塔內(nèi)運行溫度對循環(huán)流化床煙氣脫硫效率影響的試驗研究

王虎，李少華，雷宇

(1.東北電力大學能源與動力工程學院，吉林吉林132012;2.吉林市松花江熱電有限公司，吉林吉林132002)

循環(huán)流化床(circulating fluidized bed，CFB)煙氣脫硫最早是由德國魯奇集團能捷斯比曉夫公司(Lurgi Lentjes Bischoff，簡稱LLB公司)于20世紀70年代開發(fā)的一種新型半干法工藝。該工藝以循環(huán)流化床原理為基礎(chǔ)，是一種基于流態(tài)化的脫硫工藝，主要應(yīng)用于中小型燃煤電廠，尤其適合于老機組煙氣脫硫改造，具有占地小、運行費用低、系統(tǒng)簡單、脫硫效率高、無二次污染等優(yōu)點。在實際運行中，由于出口溫度、入口SO2濃度的影響，脫硫效率很難達到要求，本文對某電廠脫硫系統(tǒng)24小時的運行情況進行分析，并對入口SO2濃度和吸收塔出口溫度對脫硫效率的影響進行試驗研究。

1 工程概況

某電廠一期工程于2003年正式投產(chǎn)。一期安裝3臺額定蒸發(fā)量為360 t/h的煤粉鍋爐，2臺額定發(fā)電量為125 MW雙抽式汽輪發(fā)電機組。脫硫改造工程對爐后煙氣進行脫硫再除塵改造，共設(shè)置兩套脫硫系統(tǒng)，其中1，2號爐公用1#脫硫塔，3號爐配備2#脫硫塔。本文對該廠改造后的1#脫硫系統(tǒng)運行期間出現(xiàn)的問題進行分析和試驗研究。

1.1 工藝簡介

圖1為該電廠1#循環(huán)流化床煙氣脫硫系統(tǒng)圖，該循環(huán)流化床煙氣脫硫系統(tǒng)主要由脫硫塔主體、石灰給料系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、再循環(huán)系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、儀控系統(tǒng)組成。從鍋爐的空氣預(yù)熱器出來的煙氣通過預(yù)除塵器后從底部進入吸收塔，然后煙氣通過吸收塔下部的文丘里管的加速，進入循環(huán)流化床體。在文丘罩的出口擴管段設(shè)有噴水裝置，噴入的霧化水以降低脫硫反應(yīng)器內(nèi)的煙溫，煙氣在上升過程中，顆粒一部分隨煙氣被帶出吸收塔，一部分因自重重新回流到循環(huán)流化床內(nèi)。凈化后的含塵煙氣從吸收塔頂部側(cè)向排出，然后轉(zhuǎn)向進入脫硫后除塵器，經(jīng)除塵器捕集下來的固體顆粒，通過除塵器下的脫硫灰再循環(huán)系統(tǒng)，返回吸收塔繼續(xù)參加反應(yīng)，如此循環(huán)，多余的少量脫硫灰渣通過氣力輸送至脫硫灰倉內(nèi)，再通過罐車進行綜合利用或運到儲灰場，從除塵器分離出來的氣體通過鍋爐風機排入煙囪。

1.2 脫硫反應(yīng)機理

在循環(huán)流化床脫硫塔中，Ca(OH)2與煙氣中的SO2和、SO3、HCl、HF等發(fā)生化學反應(yīng)，主要化學反應(yīng)方程式如下:

圖1 系統(tǒng)流程圖

1.3 設(shè)計條件

煤中硫份(Sar)按Sar=0.21%設(shè)計，采用生石灰做脫硫劑，石灰純度大于80%，粒度小于0.2 mm;處理煙氣量為846 000 Nm3/h，脫硫塔入口煙氣含硫1 120～2 130 mg/Nm3，進入吸收塔的煙氣溫度145℃，鍋爐運行范圍為鍋爐最大連續(xù)出力的35%～100%，脫硫塔出口煙氣溫度≥71℃，脫硫塔進出口壓降≤1 800 Pa。

2 運行期間出現(xiàn)的問題

該循環(huán)流化床煙氣脫硫系統(tǒng)在運行期間，吸收塔出口煙氣溫度高達95度，塔入口的SO2含量已經(jīng)超出設(shè)計值913.5 mg/m3，脫硫效率很低。由此可初步判斷造成脫硫效率過低的原因為循環(huán)流化床脫硫塔入口的SO2含量過高以及出口煙氣溫度過高。

圖2顯示了此段時間內(nèi)入口SO2濃度和出口煙氣溫度對脫硫效率的影響，由圖2可以看出，在煙氣入口SO2濃度高于設(shè)計值的情況下，當循環(huán)流化床脫硫塔出口的溫度在77～86℃時，脫硫效率僅有65%～80%，且脫硫效率隨出口煙氣溫度的升高而降低。

