烟气循环流化床脱硫CFB

1、烟气循环流化床脱硫CFB-FGD技术简介时间：创作：欧阳道1.概况烟气循环流化床(CFB )脱硫技术在最近几年中已有 所发展，不但用户增多，而且系统的烟气处理能力也 比过去增大了，达到950,000Nm3/h,用于300MW机组 的烟气脱硫系统。目前，已达到工业化应用的主要有三种流程，它们 是由德国Lurg 1公司开发的烟气CFB脱硫技术；由德国Wulff公司在Lurgi技术基础上进行改进后的 RCFB脱硫技术；由丹麦公司开发的GSA烟气脱硫技术。早在七十年代初，擅长于冶金工业工程建设的德 国Lurg 1公司就采用了烟气循环流化技术对炼铝设备的 尾气进行处理。八十年代中期，由于开始对环境质量

2、的严格控制以及政府的有关法规的强行规定，德国的 动力工业对烟气脱硫设备有了巨大的需求。Lurg 1公司 在原来用于炼铝尾气处理的技术的基础上开发了一种 新的适用于锅炉和其它燃烧设备的干法烟气脱硫工 艺，即烟气循环流化床脱硫工艺。这种工艺以循环流化床原理为基础，通过吸收剂 的多次再循环，使吸收剂与烟气接触时间增加，一般 可达30分钟以上，从而大大提高了吸收剂的利用效 率。这种工艺不但具有干法工艺的许多优点，如流程 简单、占地少、投资低以及脱硫副产品呈干态，因而 易于处理或综合利用，而且能在很低的钙硫比的情况 T(Ca/S=1.1-1.2)达到与湿法工艺相近的脱硫效率 (95%)。德国Wulff公

3、司是一个成立较晚的设计和建造烟气CFB 脱硫工程的小型企业。它的创始人R. Graf原是1 urg 1公 司在烟气CFB脱硫技术开发方面的主要负责人。脱离 Lurg 1公司后自建了 Wulff公司，专门从事烟气CFB脱 硫技术的开发工作，在Lurg讶技术的基础上开发研制了 一种叫做回流式烟气循环流化床的烟气CFB脱硫技术, 对烟气CFB脱硫技术作了较大的改进，使之更加适用 于动力工业(详见后)。公司是丹麦最大的工业企业，在水泥工业及 散装物料输送机械制造方面享有很高的声誉。该公司 的子公司F.L.Smith Mill 专门从事环保设备设计和环 境工程建设，在静电除尘器及烟气脱硫方面有不少业 绩

4、。它们独自开发的气体悬浮吸收（6，人）烟气脱硫技 术在工作原理上和1 urgiH 十分类似，并且已在一些 垃圾焚烧设备和中小动力锅炉的烟气处理装置上得到 了应用。GSAx还作为美国能源部主持的清洁煤技 术项目的第二阶段中的一种试验技术在美国的一个 10MW燃烧装置上进行了试验。下面先对烟气CFB脱硫介绍的工作原理进行简要的说 明，然后介绍用于电厂锅炉的两个装置的基本情况。2.烟气CFB脱疏工艺简介无论是1 urg 1公司的CFB工艺，Wulff公司的RCFB工 艺还是F.L. Smith的GSAx，它们在工作原理上都 是很类似的。因此我们以Lurg 1公司的CFB工艺为基础 对烟气CFB脱硫工

5、艺作简单的介绍。烟气CFB脱硫工艺流程由吸收剂制备，吸收塔，吸收 剂再循环，除尘器以及仪表控制系统等部分组成，其 流程图见图1。烟气CFB脱硫工艺一般采用干态的消石灰粉作为吸收 剂，在特殊情况下也可采用其它对二氧化硫气体有吸 收能力的干粉或浆液作吸收剂。由锅炉排出的未经处理的烟气从流化床的底部进入， 如果考虑到综合利用的需要，不希望脱硫的副产品与 飞灰混在一起，那么必须在吸收塔之前安装一个预除 尘器。流化床吸收塔的底部为一个文丘里装置。烟气 流经文丘里装置后速度加快，并与很细的吸收剂粉末 互相混合。它们之间的相对滑移速度很大，加上吸收 剂颗粒的密度很大，因此颗粒之间、气体与颗粒之间 有着剧烈的

