半干法烟气脱硫技术的工程应用

王鹏举 ， 田志娟 ， 徐　伟 ， 郑永利

(中国石化 洛阳分公司 ， 河南 洛阳　471012 )



半干法烟气脱硫技术的工程应用

王鹏举 ， 田志娟 ， 徐伟 ， 郑永利

(中国石化 洛阳分公司 ， 河南 洛阳471012 )

摘要：烟气脱硫工艺分为湿法脱硫、干法脱硫、半干法脱硫三大类。半干法烟气脱硫技术具有系统简单、投资运行成本低、脱硫产物易处理等优点，近年来逐步发展应用。本文从半干法脱硫发展历史着手，对半干法脱硫的技术原理、工艺流程及重要设备进行说明，对比分析半干法脱硫与石灰石—石膏法脱硫优缺点，列举工程应用实例，分析大型化发展的制约因素，展望技术应用发展前景。

关键词：半干法烟气脱硫 ； 工程应用 ； 优缺点 ； 前景

0前言

我国电力生产以燃煤为主，电力生产产生的SO2排放量占全国排放量的50%以上。国家最新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)对火电厂SO2排放提出了严格的限制要求。

烟气脱硫是指应用化学或物理的方法将烟气中的SO2固定或脱除。按照脱硫方式，燃料燃烧后烟气脱硫可分为湿法脱硫、干法脱硫、半干法脱硫三大类。

湿法脱硫具有脱硫反应速度快、脱硫效率高等优点，由于出现较早，目前应用广泛，工艺技术成熟，尤其在脱硫效率要求高的行业或领域，占有率高。但应用中也存在一定问题，脱硫后产物处理困难、易造成二次污染、投资运行维护费用高、设备存在腐蚀现象、系统复杂等问题。

干法脱硫具有无污水废酸排出、设备腐蚀小、设备投资及运行费用低等优点，但致命缺点是脱硫效率低、反应速度慢。

半干法脱硫兼具湿法脱硫及干法脱硫的特点，主要是在湿状态下脱硫，干状态下处理脱硫产物。该法具备湿法脱硫的脱硫效率高、反应速度快的优点，又具有干法脱硫的低成本、产物无腐蚀污染等特点，且排烟中不存在湿法脱硫“石膏雨”隐患[1]，近年来发展迅速，尤其在小容量机组、低硫煤、缺水地区具有一定的工程应用业绩。

1半干法脱硫技术

1.1　半干法脱硫技术原理

半干法脱硫技术全称为循环流化床半干法脱硫技术(CFB-FGD)，其主要是根据循环流化床理论，烟气通过吸收塔底部的文丘里管的加速，进入脱硫塔，在脱硫塔内气固两相气流的作用，产生激烈的湍动与混合，充分接触。物料在上升的过程中，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比单颗粒滑落速度高数十倍；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，使得床内的钙硫比剧增。物料与烟气中的SO2、SO3等酸性气体充分接触反应来实现脱硫[2]，系统以锅炉飞灰作为循环物料，反应器内固体颗粒浓度均匀，固体内循环强烈，气固混合、接触良好，气固间传热、传质理想。

吸收塔主要化学反应：

其他酸性气体化学反应：

消化器中化学反应：

1.2　半干法脱硫工艺流程

脱硫系统主要由消化器系统、脱硫塔、脱硫灰再循环、工艺水系统、布袋除尘器等组成[3]。从锅炉出来的烟气经锅炉引风机从底部进入吸收塔，在吸收塔里与循环灰中的氧化钙以及加入的消石灰和水进行反应，除去烟气中的SO2、SO3等有害物质。净化后的含尘烟气从吸收塔顶部侧向排出，经布袋除尘器、脱硫引风机排入烟囱。布袋除尘器收集下来的灰通过再循环系统返回吸收塔继续参加反应，部分脱硫灰通过气力输送至灰库。

1.3　半干法脱硫主要设备

1.3.1消化器

消化器是半干法脱硫装置脱硫剂的制备系统，系统内发生的主要是生石灰中的氧化钙(CaO)与水(H2O)反应生成氢氧化钙(Ca(OH)2)的消化反应。氧化钙与水的反应是一个强放热反应，在反应过程中由于放热而产生大量蒸汽，因此，消化反应是一个汽、液、固的三相反应。

1.3.2脱硫塔文丘里管

烟气通过流化床反应器内文丘里管的加速，在文丘里管上部的反应塔内形成一个稳定的、激烈湍动的高颗粒密度床层。在该区域内钙硫比为50∶1，提高SO2与Ca(OH)2的接触几率。

