循环流化床技术

以循环流化床原理为基础，使吸收剂在反应器内多次再循环，延长了吸收剂与烟气的接触时间，从而大大提高了吸收剂的利用率。它不但具有一般干法脱硫工艺的许多优点，如流程简单、占地少、投资低以及副产品可以综合利用等，而且能在钙硫比很低（Ca/S=1.1〜1.2）的情况下达到与湿法脱硫工艺相当的脱硫效率，即95%左右。循环流化床用于脱硫的优点■气固传质速率快，反应充分；■对脱硫剂的粒度要求较宽；■只要一个给料点；■负荷调节比例大、负荷调节快；■脱硫剂循环多次，利用率高；■断面风速高，床体瘦长，占地很小。PPT循环流化床烟气脱硫工艺循环流化床烟气脱硫工艺（CFB—FGD）是一种半干法烟气脱硫技术。Ca（OH）+SOTCaSOD.5HO+0.5HO22322Ca（OH）+SOTCaSO①.5HO+0.5HO23422CaSCW.5HO+0.5OTCaSO^[0.5HO典型的循环流化床烟气脱硫系统是由预除尘器（回收部分经济效益高的粉煤灰'减少脱硫灰量。效率可达70%〜90%。）、吸收剂制备、脱硫塔、脱硫灰再循环、注水系统、脱硫除尘器以及仪表控制系统等组成。影响系统脱硫效率的主要因素床料循环倍率流化床床料浓度（一般在5~10kg/m3）烟气停留时间Ca/Sa）脱硫塔操作温度（若循环流化床脱硫过程中运行温度离露点较为接近，那么烟气中水蒸气分压较大，使得浆滴中水的蒸发困难，这就使反应速率大的部分反应时间延长，从而使反应效果更好，提高脱硫率.同时，在较低温度下,SO2气体在水中的溶解度将提高，从而提高脱硫率）通常选取的脱硫塔出口温度高于烟气的露点温度10°C〜20°C。Ca(OH)2+SO2一CaSO3+H2OCa(OH)2+SO3一CaSO4+H2OCa(OH)2+SO2+1/2O2一CaSO4+H2OCa(OH)2+2HC1一CaCl2+2H2OCa(OH)2+2HF—CaF2+2H2O在循环干法工艺的循环流化床内，Ca(OH)2粉末、烟气及喷入的水分，在流化状态下充分混合，并通过Ca(OH)2粉末的多次再循环，使得床内参加反应的Ca(OH)2的量远大于新投入的量，即实际反应的吸收剂于酸性气体的摩尔比远远大于表观摩尔比，从而使得HCl、HF、SO2、SO3等酸性气体能被充分的吸收，实现高效脱硫。第二章CFB脱硫系统原理及工艺流程CFB脱硫系统原理循环流化床烟气脱硫技术(CirculatingFluidizedBedFlueGasDesulfurization，简称CFB-FGD)，采用消石灰作为脱硫剂。在空气预热器和除尘器之间安装循环流化床烟气脱硫系统，烟气从流化床反应器下部布风板进入反应器，与消石灰颗粒充分混合，SO2、SO3及其他有害气体，如HCl、HF等与消石灰发生反应，生成CaSO3・1/2H2O、CaSO4・1/2H2O等。随后夹带着大量粉尘的烟气进入脱硫除尘器中，分离下来的固体灰渣经空气斜槽送回循环床吸收塔，继续参加脱硫反应过程，同时循环量可以根据负荷进行调节。多余的少量脱硫灰渣则通过除灰仓泵送到灰库供综合利用或进入电厂水力除灰系统外排。吸收剂的再循环延长了脱硫反应时间，提高了脱硫剂的利用率。工艺水用喷嘴喷入吸收塔下部，以增加烟气湿度降低烟温，使反应温度尽可能接近水露点温度，从而提高脱硫效率。系统的构成■脱硫剂制备系统■循环流化床吸收塔■喷水增湿系统■灰渣输送系统■自控系统CFB脱硫系统工艺流程CFB循环流化床烟气脱硫系统整套工艺流程为：FGD—ESP，是铜陵发电厂#21X125MW机组配套的脱硫除尘系统。烟气在经过#2炉原有电除尘器除尘处理后经引风机进入FGD系统，烟气中所含的SO2、SO3、HCl及HF等酸性污染气体通过循环流化床烟气脱硫装置CFB-FGD而除去，其中脱硫率在85%以上。脱硫后的烟气进入脱硫除尘器再次进行除尘处理，脱硫除尘器的除尘效率为99.3%，使烟尘排放浓度控制在200mg/Nm3以内，烟气经过除尘后经脱硫风机送入烟囱排放。CFB循环流化床烟气脱硫系统主要包括烟气系统、反应器系统、给料系统、物料循环系统、喷水系统、电气系统、控制系统及其他辅助系统等。该工艺是一种干法流程，所以也不象湿法、半干法工艺需要为数众多的贮存罐、易磨损的浆液输送泵等复杂的吸收剂制备和输送系统，用简单的空气斜槽就可以输运，大大简化了工艺流程。