6、摩擦，对so2的吸收反应的传热传质过程 十分有利。吸收剂与烟气中的，。2反应，生成亚硫酸钙，经脱 硫后带有大量固体颗粒的烟气由吸收塔的顶部排出。 排出的烟气进入再循环除尘器中，再循环除尘器实 图1.烟气CFB脱疏工艺流程际上是一个机械式除尘器，也可以是一个安装在电气 除尘器前面的机械式预除尘器。烟气中的大部分固体 颗粒都被再循环除尘器分离出来，被分离出来的颗粒 则经过一个中间灰仓返回到吸收塔。由于大部分的颗 粒都被循环多次，因此，固体吸收剂在脱硫系统中的 滞流时间很长，一般可达三十分钟以上。中间灰仓出灰装置根据吸收剂的供给量以及除尘效率, 按比例排出固体颗粒进入再循环回路。从再循环除尘器排出的

7、烟气如不能满足排放标准的 要求，则需要再安装一个除尘器（静电除尘器或布袋除 尘器）。经除尘后的洁净烟气通过引风机、烟囱排入大 气。以干粉的形式输入流化床吸收塔的吸收剂，同时还要 喷入一定量的水以提高气体和固体物的反应能力。对 脱硫效率来说，一个很重要的因素是烟温与水露点温 度之差，孩差值越小则系统的脱硫效率越高。由于吸 收剂是干的，所以注水量与加入的吸收剂的量、烟气 的温度以及烟气中的SO2浓度无关。这样就可以使喷 水后的烟气温度与水露点十分接近，使得C FB烟气脱 硫工艺可以适用于燃料含硫量从0.3%-6.5%的各种锅 炉（包括燃煤锅炉和燃油锅炉），并在各种运行条件 下均有很高的脱硫效率。C

8、FBX的吸收剂是以石灰在现场进行干消化所得 到的干的氢氧化钙细粉。由于消石灰粉颗粒很细，一 般在10微米以下，因此不需要进行磨细，既节省了购买磨机等大型设备的投资费用，也减少了能源消 耗，使运行费用大为降低。同时因为CFBH是一种干法流程，所以不象湿法、 半干法那样需要有许多庞大的存储罐和易磨损的浆液输送泵等组成的复杂的吸 收剂制备、输送系统，只要一台干消化器用来制备消石灰粉，然后用空气斜槽 进行输送就可以了，从而大大简化了工艺流程。在各种负荷条件下，CFB烟气脱硫系统都能彳艮好地适 应.当负荷从100%变化到10%，系统称仍能很好地工 作，这使得CFBX既能由于调峰机组，又能用于带 基本负荷

9、的机组。CFBX所产生的脱硫副产品呈干粉状，非常便于 处置。其化学组成与喷雾干燥工艺的副产品相类似， 主要。aSO3、CaSO4以及未反应完的吸收剂(Ca(OH)2) 等构成。脱硫副产品中是否含有大量的飞灰，则取决 于在CFB烟气脱硫系统强是否安装了前级除尘器。 CFB烟气脱硫系统的脱硫副产品的处置方法也与喷雾 干燥的副产品基本相同。CFBX的副产品在加水后 会硬化，硬化后的屈服强度可达15-18N/mm2，压卖密度为1.28g/cm3,而其渗透率则与黏土类似，约为 3X10-11。由此可见该副产品的强度与混凝土接近，很 适合作矿井回填、道路基础。如能进一步加以开发， 可能成为良好的建材工业的

10、原料。典型的C FB烟气脱硫反应的脱硫灰的成分如下；飞灰约60%-70%CaCO7%-12%Ca(OH)2CaSOc2%-4%12%-18%CaSO2%-5%1%3. CFB姻气脱疏装置卖例3.1 Siersdorf 电厂311电厂概况电厂从1962年开始投运。共有两台液态排渣炉（1号 和2号炉），燃用当地的烟煤，装机容量为170MW。设计数据雄分析水分12-16%灰分17-21 %热量23000 kJ/kg硫（可燃质）10-15 %入口原烟气流量362,500) Nm3/h 温度 含尘量 最大含硫量mg/Nm3, (950 ppm)CO2匕O2H2O处理后排出的烟气温度 含尘量SO2 匕pp

11、m)烟气脱疏装置概况 设计数据2 (145,000100-140 C0.2-2 g/m3270013-14 Vol%6.5 Vol%11 Vol%65-75 C125 mg/m3400 mg/m3 (140Lurgi公司制造厂 工艺循环流化床(CFB烟气脱硫 安装位置共两套，装在锅炉后，无旁路烟气流量(每套装置)300,000Nm3/h, O2匕5%,干烟气烟气温度125 C (+15k, -35k)最低负荷40%NOX1300mg/Nm3，干烟气6。前尘含量1000mg/Nm3，干烟气（第1套）200mg/Nm3，干烟气（第2套）FGD后尘含量50mg/Nm3，干烟气6。前 S O2 含量1

