浅谈循环流化床脱硫技术

王刚 袁亮

【摘 要】火电厂排放的二氧化硫形成的酸雨已严重危害人类的生存环境，国家强制要求火电厂必须安装烟气脱硫装置。但是，受技术和经济等条件的限制，必须发展脱硫率高、系统可利用率高、流程简化、系统电耗低、投资和运行费用低的脱硫技术和工艺。在这种形势下，干法脱硫工艺应运而生。为此，结合国内外目前比较成熟、大型商业化运行的几种干法、半干法脱硫工艺，分析了干法、半干法脱硫工艺的技术特点，最后重点介绍了循环流化床脱硫技术的工艺。

【关键词】干法 烟气脱硫 二氧化硫 循环流化床

【中图分类号】 TM621【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0200-02

1、烟气脱硫技术的发展和现状

世界上烟气脱硫技术的发展经历了以下3个阶段：

20世纪70年代，以石灰石湿法为代表第一代烟气脱硫。

20世纪80年代，以干法、半干法为代表的第二代烟气脱硫。主要有炉内喷钙加炉后增湿活化（LIFAC）、烟气循环流化床（CFB）、循环半干法脱硫工艺（NID）等。这些脱硫技术基本上都采用钙基吸收剂，如石灰或消石灰等。随着对工艺的不断改良和发展，设备可靠性提高，系统可用率达到97%，脱硫率一般为70%～95%，适合燃用中低硫煤的中小型锅炉。

20世纪90年代，以湿法、半干法和干法脱硫工艺同步发展的第三代烟气脱硫。由于技术和经济上的原因，一些烟气脱硫工艺已被淘汰，而主流工艺，如石灰石-石膏湿法、烟气循环流化床、炉内喷钙加炉后增湿活化及改进后的NID得到了进一步的发展，并趋于成熟。这些烟气脱硫工艺的优点是：脱硫率高（可达95%以上）、系统可利用率高、工艺流程简单、系统电耗低、投资和运行费用低等。

2、干法烟气脱硫技术介绍

2.1 NID烟气循环流化床脱硫技术

NID干法烟气脱硫技术是ALSTOM公司在半干法脱硫装置的基础上创造性开发的新一代的烟气干法脱硫技术，它借鉴了半干法技术的脱硫原理，又克服了此种技术使用制浆系统而产生的弊端。因此具有投资低、设备紧凑的特点，适用于300MW及以下机组。

技术特点：

1.NID技术采用生石灰（CaO）的消化及灰循环增湿的一体化设计，保证新鲜消化的高质量消石灰（Ca（OH）2）立刻投入循环脱硫反应。

2.利用循环灰携带水分，在粉尘颗粒的表面形成水膜。粉尘颗粒表面的薄层水膜在一瞬间蒸发在烟气流中，在极短的时间内形成温度和湿度适合的理想反应环境。同时也克服了传统半干法脱硫反应器中可能出现的粘壁问题。

3.由于建立理想反应环境的时间减少，使得总反应时间大大降低成为可能，可有效地降低脱硫反应器高度。

4.烟气在反应器中高速流动，整个装置结构紧凑、体积小、运行可靠、装置的负荷适应性好。

5.脱硫副产物为干态，系统无水产生。终产物流动性好，适宜用气力输送。脱硫后烟气不必再加热可直接排放。

6.对吸收剂要求不高，可广泛取得。

7.通过减小吸收塔的尺寸和降低占地面积以及避免采用复杂昂贵的消化制备系统，大大降低了初投资和运行费用。

8.脱硫效率高，可达90%以上。

技术参数：

钙硫比（ Ca/S）：<1.4

物料循环次数：30—150

脱硫效率：>90%

SO3脱除效率：>99%

除尘效率：>99.9%

系统可利用率：>98% NID技术工艺原理图

2.2 PW-CFB循环流化床烟气脱硫技术

CFB循环流化床烟气脱硫技术具有脱硫效率高、建设投资少、占地小、结构简单、易于操作、运行费用低等特点，适用于中小型火力发电机组。

技术特点：

1.固体吸收剂粒子停留时间长；

2.固体吸收剂与SO2间的传热传质交换强烈；

3.脱硫效率高，对高硫煤（含硫3%以上）也能达到90%以上的脱硫效率；

4.由于床料循环利用，从而提高了吸收剂的利用率；在相同的脱硫效率下，与传统的半干法比较，吸收剂可节省30%；

5.操作简单，运行可靠，反应温度可降至烟气露点附近；

6.结构紧凑，循环流化床反应器不需要很大的空间，可实现大型化；

7.脱硫产物以固态排放；

8.无制浆系统；

9.对改造工程的电除尘器无需改造。

技术参数：

钙硫比（ Ca/S）：<1.4

物料循环次数：30—100

脱硫效率：>80%

SO3脱除效率：>99%

除尘效率：>99.9%

系统可利用率：>98%

PW-CFB技术工艺原理图

2.3炉内煅烧（喷氨）循环流化床烟气脱硫

炉内煅烧循环流化床烟气脱硫是在借鉴烟气循环流化床脱硫技术的基础上，通过自主研发，拥有自主知识产权的干法脱硫技术，其最大的特点是选用价格低廉、来源广泛的石灰石作为脱硫剂，脱硫剂适应性强。同时可与锅炉节能改造相配合，以提高锅炉热效率。

