制石灰浆（或石灰）给料量，保证达到脱硫效率必须的钙硫比。烟气进口的SO2浓度参数用来校正或微调脱硫剂的给料量。(2) 根据烟气出口的烟气露点（温度）直接调节喷水量，使系统反应温度接近露点达到最佳反应状态。(3) 保证脱硫塔内的气固比使脱硫灰达到一定浓度，才能有较高的脱硫效率。脱硫塔反应器内的气固比由循环灰量确定，气固比的变化反映出脱硫塔压差的变化。因此，可根据脱硫塔的压差，通过控制脱硫灰的回送量(或排走量)来调节脱硫塔内的脱硫灰量。2.4脱硫剂采用石灰浆作为脱硫剂，其石灰消化工艺及其输送简单、方便，调节容易。2.5脱硫灰处理方式电厂除灰方式有干除灰和湿除灰两种。当为干除灰时，灰中掺和部分脱硫产物，可作为高钙灰利用。某些应用场合可提高灰的价值及可用性。对于湿除灰系统，因灰中石灰的掺入，输灰系统的pH值提高，加剧了系统的结垢。因此，要考虑湿除灰系统的防垢措施。2.6 装置及其布置脱硫塔采用双循环方式，初级分离设置在主塔内，二级分离为外置下排旋风式，易于布置和支撑。脱硫塔的烟气进出口设置方便。脱硫塔设置在锅炉与静电除尘器之间，可直接与静电除尘器连接，或设置旁路与静电除尘器连接。旁路具有一定的运行灵活性。设置旁路时相应设置切换烟道门。脱硫塔下部应设置灰渣清除设备，外置分离器下部设置灰的回送装置，塔体设置温度、湿度、露点、压力或差压监测点。 3 75t/h锅炉烟气脱硫工业中试情况3.1 中试装置基于上述工艺的脱硫装置在青岛一75t/h锅炉工程实施，并通过山东省环保监测中心站的监测。监测结果：在钙硫比1.31.2，烟气出口温度70的条件下，脱硫效率高于90%（烟气入口SO2浓度为3500mg/m3）。该装置采用内置惯性分离、外置下排式旋风分离，构成双循环流化床特征。采用螺旋输送机回送灰料，多余灰料送往静电除尘器灰斗。采用文丘里流化双塔结构。脱硫剂配制成10%20%浓度的石灰浆，并储存罐中待用。石灰浆采用压力雾化方式。 脱硫对静电除尘器的影响：脱硫运行致使静电除尘器的运行电压、电流升高，稍超额定值。通过改变为定压运行方式，使问题得以解决。脱硫运行对烟气调质，提高除尘效率。原静电除尘器排放浓度在线指示值为350mg/m3，脱硫运行后，排放浓度在线指示值为200 mg/m350mg/m3，除尘效率明显提高。脱硫塔阻力为500Pa，适应原风机动力，脱硫运行后锅炉仍可正常运行。3.2 Ca/S摩尔比对脱硫效率的影响图1是在典型工况下， Ca/S摩尔比对脱硫效率影响的实验结果。由图1可见，当Ca/S=1.21.3时，脱硫效率在90%左右，需要指出的是，在循环流化床烟气脱硫中，由于固体颗粒物的多次循环，实际脱硫塔内的Ca/S远大于进料Ca/S，从而使脱硫装置在较低的进料Ca/S条件下，维持较高的脱硫效率。在钙硫比大于2以后，脱硫效率随钙硫比的增加而增加的幅度开始变小，钙的利用率开始下降。因此单纯增加吸收剂的喷入量已难以大幅度地提高脱硫效率。3.3 近绝热饱和温度对脱硫效率的影响近绝热饱和温度(T)是出口烟温与烟气绝热饱和温度之差，它对脱硫效率的影响如图2所示，近绝热饱和温度对脱硫装置的脱硫效率和稳定运行起着重要作用，一方面为取得较高的脱硫效率，T越小越好，因为T小，浆液蒸发慢，液相存在时间长，脱硫剂与烟气中SO2的离子反应时间长，脱硫效率高。另一方面必须保证脱硫剂到达脱硫塔出口前完全干燥，以及整个脱硫系统在露点以上安全运行，否则将引起系统粘壁阻塞和结露。因此，必须保持较大的T。当锅炉的工况不断地变化，脱硫装置喷浆量和喷水量不断变化时，烟气的露点变化较大，从而使过饱和温度处于一个动态的变化过程，所以半干式循环流化床烟气脱硫对控制系统要求较高。当喷浆量一定的条件下，T通过调节喷水量控制。本脱硫装置T在811范围内安全运行。