循环流化床干法烟气脱硫技术分析

2007年第22卷第2期电力学报Vol.22No.22007 (总第79期)JOURNAL OF ELECT RIC POWER(Sum.79)文章编号:1005-6548(2007)02-0204-03

循环流化床干法烟气脱硫技术分析X

麻瑜

(山西大学工程学院,山西太原030013)

Analysis of Dry Desulphating Fumes Through Circulating Fluidized Bed

MA Yu

(Engineering College of Shanxi U niversity,T aiyuan030013,China)

摘要:对循环流化床干法烟气脱硫技术从原理和技术经济2方面进行了分析论证,表明这项技术是1项高效、低能耗、低成本的脱硫技术。

关键词:循环流化床;干法烟气脱硫;脱硫效率

中图分类号:X701.3文献标识码:B

Abstr act:T he paper,both in aspects of principle and economy,analyses and expounds the technique of dry desulphating fumes through circulating fluidized bed and proves that the technique is high in effective2 ness low in energy consuming and cost.

Key Words:circulating fluidized bed;dry flue gas desulfunization;effectiveness of dusulfuration

环境污染已成为我国可持续发展的制约因素之一。我国是燃煤大国,全国SO2排放总量的90 %由燃煤产生。我国每年发电耗煤约占全国煤炭消费总量的60%,连续多年SO2年排放总量超过2000万吨,已成为世界上最大的排放国。SO2的大量排放,造成的酸雨、酸雾等污染加重,每年给国家造成的经济损失高达1000亿元以上,因此,控制燃煤电厂SO2的排放是我国控制SO2污染的重点。燃煤脱硫技术有3种方式,一是燃烧前脱硫;二是燃烧过程中(炉内)脱硫;三是燃烧后脱硫技术,即烟气脱硫(FG D)。由于燃烧前和炉内脱硫效率较低,难以达到较高的环保要求,因此目前火电厂,特别是大型火电机组烟气脱硫主要采用烟气脱硫工艺。

1主要的烟气脱硫技术及特点

燃煤电厂锅炉烟气脱硫技术一般分为湿法脱硫、干法脱硫和半干法脱硫3类。

湿法脱硫系统位于除尘器之后,脱硫过程、反应副产品及其再生和处理均在湿态下进行,脱硫过程的反应温度低于露点。由于湿法脱硫过程是气液反应,故反应速度快,脱硫效率高,钙利用率高。在Ca/S=1时,可达到90%以上的脱硫效率,适合于大型电厂锅炉的烟气脱硫。主要有石灰石/石灰)))石膏湿法,氨洗涤脱硫和海水洗涤脱硫等。

目前,我国大型火电厂烟气脱硫主要采用国外应用较成熟、业绩较多的湿法(石灰石/石膏法)脱硫工艺,但由于湿法脱硫工艺系统复杂、投资较大、占地面积大、耗水较多、运行成本较高,在一些应用场合并不是1种最佳选择。

干法烟气脱硫,是指无论加入锅炉尾部烟道中的脱硫剂是干态的或湿态的,脱硫的最终产物都是干态的。也有的资料将单纯炉内喷钙,电子束辐照烟气脱硫脱氮等脱硫技术称为干法脱硫技术,而将脱硫反应中有增湿活化脱硫剂环节或脱硫剂是湿态,而最终产物是干态的脱硫技术称为半干法。如喷雾干燥法,炉内喷钙加尾部增湿活化法,循环流

X收稿日期:2007203210修回日期:2007205209作者简介:麻瑜(1953-),女,山西繁峙人,实验师,热能动力。

化床烟气脱硫法等[1]。

干法脱硫一般工艺流程简单,不产生废水,占地较少,可靠性较高,初投资较低,脱硫效率在80%~85%。但系统运行费用较高,石灰脱硫剂耗量比湿法脱硫大,脱硫的钙硫摩尔比为1.5左右。

2 循环流化床烟气脱硫技术

[2]

德国卢奇能捷斯集团(LLAG)公司最早在20世纪70年代末开始研制循环流化床烟气脱硫技术,率先将流化床工艺技术用于烟气脱硫,形成了1种有别于石灰石/石膏湿法的全新的干法脱硫工艺。经过近30年的不断改进(主要是90年代中后期),解决了烟气循环流化床脱硫技术在负荷适应性、煤种适应性、物料流动性、可靠性、大型化应用等方面的问题,使烟气循环流化床脱硫(干法)技术得以成熟地进行工业应用。

2.1 循环流化床烟气脱硫系统

如图1所示,来自锅炉的烟气由循环流化床反应器下部通过文丘里式布风装置进入反应器。在反应器下部渐扩段有干态消石灰Ca(OH)2喷口,干粉由此喷口喷入反应器,以很高的传质速率在反应器中与烟气混合,并与烟气中的SO 2、SO 3和其它有害气体如H CL 和H F 等进行反应,生成CaSO 4和CaSO 3等反应产物,这些干态的反应产物随烟气从反应器上部的出口进入百页窗式分离器及与之相联系的电除尘器,从百页窗分离器及电除尘器下收集的干灰,一部分送回循环床反应器的再循环灰入口,另一部分相当于消石灰粉给料量的排灰则送至

飞灰储存场。

图1 循环流化床干法烟气脱硫系统工艺流程图

该项技术用Ca(OH)2作为脱硫剂时,为达到最大的脱硫效率,在反应器中的最佳反应温度应该尽可能地接近露点。因此,也需要向反应器内喷水增湿,由于喷水量不受烟气的进口温度及烟气中的

SO 2浓度制约,因而在任何工况下都可以通过对喷

水量的调节使反应器内的温度尽可能接近露点,从而可以保证最佳的脱硫效率。

利用流化床作为脱硫反应器的最大优点是可通过喷水将床温控制在最佳反应温度下,达到最好的气固间紊流混合并不断暴露出未反应消石灰的新表面,而通过固体物料的多次循环使脱硫剂具有很长的停留时间,因而大大提高了脱硫剂的钙利用率和反应器的脱硫效率。因此,循环流化床干法烟气脱硫系统能够处理高硫煤的脱硫,并在Ca/S=1.1~1.5时达到90%~97%以上的脱硫效率,如图2所示。

图2 循环流化床反应器的脱硫率与Ca/S 和烟气中SO 2的关系

2.2 循环流化床内的反应机理

循环流化床内大量的固体颗粒在流化介质中处于强烈的湍动状态,具有极好的传热、传质及气固间和固体间的混合条件。循环流化床技术应用于烟气脱硫,以烟气为流化介质,脱硫剂为固体颗粒,脱硫反应在脱硫剂颗粒的表面进行,流态化下的气固两相充分的接触将大大提高脱硫反应的速度和反应的程度。物料在循环流化床内进行内外循环,使得脱硫剂的利用更加充分,并且提高了脱硫效率。

从锅炉的空气预热器出来的一般为120e ~180e 左右的烟气,从底部通过文丘里管进入吸收塔流化床内。在文丘里管出口扩管段设一套喷水装置,创造了良好的脱硫反应温度,在循环流化床内主要化学反应原理如下:

a.在自然界垂直的气固两相流体系中,在循环流化床状态(气速4~6m/s)下可获得相当于单颗粒滑落速度数十至上百倍的气固滑落速度。由于SO 2与Ca(OH )2的颗粒在循环流化床中的反应过程,是1个外扩散控制的化学反应过程,通过气固间大的滑落速度,强化了气固间的传质,传热速率

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