12、400-2700mg/Nm3，干烟气FGD后SO2含量200mg/Nm3，干烟气Cl 含量50-125mg/Nm3，干烟气, O2 5 Vol%F含量25mg/Nm3，干烟气，O2 5 Vol%O2 含量5-7 Vol%CO2 含量13-14 Vol%HCl分离程度95%吸收剂德国标准DIN1060细石灰，但对其碱度及温升（quenching）特性有 进一步要求使用年月开始安装日期1983年3月投运日期1988年5月试运日期1989年8月3日-1989年9月13日移交日期1989年12月12日系统布置Siersdorf电厂的布置和。FB烟气脱硫系统的简图见图 2。由于该厂有两台锅炉，每台锅炉各

13、配一套6。系 统，对称排列，装在原有的空气预热器、除尘器及引 风机后。FGD系统的主要设备包括：-CFB 吸收塔入口烟道及挡板门；-CFB 吸收塔；-三电场带百叶窗式机械预除尘器的电除尘器；-出口烟道及挡板门；脱硫增压风机；烟气再热器；新烟囱；-控制。FB塔的出口烟气温度的回流喷嘴喷水系 统；石灰储仓；干消化装置以及消石灰粉的输送和给料系统；-用于再循环及排灰的输灰设备、中间灰仓；-测量和控制FGD 系统的仪表和自动控制系统；-FGD系统的电源及电气设备。工艺简介两台FGD系统分别安装在275 t/h的本生锅炉之后。 锅炉为燃煤流化床燃烧，燃煤的含硫量平均为0.8%。 锅炉原来的电除尘器现作为

14、FGD系统的预除尘器。烟 气以45 的张角进入流化床反应器，在经过文丘里喷 嘴后产生湍流和扩散，使烟气和吸收剂得以充分的混 合。反应器底部的水喷嘴喷入经雾化的水使烟气中的 SO2与吸收反应有最佳的条件，同时使烟气温度降低 到65 。左右。反应产物离开C FB 反应塔后在除尘器 （机械预除尘器+三电场电除尘器）中分离出来。处 理后的烟气由脱硫风机送到脱硝装置。除尘器分离出 来的反应产物用气力流化斜槽送回反应器进行再循 环。石灰干消化系统以石灰为原料，进行干消化，自动生 产干的消石灰粉。为了使成品中的含水量在3%左右， 关键是要精确地控制消化时的给水量，保持消化器的 温度在103 C，这样可以使多

15、余的水分及时蒸发。干 的消石灰粉根据脱硫率要求计量后送到流化糟，加入 工艺过程。为了保证CFB塔内的物料密度，根据流化床反应器 进出口压差(P=6.5 mbar),把多余的反应产物由除尘 器后的再循环分配阀排出。主要运行经验.处理后的烟气满足了规定的排放标准(SO2400 mg/Nm3,尘 50 mg/Nm3)；.输送设备的磨损很小，气领阀及灰泵的易磨部件的 寿命均在3-4年左右；.运行初期电除尘器壁有腐蚀现象，但在改进保温后 未再出现；.由于流化床内的扰动引起烟道的的压力有波动，曾 使脱硫风机转子叶片的控制机构损坏，此后，加了一条旁路烟道，以保护 风机；.雾化水喷嘴的原设计不合理，尤其在低负

16、荷下运行 时容易造成湿壁现象.湿的脱硫产物也可能产生上 述的流化床内的扰动。经电厂技术人员有行改进喷 嘴设计后问题已得到解决。3.2 Solvay公司自备电厂电厂概况Solvay公司是德国的一个以生产烧碱为主的化工联合 企业。它共有七台锅炉提供生产所需的蒸汽和部分电 力，其中七号炉为煤粉炉。孩炉于1983年投运，蒸汽 参数为220 t/h, 135 bar, 525 C。锅炉后 配有一个四 电场的静电除尘器，用于收集烟气中的飞灰.该炉的年 运行小时数高达8,700小时。图2. Siersdorf电厂和。FB烟气脱硫系统的布置简图 1、锅炉2.空预器3.原有电除尘器4.原有电除尘器5.原有引风机