当Ca/S=1.2时，脱硫效率达90%.3.4 固体颗粒物浓度对脱硫效率的影响固体颗粒物浓度对脱硫效率的影响如图3所示，由于采用变频调速控制绞龙直接回料，使回料量精确可调，从而实现脱硫塔内浓度的控制。由图3可以看出，脱硫效率随着固体颗粒物浓度的增加而增加，固体颗粒物的循环可以使脱硫效率提高10%20%，由于脱硫装置采用脱硫灰的内循环、外循环的双重循环工艺，使脱硫塔内的固体颗粒物的浓度显著提高，可达到1000g/m3，综合考虑，脱硫塔内浓度一般控制在600g/m3800g/m3为宜。3.5 SO2入口浓度对脱硫效率的影响 图4给出了SO2入口浓度对脱硫效率的影响，可以看出，脱硫效率随着入口浓度的增加而略有增加，这是因为当Ca/S一定时，随着入口浓度的增加，喷浆的绝对量必然增加，相应地增加了脱硫塔内的水量，延长了脱硫剂的有效停留时间，使脱硫效率增大。根据气液溶解平衡理论，一方面，SO2浓度提高，则SO2气相分压增大，将使液相的溶解分率减少，降低了脱硫反应速率；另一方面，SO2气相分压增大，将使与脱硫剂反应的传质阻力降低，有助于提高脱硫效率，因此，综合作用的结果使入口浓度对脱硫效率影响不大。3.6 脱硫塔内沿程温度变化沿脱硫装置依次布置了6个温度测点，图5出了不同工况下，脱硫装置沿程温度的变化，入口烟气温度变化范围：175185 之间变化， 出口烟气温度：75，整个脱硫装置进行了保温。可以看出，对单层喷浆方式，在往塔内喷浆、喷水试验时，测点1和测点2之间出现急剧的温度下降，形成一个低温区，甚至在浆液量达到一定程度后出现测点1和测点2之间的温度低于出口温度，然后又缓慢回升的情况，而不是温度沿测点依次递减。温度测点2距离浆液喷入点距离较近，在快速流动的烟气流中，被雾化的浆液尚主要集中在通流面的中央部分，使得通流截面的局部温度过低，随着浆液、固体颗粒物和烟气的充分混合，烟气温度分布趋向平缓。对于多层喷浆方式，整个塔内温度比较均匀。双循环流化床烟气半干法悬浮脱硫装置适应中小型电站锅炉的烟气净化，与静电除尘器有良好的适配性。该装置投资低，运行费用中下，并有高的脱硫效率（90%）。该技术工艺符合国家环保总局关于我国脱硫装置的技术政策，具有推广价值。4 135（125）MW机组的脱硫方案4.1吸收剂供应脱硫工艺要考虑到脱硫剂的性质与供应。双循环流化床烟气半干法悬浮脱硫工艺使用石灰作为脱硫剂。罐车运送石灰粉至脱硫现场的储存罐，或块状石灰运送到电厂直接消化制浆；脱硫剂储存罐位置可方便的安放在就近适当位置。4.2 脱硫副产物处置及综合利用4.2.1 脱硫副产品的系统方案悬浮半干法吸收系统的脱硫副产品分两部分：一部分是脱硫塔底部直接排出的脱硫灰粒，另一部分是指脱硫塔后电除尘除下的灰，这部分脱硫灰的湿度小，不黏结，可以采用与锅炉飞灰相同的方式进行处理。两部分副产物均为硫酸钙、亚硫酸钙、氢氧化钙及锅炉飞灰组成的混合物。其中第二部分灰在数量上占多数。脱硫塔底部脱硫灰的处理方案：考虑塔内由于负荷变动引起结垢而可能导致落较大灰块，从而堵住落灰口，所以灰处理系统应包括一套碎渣装置，碎渣装置安装在脱硫塔内底部。碎渣装置考虑叶片式和滚筒式两种方案：叶片式碎渣器碎渣效果好，但叶片机械强度要求高；滚筒式碎渣器机械强度好，但可能存在大块不好粉碎的情况。由于脱硫塔内式负压运行，所以脱硫灰粉碎后要经过一锁气器排出脱硫塔。如果采用干排方案，排出脱硫灰用皮带运至固定位置，定期用卡车运走，可用于路基材料等非结构性场合；如果采用湿排方案，排出的脱硫灰用激流喷嘴冲走与锅炉冲灰水汇合，然后随冲灰水一起排到灰场贮存。