该工艺的副产品呈干粉状，其化学组成与喷雾干燥工艺的副产品类似，主要成分有飞灰、CaSO3、CaSO4以及未反应的吸收剂等CFB循环流化床烟气脱硫系统主要包括烟气系统、反应器系统、给料系统、物料循环系统、喷水系统、电气系统、控制系统及其他辅助系统等。CFB-FGD的技术特点1）设备使用寿命长、维护量小。塔内完全没有任何运动部件。塔内磨损小，设备使用寿命长。2）脱硫效率高、运行费用低。容易选择最佳CFB操作气速，使得气固两相流在CFB内的滑落速度最大，脱硫反应区床层密度高，颗粒在吸收塔的停留时间长达25秒以上，强化了塔内的气固混合、传质、传热效率，优化了脱硫反应效果，从而保证了达到较高的脱硫效率。3）控制简单，没有制浆系统及浆液喷嘴，加入吸收塔的消石灰和水是相对独立的，便于控制消石灰用量及喷水量，容易控制操作温度。4）单塔处理能力大。配置7个文丘里单塔CFB-FGD系统已在300MW燃煤机组得到成功运行。5）负荷适应性好。由于采用了清洁烟气再循环技术，以及脱硫灰渣循环等措施，可以满足不同的锅炉负荷要求。锅炉负荷在10%〜110%范围内变化，脱硫系统可正常运行。采用多个文丘里烟气喷嘴的吸收塔，必须使进入塔内的烟气流场分布较为均匀，否则因各个喷嘴流速差异较大，可能导致固体颗粒物从某个喷嘴向下滑落。6）无须防腐。CFB吸收塔内具有优良的传质传热条件，使塔内的水分迅速蒸发，并且可脱除几乎全部的SO3,烟气温度高于露点20°C左右，吸收塔及其下游设备不会产生粘结、堵塞、腐蚀。7）良好的操作弹性。当煤的含硫量增加或要提高脱硫效率时，无需增加任何工艺设备，仅增加脱硫剂的耗量就可以满足更高的脱硫率的要求。8）脱硫剂利用率高、脱硫副产物排放少；脱硫副产物流动性好，易于处理。由于塔内充分的脱硫反应和除尘器收集的全部脱硫灰均有机会返回塔内再循环，只有少量的脱硫灰外排，灰综合处理成本较低。:①工艺成熟，流程简单，操作方便，可靠性高，适于各种含硫煤种；占地面积小，基建投资省，不需专职人员进行操作和维护，电耗小、运行费用低；无喷浆系统及浆液喷嘴，只有适量的水喷人，脱硫产物为干态而且无废水排放；③脱硫效率高，可达95%以上；由于床料参与循环，新鲜石灰在反应器的停留时间长，石灰利用率高；适应锅炉负荷变化能力强，能够满足锅炉负荷从30%〜100%范围的变化；净化后的烟气温度在露点以上，不必再加热也不会对尾部烟道及烟囱产生腐蚀；能同时有效脱除氯化物和氟化物等有害气体念脱硫效率高:在钙硫比为1.1〜1.5时，脱硫效率可达90%以上，是目前各种干法、半干法烟气脱硫工艺中最高的，可与湿法工艺相媲美；念（2）工程投资费用、运行费用和脱硫成本较低，为湿法工艺的50%〜70%。参（3）工艺流程简单，系统设备少，为湿法工艺的40%〜50%，且转动部件少，降低了维护和检修费用；参（4）占地面积小，为湿法工艺的30%〜40%,且系统布置灵活，非常适合现有机组的改造和场地紧缺的新建机组。参（5）能源消耗低，如电耗、水耗等，为湿法工艺的30%〜50%。念（6）能有效脱除SO3、氯化物和氟化物等有害气体，其脱除效率远高于湿法工艺，达90%〜99%，腐蚀性较小，可不采用烟气再热器，直接使用干烟囱排放脱硫烟气。参（7）对锅炉负荷变化的适用性强，负荷跟踪特性好，启停方便，可在30%负荷时投用，对基本负荷和调峰机组均有很好的适用性。参⑻对燃煤硫分的适应性强，可用于0.3%〜6.5%的燃煤硫分。且应用于中低硫煤时（＜2%），其经济性优于湿法工艺。参（9）无脱硫废水排放，且脱硫副产品呈干态，不会造成二次污染，对综合利用和处置堆放有利。首先从锅炉的空气预热器出来的烟气温度一般为120〜180°C左右，通过预除尘器后从底部进入脱硫塔（当脱硫渣与粉煤灰须分别处理时，设置预除尘器，提高粉煤灰的综合利用），在此处高温烟气与加入的吸收剂、循环脱硫灰充分预混合，进行初步的脱硫反应，在这一区域主要完成吸收剂与HCl、HF的反应。