循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫超凈排放技術(shù)分析

張滌宇（中國能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，湖南長沙410007）

循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫超凈排放技術(shù)分析

張滌宇（中國能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，湖南長沙410007）

現(xiàn)階段，我國正在投入使用的燃煤鍋爐中，大部分已配套有脫硫設(shè)施，但隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，需要對(duì)鍋爐進(jìn)行脫硫技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步改造，使其達(dá)到超凈排放的目標(biāo)。本文就半干法脫硫工藝的特點(diǎn)，對(duì)循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫以及超排凈技術(shù)進(jìn)行了簡要的分析，以期為選擇合適的鍋爐煙氣脫硫技術(shù)提供參考。

循環(huán)流化床；半干法煙氣；脫硫；排放技術(shù)

1 引言

循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫技術(shù)，經(jīng)過技術(shù)引進(jìn)后的完善改進(jìn)，在脫硫效率上已經(jīng)有了極大的提升，由當(dāng)初引進(jìn)時(shí)的85%提升到了95%以上。與目前研究應(yīng)用較多的氨法脫硫技術(shù)相比，循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫技術(shù)不產(chǎn)生新的（NH4）2SO3氣溶膠污染和氨泄漏等問題，同時(shí)具有投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，容易循環(huán)回收利用等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于國內(nèi)為數(shù)眾多的燃用中低硫煤鍋爐和高鈣灰鍋爐的煙氣脫硫工程改造，具有廣泛的應(yīng)用前景。

2 半干法脫硫工藝特點(diǎn)

根據(jù)實(shí)際工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及與濕法脫硫工藝對(duì)比可知，半干法脫硫工藝特點(diǎn)如下：

（1）利用鍋爐排出煙塵中含有的大量未完全反應(yīng)的CaO作為吸收劑，大幅度降低了運(yùn)行成本，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求。循環(huán)流化床鍋爐排出的飛灰中含有約30～50%未反應(yīng)的CaO，隨煙氣進(jìn)入流化床塔內(nèi)，在脫硫工藝注水的作用下，利用煙氣流化床所特有的高密度和激烈湍動(dòng)的顆粒床層所形成的高傳質(zhì)傳熱速率，迅速消化生成Ca（OH）2，并與煙氣進(jìn)行高效脫硫反應(yīng)。先脫硫后除塵，煙溫降低、煙氣化學(xué)侵害能力大幅度減弱，濾袋壽命大幅度延長。另外，利用濾餅層還幫助提高了脫硫效率。

（2）由于循環(huán)流化床反應(yīng)塔，具有SO2，SO3，HCI，HF等多組份污染物凈化能力。因此，經(jīng)流化床塔凈化后的煙氣，大大降低了對(duì)布袋除塵器濾料的化學(xué)侵害，進(jìn)一步延長了濾袋的使用壽命。

（3）煙氣循環(huán)流化床干法脫硫的煙囪及煙道可以不需要防腐。循環(huán)流化床干法脫硫塔內(nèi)激烈湍動(dòng)的高密度顆粒床層所形成的巨大吸附表面積，幾乎脫除所有SO3，HCI，HF等酸性氣體。因此，整個(gè)脫硫系統(tǒng)及后續(xù)的煙囪無需任何防腐，不但大大節(jié)約煙囪防腐的投資，還避免了因煙囪實(shí)施防腐出現(xiàn)問題而導(dǎo)致的鍋爐機(jī)組停運(yùn)的損失。

（4）節(jié)約水資源。對(duì)于燃煤電廠，煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝的操作溫度高于濕法脫硫工藝20℃以上，可較濕法脫硫節(jié)水35%左右。特別是，當(dāng)煙氣中含水量高時(shí)，節(jié)水更加明顯。另外，通過添加少量的節(jié)水劑，進(jìn)一步激活煙氣中的水含量，可延長吸收劑Ca（OH）2表面的液膜存續(xù)時(shí)間，大幅度提高脫硫效率，實(shí)現(xiàn)高度節(jié)水。這一節(jié)水技術(shù)的開發(fā)對(duì)我國富煤缺水地區(qū)，特別是缺水地區(qū)建設(shè)大型煤電一體化基地意義重大。

3 循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫相關(guān)概述

3.1 煙氣脫硫基本原理

吸收過程：堿性脫硫劑+SO2=亞硫酸鹽；氧化過程：亞硫酸鹽+O2=硫酸鹽。堿性脫硫劑吸收SO2，先反應(yīng)形成亞硫酸鹽，再加氧，氧化成為穩(wěn)定的硫酸鹽，然后將硫酸鹽加工成所需產(chǎn)品。

3.2 煙氣脫硫脫硫方法

煙氣脫硫的技術(shù)方法種類繁多。以吸收劑的種類為標(biāo)準(zhǔn)，可分為鈣法、氨法、鎂法、鈉法、有機(jī)堿法、活性炭法和海水法等。目前使用最多是鈣法，氨法次之。鈣法有石灰石-石膏法、噴霧干燥法、爐內(nèi)噴鈣法，循環(huán)流化床法、爐內(nèi)噴鈣尾部增濕法和GSA懸浮吸收法等，其中用得最多的是石灰石-石膏法。氨法包括硫按法、聯(lián)產(chǎn)硫錢和硫酸法和聯(lián)產(chǎn)磷按法等，以硫按法為主。按工藝特點(diǎn)又主要分為濕法煙氣脫硫、干法煙氣脫硫和半干法煙氣脫硫。