4.2.2 脱硫副产品的利用经过以往的工程施工实践，对于本工艺流程脱硫副产物的成分做了较为严格的测试，从现场取回的灰样，在使用了诸如扫描电镜，能谱分析，x射线衍射分析等多种测试方法后，其主要成分有，CaSO42H2O，CaSO31/2H2O，水合硅酸盐（CaO- SiO2-H2O）, CaSO4另外还含有CaCO3,SiO2，Ca（OH）2等物质。脱硫后的粉煤灰氧化钙的含量增加，利用价值提高，脱硫灰综合利用有其特殊性。具体用途、具体工艺，尚待脱流后取样化验具体成份后，确定用途、添加量和工艺过程调整。用作混凝土时，脱硫灰中各种钙物质折合氧化钙含量可达到1930%，游离氧化钙含量可达：510%。一般具有需水性低、活性高和可自硬性等特征，这与高钙粉煤灰的特征相类似。应用时参照高钙粉煤灰混凝土应用技术规程（上海市标准）（DBJO8-230-98），高钙粉煤灰的质量指标。干排方式得到的脱硫灰经化验，若成分符合应用指标，即可仿照高钙粉煤灰的利用情况对脱硫灰进行利用：符合标准的脱硫灰可在混凝土中以小于等于10%的掺量应用。如果脱硫灰掺量大于10%，则应根据国家标准GB1346-89规定的水泥安全性试验方法，采用工程使用的水泥和掺量，进行安全性复核试验，以膨胀值小于等于5mm为合格标准。符合标准的脱硫灰的物理力学性能与普通低钙粉煤灰混凝土相当，早期强度相对较高，收缩徐变相对较低，可用作一般建筑工程的无筋混凝土。配制泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗混凝土、蒸养混凝土、轻骨料混凝土、地下工程混凝土、水下工程混凝土、压浆混凝土和碾压混凝土等均可掺用符合标准的脱硫灰。脱硫灰利用，需要测定粉煤灰（脱硫前）、脱硫灰（脱硫的）成份。电厂脱硫副产物的综合利用途径：A、用于道路建设；B、制造墙体砖；C、用于矿山建设；D、堤坝建设。4.3 脱硫塔布置已建发电机组锅炉房后均未预留脱硫场地。尾部烟道上行、水平烟道进入电除尘器，这样在锅炉与电除尘器之间有空间安装脱硫塔。在上行烟道上将烟气引出送入脱硫塔，脱硫塔设在锅炉房9m平台外墙与静电除尘器之间。本脱硫工程按1台锅炉配两座吸收塔（双塔）设计。左右塔各处理一路烟气，各由锅炉出口烟道引出烟气，处理完后由上方进入静电除尘器前的水平烟道，原有烟道基本不变，合理布置风门，形成旁路烟道与脱硫塔烟道并联的布置方式。吸收塔为圆柱体、钢结构，防腐内衬。脱硫塔本体分为：底部排灰装置，流化装置、塔体、分离器和回料装置几部分。4.4 供水、供电 供水：脱硫系统用水量约为50t/h。水源供应考虑两种方案：一、采用工业水；二、采用净化后的污水。或以污水处理中水为主，工业水备用。供电：FGD装置用电400KW，其中200 kw为风机增加功率，200kw为附属设备用电。附属设备需要380V、220V两种电压，采用国产供电设备。不同机组耗电有别。4.5 FGD装置和现有系统的配合与影响A、现有系统对FGD装置的影响当锅炉负荷和燃煤含硫量在一定范围内变化时，FGD系统通过控制系统，对吸收剂供给量、吸收塔喷嘴进行调整，FGD仍可在高效的脱硫效率下正常运行。为避免FGD装置对锅炉运行的影响，原烟道留作为旁路，当FGD故障时，烟气走旁路绕过FGD装置，直接进入静电除尘器。B、FGD装置对现有系统运行的影响锅炉正常运行时，FGD系统同时运行，只在特殊情况和故障情况时允许FGD系统旁路运行，此时锅炉在无FGD装置情况(烟气通过旁路烟道)运行。FGD装置通过控制系统，自动控制、指示、记录整个过程，使FGD装置能正常运行。并且，FGD装置处于何种工况下运行都不对发电机组产生任何影响。C、FGD装置对静电除尘器的影响影响电除尘器（ESP）的因素主要有：烟气量、粉尘比电阻、粉尘粒径、气流分布均匀性和烟气含尘浓度等。脱硫后影响ESP除尘效率的几项因素是：由于脱硫塔内喷入了石灰浆液，脱硫反应后的产物是硫酸钙和亚硫酸钙及未