圖2 試運行期間脫硫效率與出口煙氣溫度的關(guān)系

3 試驗條件

實驗中保持脫硫塔入口煙氣溫度130±3℃，床層壓力1 300 Pa，塔噴入水量19 m3/h，脫硫劑量1.4 t/h。改變脫硫塔出口溫度和入口SO2濃度來考察出口溫度和入口SO2濃度對脫硫效率影響。選取入口煙氣SO2濃度分別為1 500 mg/m3，1 700 mg/m3，1 900 mg/m3，2 100 mg/m3;出口溫度分別為75℃，78℃，81℃，84℃。16個工況下，每個工況測量五組數(shù)據(jù)，一共80組數(shù)據(jù)，對這80組數(shù)據(jù)進行分析。

4 試驗結(jié)果分析

4.1 入口SO2濃度對脫硫效率影響

圖3為不同吸收塔出口溫度下，入口SO2濃度對脫硫效率的影響。從圖3(a)、(b)可以看出，出口溫度為75℃和78℃條件下，SO2濃度為1 700 mg/m3時的脫硫效率最高，其次是1 500 mg/m3和1 900 mg/m3，SO2濃度為2 100 mg/m3時的脫硫效率最低。從圖3(c)、(d)可以看出，出口溫度為81℃和84℃條件下，SO2濃度為1900 mg/m3時的脫硫效率最高，其次是1500 mg/m3和1700 mg/m3，SO2濃度為2 100 mg/m3時的脫硫效率最低。脫硫效率呈現(xiàn)隨入口SO2濃度先上升后降低的趨勢，在SO2濃度為1 700 mg/m3到1 900 mg/m3之間脫硫效率最高。這是因為當煙氣中SO2濃度增加時，增加了反應(yīng)物濃度，從而加快了反應(yīng)的速度，有利于脫硫反應(yīng)的進行;SO2與吸收劑之間完成瞬時的化學反應(yīng)之后，吸收只能靠化學吸附來實現(xiàn)，當SO2濃度繼續(xù)增加時，脫硫劑液滴中溶解的SO2達到飽和，使脫硫效率降低。

4.2 吸收塔出口溫度對脫硫效率影響

圖4為不同濃度下出口溫度對脫硫效率的影響，從圖中可以看出，在四種入口SO2濃度下，出口溫度對脫硫效率的影響呈現(xiàn)相同的趨勢，脫硫效率隨出口溫度的升高而降低，在出口溫度75℃時，出口煙氣溫度75℃脫硫效率最高，在出口溫度84℃時，脫硫效率最低。這是因為整個脫硫塔內(nèi)的脫硫反應(yīng)分為兩個階段，一是離子反應(yīng)階段，一是分子反應(yīng)階段，且分子反應(yīng)階段的脫硫效率較低，在塔內(nèi)起主要脫硫作用的是離子反應(yīng)［1，2］。當溫度升高時，水分蒸發(fā)的快，反應(yīng)時間短，使得脫硫劑的反應(yīng)不完全;另一方面SO2在水中的溶解度隨溫度的升高而明顯降低［3］，溫度升高使脫硫劑漿液中溶解的SO2離子減少，從而影響了脫硫反應(yīng)。

圖3 不同溫度條件下入口SO2濃度對脫硫效率的影響

圖4 不同入口SO2濃度下出口溫度對脫硫效率的影響

5 調(diào)試結(jié)果分析

循環(huán)流化床脫硫塔入口SO2濃度是由鍋爐燃煤的種類來確定的，在實際操作中，其量不可控。通過以上的試驗結(jié)果，我們通過控制噴水量來調(diào)節(jié)出口溫度，使出口煙氣溫度保持在高于露點溫度20℃的范圍內(nèi)，以達到最高的脫硫效率，同時防止煙氣溫度過低而結(jié)露腐蝕煙道。從圖5中可以看出，在相同入口SO2濃度的條件下，使出口溫度降低到75～80℃后，脫硫效率有明顯提高，可達到80%～90%。

圖5 調(diào)試后出口煙氣溫度對脫硫效率的影響

6 結(jié)論

(1)出口溫度對脫硫效率影響很大，當出口溫度從84℃降低到75℃時，脫硫效率可提高20%，脫硫效率隨煙氣出口溫度的降低而升高。

(2)在其它條件不變的情況下，脫硫效率隨入口SO2含量的增加呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢。在試驗條件下，入口SO2含量在1 700 mg/m3到1 900 mg/m3之間脫除效率最高。

(3)通過調(diào)節(jié)噴入水量來調(diào)節(jié)出口溫度能使脫硫系統(tǒng)達到較高的脫硫效率。運行結(jié)果表明，即使在入口SO2含量較高的情況下，降低出口溫度到75℃，脫硫效率可達88%。

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