3.3 煙氣脫硫技術(shù)介紹

3.3.1 石灰石-石膏法

該工藝技術(shù)成熟，效率高，鈣硫比低，運(yùn)行可靠，操作簡單。但脫硫及后續(xù)除塵均在濕式環(huán)境下，系統(tǒng)存在腐蝕、結(jié)垢及堵塞等問題，且有廢水產(chǎn)生。脫硫產(chǎn)物的處理比較麻煩，煙溫降低不利于擴(kuò)散，傳統(tǒng)濕法的工藝較復(fù)雜，占地面積、整體投資及運(yùn)行成本高。

該技術(shù)主要適用于燃用中、高硫煤的熱電廠煙氣脫硫。鍋爐煙氣污染物達(dá)到超凈排放標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)同治理技術(shù)路線一般為：低氮燃燒器、煙氣脫硝裝置+煙氣冷卻器+低低溫電除塵器+高效除塵的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置+濕式電除塵器+煙氣再熱器+煙囪。其工藝示意圖如圖1所示。

圖1 石灰石-石膏法工藝圖

3.3.2 氨 法

該工藝采用堿性較強(qiáng)的氨水作為吸收劑，與鈣基吸收劑相比，脫硫效率高、操作彈性大。脫硫副產(chǎn)品硫酸銨是1種常用肥料，可彌補(bǔ)部分運(yùn)行費(fèi)用。氨水和硫酸按溶液處在1個(gè)封閉的循環(huán)回路中，不產(chǎn)生任何廢水等二次污染，可協(xié)同脫除部分NOX，但氨易揮發(fā)，首先要解決氨逃逸問題。另外易形成亞硫酸錢氣溶膠也是氨法煙氣脫硫技術(shù)的短板。

該技術(shù)適用于中、高硫煤的煤粉爐，特別適用于合成氨等化工企業(yè)鍋爐煙氣脫硫。鍋爐煙氣污染物達(dá)到超凈排放標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)同治理技術(shù)路線與石灰石—石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)類似。

3.3.3 循環(huán)流化床

該技術(shù)又被稱為循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫技術(shù)即CFB技術(shù)，以循環(huán)流化床原理為基礎(chǔ)，不但具有干法脫硫工藝的優(yōu)點(diǎn)，如流程簡單、占地少、投資少、不需煙氣再熱系統(tǒng)、可去除重金屬和SO3、副產(chǎn)品為干態(tài)可綜合利用等，而且還能在很低的鈣硫比條件下，達(dá)到濕法工藝的脫硫率。鍋爐煙氣污染物達(dá)到超凈排放標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)同治理技術(shù)路線一般為：低氮燃燒器、煙氣脫硝裝置+循環(huán)流化床半干法脫硫除塵一體化超凈排放技術(shù)。

該技術(shù)特別適用于循環(huán)流化床鍋爐的煙氣二次脫硫。20世紀(jì)80年代中后期，德國Lurgi公司研究的循環(huán)流化床煙氣脫硫工藝（干法），以循環(huán)流化床原理為基礎(chǔ)，通過脫硫劑的多次再循環(huán)，使脫硫劑與煙氣接觸時(shí)間增加，一般可達(dá)30min以上，從而提高了脫硫效率和脫硫劑的利用率。它不但具有干法脫硫工藝的優(yōu)點(diǎn)，如流程簡單、占地少、投資小及副產(chǎn)品可綜合利用等，而且還能在很低的鈣硫比[m（Ca/S）=1.2～1.5]條件下，達(dá)到濕法工藝的脫硫效率（93～97%）。循環(huán)流化床煙氣脫硫是一種適合我國國情的脫硫技術(shù)，它不僅適合大型，而且對(duì)中小型工業(yè)鍋爐的SO2污染治理也是一種理想的方法。而我國云南小龍?zhí)栋l(fā)電廠引進(jìn)FLS公司的GSA工藝已在1臺(tái)100MW燃煤機(jī)組上投入運(yùn)行。Wulff公司的RCFB工藝也在廣州恒運(yùn)集團(tuán)公司的1臺(tái)210MW機(jī)組上投入運(yùn)行。LLB公司正與有關(guān)公司商談，擬在1臺(tái)300MW的燃煤機(jī)組上建設(shè)CFB脫硫工藝。