技术特点：

1.固体吸收剂与SO2间的传热传质交换强烈，床内粒子碰撞，使吸收剂颗粒表面发生碰撞、磨蚀，不断地去除反应剂表面地反应产物，暴露出新的反应面；

2.通过床料在床内反混及外置分离器可实现颗粒多次循环，以提供脱硫剂地利用率；

3.与电除尘器一体化设计；

4.采用石灰石为脱硫剂，使脱硫剂有非常强的适应性；

5.与锅炉节能改造同时进行，可提高锅炉的效率，并进一步降低脱硫的运行成本。

技术参数

钙硫比（ Ca/S）：<1.4

物料循环次数：30—100

脱硫效率：>80%

SO3脱除效率：>99%

除尘效率：>99.9%

系统可利用率：>98%炉内煅烧循环流化床烟气脱硫工艺原理图

3、循环流化床干法脱硫（CFB-FGD）工艺

根据国内实际情况，目前我国干法技术运用最广泛、装机容量最大的为循环流化床干法脱硫，故本次重点介绍循环流化床干法脱硫工艺。

3.1 工艺流程及原理说明

一个典型的CFB-FGD系统由预电除尘器系统、吸收剂制备及供应系统、吸收塔系统、物料再循环系统、工艺水系统、脱硫除尘器系统以及仪表控制系统等组成。首先从锅炉的空气预热器出来的烟气温度一般为120～160℃左右，通过预除尘器后从底部进入脱硫塔。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，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，SO2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℃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CaSO4·1/2H2O、CaF2、CaCl2·Ca（OH）2·2H2O等。烟气在上升过程中，颗粒一部分随烟气被带出脱硫塔，一部分因自重重新回流到循环流化床内，进一步增加了流化床的床层颗粒浓度和延长吸收剂的反应时间。喷入的用于降低烟气温度的水，以激烈湍动的、拥有巨大的表面积的颗粒作为载体，在塔内得到充分的蒸发，保证了进入后续除尘器中的灰具有良好的流动状态。

由于流化床中气固间良好的传热、传质效果，SO3全部得以去除，加上排烟温度始终控制在高于露点温度20℃以上，因此烟气不需要再加热，同时整个系统也无须任何的防腐处理。

净化后的含尘烟气从脱硫塔顶部侧向排出，然后转向进入脱硫后除尘器进行气固分离，再通过引风机排入烟囱。经除尘器捕集下来的固体颗粒，通过除尘器下的脱硫灰再循环系统，返回脱硫塔继续参加反应，如此循环。多余的少量脱硫灰渣通过仓泵设备外排。

在循环流化床脱硫塔中，Ca（OH）2与烟气中的SO2和几乎全部的SO3，HCl，HF等完成化学反应，主要化学反应方程式如下：

Ca（OH）2+SO2=CaSO3·1/2H2O+1/2H2O

Ca（OH）2+SO3=CaSO4·1/2H2O+1/2H2O

CaSO3·1/2H2O+1/2O2=CaSO4·1/2H2O

Ca（OH）2+CO2=CaCO3+H2O

2Ca（OH）2+2HCl=CaCl2·Ca（OH）2·2H2O（>120℃）

Ca（OH）2+2HF=CaF2+2H2O

3.2 脱硫系统的组成

脱硫除尘改造工程脱硫除尘岛主要由预电除尘器、吸收塔、脱硫除尘器、脱硫灰循环系统、吸收剂制备及供应系统、烟气系统、工艺水系统、流化风系统、脱硫灰外排系统等组成。

1.烟气系统

2.吸收塔系统

3.脱硫布袋除尘器

4.物料循环系统

5.吸收剂制备、输送及供应系统

6.工艺水系统

7.流化风系统

8.气力输送系统

4、结论

由于循环流化床脱硫技术在占地、造价、操作、调节、维护、副产品无二次污染等方面的优点，这种工艺越来越受到业主方的青睐。现在各国都在积极研究干法脱硫技术，并使之逐步向设备大型化、系统简单化、控制自动化发展，所以国内循环流化床脱硫技术应用的比例也在逐步提高。随着对循环流化床脱硫技术的深入认识、研究和改进以及对脱硫灰综合利用的开发，循环流化床脱硫技术将会有更加广阔的应用前景。

参考文献

[1] 黎在时，刘卫平.德国 WULFF公司的干法脱硫技术[J].中国环保产业，2002（2）：74—76

[2] 陈兵，张学学.烟气脱硫技术研究与进展[J].工业锅炉，2002，74（4）：6-10

[3] 马果骏，烟气循环流化床（CFB）脱硫技术简介[J].电力环境保护，1994，10（1）：46-48

[4] 林春源，大型火电厂烟气循环流化床脱硫系统的设计与应用[J].能源与环境，2005，（2）：43-48

[5] LH/T178-2005，火电厂烟气脱硫工程技术规范：烟气循环流化床法[S]

[6] 张基伟，国外燃煤电厂烟气脱硫技术综述[J].中国信息能源网. 2003