然后烟气通过脱硫塔下部的文丘里管的加速，进入循环流化床床体；物料在循环流化床里，气固两相由于气流的作用，产生激烈的湍动与混合，充分接触，在上升的过程中，不断形成絮状物向下返回，而絮状物在激烈湍动中又不断解体重新被气流提升，形成类似循环流化床锅炉所特有的内循环颗粒流，使得气固间的滑落速度高达单颗粒滑落速度的数十倍；脱硫塔顶部结构进一步强化了絮状物的返回，进一步提高了塔内颗粒的床层密度，使得床内的Ca/S比高达50以上，$02充分反应。这种循环流化床内气固两相流机制，极大地强化了气固间的传质与传热，为实现高脱硫率提供了根本的保证。在文丘里的出口扩管段设有喷水装置，喷入的雾化水用以降低脱硫反应器内的烟温，使烟温降至高于烟气露点20°C左右，从而使得SO2与Ca(OH)2的反应转化为可以瞬间完成的离子型反应。吸收剂、循环脱硫灰在文丘里段以上的塔内进行第二步的充分反应，生成副产物CaSO3・1/2H2O，此外还有与SO3、HF和HCl反应生成相应的副产物CaSO4」/2H2O、CaF、CaCl-Ca(OH\-2HO等。2222\脱硫灰循环系统的目的是建立稳定的流化床、降低吸收剂消耗量，以满足脱硫反应的需要。将吸收剂与脱硫再循环灰的加入口，改到脱硫塔上游烟道处(参见工艺示意图1-1)，其作用：一是使吸收剂与再循环脱硫灰提前与烟气中SO2等酸性气体接触反应，延长反应时间；二是利用烟气热量加热和快速干燥再循环灰，改善再循环灰的流动性；三是使消石灰和氯离子在烟道内120C以上温度下反应生成吸潮性较差、不易凝结的碱式氯化钙(CaCl2・Ca(OH)2・H2O)。如果在脱硫塔的低温段(70〜80C温度)注入吸收剂和循环脱硫副产物，消石灰与氯离子反应生成易吸潮的氯化钙(CaCl2.・2H2O)，一是易造成塔内物料粘壁，二是灰的流动性下降，不利于脱硫副产物的处置。CFB-FGD与石灰石-石膏湿法脱硫工艺相比的特点1脱硫装置前无需安装高效预除尘器2脱硫产物为干灰3无需烟气再热装置(始终在烟气露点温度以上运行)4几乎100%脱除SO3的酸性气体，脱硫下游装置烟气无酸露点，下游装置无需防腐5SOX脱除率达到99%+6脱硫塔无需加内衬，采用普通碳钢材料即可7占地面积小8控制简单9无废水产生10一次投资及运行费低11不受烟气负荷限制，对锅炉负荷适应性强，运行负荷范围为0-100%研究表明J，影响系统脱硫效率的主要因素有床料循环倍率、流化床床料浓度、烟气停留时间、钙硫比以及脱硫塔内操作温度。流化床床料浓度一般维持在5〜10kg/m为宜，脱硫效率随着脱硫塔内物料浓度的增加而增大，随床料循环倍率的增大而增大，随烟气在脱硫塔中停留时间增加而增大。此外，调节钙硫比和塔内操作温度，也可以有效提高脱硫效率，一般情况下，脱硫效率随钙硫比的增大而增大，脱硫塔内操作温度与烟气露点越接近，脱硫效率越高。CBF-FGD工艺适用范围广，既适用于燃用高硫煤的机组，更适用于我国大量的燃用中硫煤的机组；既适用于新建机组的脱硫工程，更适用于现有机组的脱硫改造工程锅炉空气预热器'一级除尘器—►循环流化床吸收塔—脱毓除生器—►小风机，—►烟囱一级除尘器的目的是为了收集部2、分经济效益较高的粉煤灰，减少脱硫灰量，一般一级或者在二级除尘器的除尘器的设计除尘效率为70%〜90%。若不考虑粉。煤灰的综合利用，烟气可直接进人吸收塔。目前，已达到工业化应用的主要有三种流程，它们是：由德国Lurgi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F.L.Smith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Lurgi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。Lurgi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十态，因而易于处理或综合利用，而且能在很低的钙硫比的情况下(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Lurgi公司在烟气CFB脱硫技术开发方面的主要负责人。脱离Lurgi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Lurgi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)。