17、6.吸收塔7、新增电除尘器8.脱硫增压风机9.烟气加热器10.石 次卸料装置11.石灰储仓12.中间灰仓13.大集灰库14. 增湿水15.石灰16.烟气入口根据有关法规的要求，孩炉必须增加烟气脱硫系统及 改造除尘装置以达到新的环境法规的要求。对脱硫系 统的要求是：脱硫率必须大于85%且烟囱出口的烟气 中的SO2浓度应小于400 mg/Nm3，烟气中的尘含量应 小于20 mg/Nm3。锅炉燃煤的含硫量变化范围为0.5%-1.9%, 般情况 下为1.2%。在锅炉启动或磨煤机故障，以及负荷低于 50% MCR时用含硫率为1%的重油助燃。锅炉蒸汽的出力在 130-220 t/h范围内变化，锅炉负荷 的

18、变化率最高为7%/min。烟气脱硫装置概况设计及运行数据制造厂WULFF公司125 mg/Nm3，干烟气20mg/Nm3，干烟气3,300 mg/Nm3，干烟1,920 mg/Nm3，干烟气（一400mg/Nm3，干烟气85%200 mg/Nm320 mg/Nm3工艺回流式烟气循环流化床干法脱硫工艺（RCFB）安装位置原静电除尘器后，可以100%旁路烟气流量140,000-244,000 Nm3/h, O26%,干烟气烟气温度130-150 CFGD前尘含量FGD后尘含量FGD前，。2含量气（最大）般）FGD后S O2含量（最大）FGD 系统的最低脱硫率6。前HCl含量FGD后HCl含量FGD

19、后HF含量15 mg/Nm31.5 mg/Nm3FGD后烟囱排烟最低温度73 C(以上所有的浓度值均已修正到干烟气，6%的O2匕的条件下)吸收剂采用本厂的含Ca(OH)2的废浆液，在需要高 脱硫率时也可加入消石灰粉.Ca(OH)2 浆液成分g/1: TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark1 o Current Document Ca(OH)2250 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document CaCO310.9 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document CaSO42.0Mg(OH)24

20、.1Fe2O31.8A12O31.8平均颗粒尺寸m 3-5消石灰粉：含水量%1平均颗粒尺寸m 3-6比表面积(BET)m2/g 16脱硫灰主要成分CaSO372%CaSO45%CaC124.5%CaCO3Ca(OH)21%H2O1%其它平均颗粒尺寸使用年月开始安装日期投运日期试运日期年5月28日移交日期15%1.5%5 m1992年8月1993年4月2日1993 年4 月 30 日-19931993年5月28日系统布置Solvay自备电LFGD系统的简图见图3所示，FGD系统的主要设备布置简图见图4。烟气在经过原有的电除尘器的预除尘后，由一个旁 路三通门切换到新增加的FGD系统布袋除尘器中。原

21、 来的烟道及引风机仍然保持作为FGD系统故障和维修 时烟气的旁路通道。在FGD系统中增设了一台脱硫风 机，以克服FGD系统和布 袋除尘器的阻力。在RCFB 吸收塔中脱硫和布袋除尘器中，经除尘后的清洁烟气 经原有的引风机和消声器进入烟囱。FGD系统使用的吸收剂是本公司化工厂的废消石 灰浆液。一般的烟气CFB脱硫工艺要求使用消石灰 粉，这是钙基吸收剂中最贵的一种形式。而RCFBX 艺则可使用用低质量的石灰消化后的浆液。为了保证在所 有工况下FGD 系统均有足够高的脱硫效率，简单地增 加吸收剂浆液量或浆液的浓度可能会造成运行上的问 题，因此在本系统上装备了消石灰粉的储存输送和喷 入系统。Solvay

22、电厂6。系统的石灰浆液是从原有的浆液管 道上用泵抽出的。抽出的浆液先用水稀释到含固量为 15%左右，然后由一个双流体雾化喷嘴喷入吸收塔.进 行雾化。喷嘴以蒸汽作为压力源。烟气增湿的水一部分来自吸收剂浆液，另一部分 则需要由增温水喷嘴喷入.增温喷嘴是一个高压回流 式喷嘴系统。图3. Solvay有备电厂FGD系统的简图1、锅炉2.原有除尘器3.消石灰仓4.RCFB 吸收塔5.石 灰浆槽6.增温水箱7.新增除尘器8.中间次仓9.大集 次库10.烟囱图4. Solvay有各LFGD系统的主要设备布置简图1. RCFB吸收塔2.布袋除尘器3.灰再循环4.石灰浆储罐5.灰库6.低压开关室7.运灰车装载站