3.3.4 NID技術(shù)

NID技術(shù)即是所謂的干法煙氣脫硫技術(shù)，其應(yīng)用粉狀或粒狀吸收劑、吸附劑或催化劑來脫除煙氣中的SO2。干法煙氣脫硫定義：噴入爐膛的CaCO3高溫煅燒分解成CaO，與煙氣中的SO2發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸鈣；采用電子束照射或活性炭吸附使SO2轉(zhuǎn)化生成硫酸氨或硫酸，統(tǒng)稱為干法煙氣脫硫技術(shù)。NID煙氣脫硫工藝的獨(dú)特之處在于將水均勻分配到消石灰和循環(huán)灰粒子表面，使其水分含量增加到5%，既有較好的流動(dòng)性，又克服了傳統(tǒng)半干法煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝可能出現(xiàn)的粘壁問題。其中CFB技術(shù)與NID技術(shù)之間的對(duì)比如表1所示。

表1 CFB與NID脫硫技術(shù)對(duì)比

4 循環(huán)流化床煙氣脫硫超凈排放技術(shù)

4.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

循環(huán)流化床煙氣脫硫工藝又稱之為GSA法煙氣凈化系統(tǒng)，其是以循環(huán)流化床原理為基礎(chǔ)，以干態(tài)消石灰粉Ca（OH）2為脫硫劑，通過脫硫劑的多次循環(huán)，使脫硫劑與煙氣接觸時(shí)間增加，一般可達(dá)30min以上，從而提高了脫硫率和脫硫劑的利用率。

4.2 反應(yīng)過程

循環(huán)流化床脫硫塔內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)非常復(fù)雜，增濕的煙氣與噴入的消石灰吸收劑強(qiáng)烈混合，煙氣中大量的SO2和極少量的SO3與Ca（OH）2反應(yīng)生成CaSO3和CaSO4，部分CaSO3與煙氣的過剩氧生成CaSO4。一般認(rèn)為消石灰、工藝水和燃煤煙氣同時(shí)進(jìn)入流化床中。煙氣中的CO2，SO3，HCl和HF等酸性氣體也會(huì)同時(shí)被Ca（OH）：脫除，而且SO3和HCl的脫除率高達(dá)95%，遠(yuǎn)大于濕法脫硫工藝中SO3和HCl的脫除率，總反應(yīng)為：

4.3 工藝原理及流程

典型GSA法煙氣凈化系統(tǒng)原理圖如圖2所示。該系統(tǒng)由脫硫劑制備、脫硫塔、脫硫劑再循環(huán)和布袋除塵器組成。經(jīng)脫硝工藝完成NO、脫除后，未經(jīng)或經(jīng)除塵后的煙氣從脫硫塔下部進(jìn)入，脫硫塔下部為文丘里管，煙氣在喉管得到加速，在漸擴(kuò)段與加入的干消石灰粉和噴入的霧化水劇烈混合，在塔內(nèi)煙氣與流化狀態(tài)的脫硫劑充分接觸，在噴水降溫共同作用下，煙氣中SO2，SO3，HCl和HF等酸性氣體被完成反應(yīng)脫除，再經(jīng)過旋風(fēng)分離器及布袋除塵器，最后通過引風(fēng)機(jī)從煙囪排出。同時(shí)，湍動(dòng)流化床塔內(nèi)，煙氣中細(xì)微粉塵顆粒和重金屬汞等物質(zhì)通過凝并作用，匯集成較粗顆粒，進(jìn)入后級(jí)配套布袋除塵器后，利用織密濾袋及表面濾餅層過濾脫除。脫硫劑為生石灰消化后的消石灰，經(jīng)螺旋給料機(jī)按給定的鈣硫比連續(xù)加入。布袋除塵器除下的一部分脫硫灰經(jīng)循環(huán)灰斗和螺旋給灰機(jī)進(jìn)入反應(yīng)器中再循環(huán)。在文丘里管中有噴水霧化裝置，通過調(diào)節(jié)水量來控制反應(yīng)器內(nèi)溫度。

圖2 GSA法煙氣凈化系統(tǒng)原理圖

4.4 技術(shù)應(yīng)用

脫硫技術(shù)的成熟程度是具體工程選擇的重要依據(jù)之一，只有成熟的、已商業(yè)化運(yùn)行的系統(tǒng)才有可能保障今后運(yùn)行的可靠性，所以選擇脫硫技術(shù)時(shí)必須考慮該脫硫技術(shù)裝置的運(yùn)行業(yè)績，一般要求在同類相當(dāng)規(guī)模的鍋爐上至少有2a及2臺(tái)以上的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

5 結(jié)語

總而言之，在脫硫工程建設(shè)中，脫硫技術(shù)種類繁多，項(xiàng)目的具體情況決定一種脫硫技術(shù)的適應(yīng)性，項(xiàng)目所在地的環(huán)保法規(guī)、環(huán)境狀況、環(huán)境容量與外部資源、燃煤鍋爐的容量、硫分、副產(chǎn)品處置、建設(shè)難度等重要因素決定了脫硫技術(shù)的選擇。因此，脫硫技術(shù)的選擇除考慮脫硫工藝自身技術(shù)因素外，還要根據(jù)項(xiàng)目的具體要求，因地制宜、因廠制宜，選用最適用的工藝。

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X701.3

A

2095-2066（2016）05-0041-02

2016-1-20

張滌宇（1986-），男，工程師，主要從事常規(guī)火力發(fā)電廠鍋爐專業(yè)設(shè)計(jì)工作。