F.L.Smith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.SmithMill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。它们独自开发的气体悬浮吸收(GSA)烟气脱硫技术在工作原理上和Lurgi工艺十分类似，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。GSA工艺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。

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，该差值越小则系统的脱硫效率越高。由于吸收剂是十的，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SO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CFB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。CFB工艺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CFB工艺是一种干法流程，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烟气脱硫系统都能很好地适应.当负荷从100%变化到10%，系统称仍能很好地工作，这使得CFB工艺既能由于调峰机组，又能用于带基本负荷的机组。CFB工艺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CaSO、CaSO以及未反应完的吸收剂(Ca(OH))等构成。脱硫副产品中是否含有大量时飞灰，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。CFB工艺的副产品在加水后会硬化，硬化后的屈服强度可达15-18N/mm2，压实密度为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原料。典型的CFB烟气脱硫反应的脱硫灰的成分如下；飞灰约60%-70%CaCO7%-12%Ca(OH)22%-4%CaSO212%-18%CaSO：2%-5%水4<1%采用石灰作为吸收剂。由于在大多数发达国家中石灰工业十分发达，高质量的商品化石灰飞散容易得到，因此以石灰作为吸收剂不会有任何供应上的问题。但是我国优质石灰的供应尚有不少问题，如石灰品位低、质量不稳定、供应量不足、供应源分布不均，造成运输距离过长、价格过高等。由于石灰对于人体健康有一定的危害，因此采用石灰作为吸收剂必须保证系统有良好的密封和安全措施。否则会给电厂的安全文明生产带来困难。为了解决采用石灰作为吸收剂所带来的问题，目前已经开发了炉内喷钙与CFB烟气脱硫工艺相结合的炉内喷钙CFB烟气脱硫工艺。该工艺利用石灰石作为吸收剂，将石灰石粉喷入锅炉炉膛内，在炉内煅烧后生成CFB工艺所需要的CaO并吸收烟气中一部分SO2。CFB工艺的吸收塔必须设置在空预器和除尘器之间。炉内喷钙CFB烟气脱脱硫工艺已经安装在奥地利的St.Andru电厂的100MW机组上运行了多年。在Ca/S=1.5时系统的脱硫效率为85%。脱硫副产品的综合利用。本工艺的副产品中含有较多量的亚硫酸钙。亚硫酸钙的化学性能不稳定，在自然环境下会逐渐氧化为硫酸钙，同时体积会增大。这就对原有的粉煤灰的综合利用途径受到影响。因此对于CFB烟气脱硫工艺的副产品必须结合电厂当地的实际情况进行可行性研究，切实做好脱硫副产品的处置或综合利用工作；CFB烟气脱硫系统的压降较大。CFB系统的总压降约为2000—3000Pa,一般现有电厂的引风机的压头裕量不能克服如此大的压降，需要增加心得脱硫风机。高的压降损失还使得运行费用增加；CFB吸收塔的压降波动较大。由于吸收塔内的大量物料不断湍动，因此吸收塔的压降有较大波动，可能会影响锅炉炉膛内的负压的稳定。一般