23、8.除尘器顶小室9.锅炉房10.处理前烟气烟道11.处理后烟气烟道12.除氮设备13.烟囱工艺特点与Lurg 1公司的CFB烟气脱硫工艺相比，RCFB工艺 主要在吸收塔的流场设计和塔顶结构上作了较大的改 进。由于独特的流场和塔顶结构设计，在RCFB吸收 塔中烟气和吸收剂颗粒的向上运动中会有一部分因回 流(Reflux) 从塔顶向下返回塔中。这股向下的固体回流 与烟气的方向相反，而且它是一股很强的内部湍流， 从而增加了烟气与吸收剂的接触时间。实际上可以认 为这是一种与外部再循环相似的内部再循环。在内外 再循环的作用下，RCFB工艺的脱硫效率得到了优 化。RCFB工艺吸收塔内的回流还大大降低了吸收

24、塔出 口的含尘浓度。RCFB吸收塔的内部回流的固体物通 量约为外部再循环的30-50%，这样，与一般的烟气 CFB工艺相比，出口烟气中的尘浓度可降低15-30%。 由于出口烟气尘浓度的降低，使得下游的除尘器的设 计简化了。在RCFB工艺中取消了 Lurg 1公司CFB烟气 脱硫工艺中的机械预除尘器和GSA工艺中的旋风分离筒。这不但简化了工艺，节省了投资，而且由于外部 再循环灰量的减少而降低了运行费用。主要运行业绩及经验保证值与卖测值的比较：1.在燃用含硫量为1.2%的煤时的污染物脱除效率 TOC o 1-5 h z 处理后烟气的参数保证值测量值SO2出 口浓度mg/Nm340085SO3 浓度

25、mg/Nm3 尘浓度mg/Nm373图6. RCFB吸收塔工作原理2.物料消耗及其它保证条款Ca/S化学计量比脱硫灰中的活性CaO 电耗kW720噪声水平dB(A),1米8086-88(Max.97)0.11.2202.11.50.775-801.411.251%CaO31197.3该系统累计运行(到1995年3月)已超过了 10,000小时，系统可用率达到98%：处理后的烟气满足了规定的排放标准(SO2400 mg/Nm3，尘 50 mg/Nm3):在运行10,000小时后对系统的清洁烟气烟道和钢烟 囱进行了检查，未发现裸露的钢制部件上有任何可觉察到的腐蚀；运行初期曾在布袋除尘器中与烟气接触

26、的金属部分 发现了腐蚀现象，但在改进涂料配方后未再出现；由于在RCFB吸收塔的入口烟道上增加了脱硫风 机，在一定程度上减少了吸收塔压力波动对锅炉负 压的影响；电厂对该FGD系统的性能十分满意，并计划在1996 年对现有的系统作进一步改进，开发名为高级回流 式烟气循环流化床(ARCFB)，希望进一步提高其脱 硫效率和脱除其它污染物的能力。4.经济比较为了比较CFBH与其它主要烟气脱硫工艺在经济上 的优缺点，国外的有关单位作了一些分析研究工作， 在相同或可比的条件下，把CFB脱硫工艺喷雾干燥工 艺以及石灰石-石膏法的投资与运行费用作了比较，得 出了以下的结论。首先，CFBX由于流程比较简单，因此基

27、建投资仅 为石灰石-石膏流程的25%左右。其次，CFB流程的固 定运行维护费用也比其它两种工艺低许多，这是因为 流程简单，所需的维修人工数量很少。综合来看， CFBx的单位容量的投资加运行费用只有石灰石-石 膏工艺60%。5.结论根据以上介绍的情况，可以认为该工艺有如下的特 点：1）系统简单，因而投资低、运行费用低、可靠性高；2）脱硫效率高，可与湿法相当；3）锅炉负荷变化时，CFB烟气脱硫系统有很好的踉随特性，并且能在很低的负荷工况下工作（10%- 100%）；4）占地小，适合于现有电厂的改造；5）为得到高的脱硫效率和除尘效率，需要在吸收塔内 喷水，本工艺的喷水量与脱硫所需的消石灰喷入量 无关，因此适用于含硫量范围很宽的燃料（0.5% -6.5%）；6）无论未处理的烟气中的SO2的含量如何，处理后的 烟气总能达到规定的标准；7）脱硫副产品呈干粉状，便于处置，不会造成二次污染，对综合利用和堆放均非常有利；8）本工艺除了对SO2有很高的脱除效率外，同时还可除去100%的SO3, HF、日。1的脱除效率效率均在 90%以上；9）由于。FB烟气脱硫系统的出口烟温可以通过调剂喷 水量进行调整，另外烟气中的SO3含量很低，因此 不会象湿法烟气脱硫工艺那样造成对烟囱的腐蚀问 题，因而可以不采用温烟囱设计。这对于