1.3.3工艺水喷枪

工艺水喷枪的作用是保证工艺水均匀扩散到物料表面并能够得到快速蒸发。喷水降低烟气温度，增湿吸收剂表面，满足高效率脱硫离子反应的需求，图1为喷枪的模型图。

图1　工艺水喷枪模型图

喷枪喷嘴的正确操作对脱硫工艺是十分重要的，因此应该严格按照设计要求进行水喷嘴的安装，运行过程中要求定期对水喷嘴进行检查维护。水的注入除选择正确的喷嘴外，其注入位置的选择既要考虑该处的颗粒浓度，又要考虑该处的颗粒湍动能量，图2中Zi高度为喷枪安装位置。

图2　脱硫塔喷枪安装位置示意图

1.3.4布袋除尘器及返料斜槽

低压脉冲旋转喷吹布袋除尘器，适应干法脱硫后烟气高粉尘浓度的特性，是脱硫除尘岛的一个重要组成部分，粉尘被收集下来后，大部分返回到吸收塔入口继续脱硫，少部分粉尘外排至灰库。低压脉冲旋转喷吹布袋除尘器结构先进、除尘效率高、运行可靠、能耗低、维护简单，适用循环流化床干法脱硫后粉尘高浓度、高湿度，运行温度紧挨露点温度的特点。除尘器在75 ℃低温下进行清灰，采用0.08 MPa低压喷吹，防止出现“节流效应”造成袋口结露，影响清灰效果与滤袋使用寿命。

采用大流量耐磨空气返料斜槽连接灰斗与脱硫塔，与主系统可以隔离，方便维护，图3为耐磨返料斜槽示意图。

图3　返料斜槽示意图

2主要脱硫技术优缺点对比

控制燃煤产生的SO2污染主要方式有燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫。燃烧前脱硫主要包括洗煤、煤气化、液化以及利用机械、电磁等物理手段进行脱硫，该方法只能脱去煤中的无机硫，无法从根本上解决SO2对大气的污染[4]。燃烧中脱硫主要为炉内喷钙。燃烧后脱硫即烟气脱硫，是目前控制燃煤电厂SO2最有效、应用最广的技术。

石灰石石膏法与循环流化床干法分别为湿法、干法中的成熟技术，从技术和应用来讲均为成熟工艺。 结合两种脱硫工艺的技术特点及实际应用，表1对比分析了石灰石—石膏法与半干法脱硫两种工艺的优缺点。

表1　石灰石—石膏法与半干法脱硫对比

石灰石—石膏法对煤种适用性强、脱硫效率高、运行安全可靠、适应负荷变化特性好，能够适应大容量机组的要求，在国内外应用最广泛[5]。但系统较为复杂，建设投资大，占地面积广，在中小型机组上，存在不同程度的设备积垢、堵塞、腐蚀和磨损问题。

半干法脱硫技术成熟、脱硫效率较高，近年在中小型机组上有较好的应用，较好的发展前景，工艺流程简单、占地面积小、初始投资成本低[6]。脱硫塔内Ca (OH)2对烟气中SO3、HCl、HF脱除率较高，同时净烟气含湿量较低，酸露点可降低至55 ℃，而反应温度一般高出酸露点15 ℃，烟气腐蚀等级属于干烟气，腐蚀性小，烟囱内运行环境较为温和，无需做特殊防腐处理。但系统易出现磨损泄漏，工艺运行稳定性要求高，在600 MW以上大机组应用少。

3工程应用实例

某热电联产热电站310 t/h循环流化床锅炉脱硫技术升级，在炉内喷钙脱硫的基础上，炉后脱硫采用半干法烟气脱硫技术，表2为工艺运行参数。

表2　某半干法脱硫装置工艺运行参数

半干法脱硫系统运行情况良好，出口SO2、粉尘达到设计要求。消化器系统运行基本正常，满足脱硫剂制备需求。物料循环系统保证了吸收塔床层压降在1.0 kPa以上，循环灰流动顺畅。流化风机运转正常，物料循环调节阀调节可靠，根据床层的设定值，稳定控制床层压降。工艺喷水系统将脱硫运行温度控制在75 ℃以上，创造了脱硫塔内最佳脱硫反应条件。水泵运行正常，工艺水喷嘴的入口压力在4.0 MPa以上，回水调节阀调节可靠准确，根据吸收塔出口温度的设定值，稳定控制吸收塔出口温度。脱硫灰外排系统仓泵输灰顺畅，能够满足锅炉最大出力时候的排灰能力，根据灰斗低点料位压力，实现自动输灰功能。

4制约因素及发展前景

4.1　大型化规模发展的制约因素

①半干法工艺脱硫效率能稳定维持在90%左右，适用于硫分低于1.0%的非重点控制地区。燃用高硫煤的大机组运行时因入口SO2含量高，烟气速度高，脱硫剂反应效率低，经济性较差。②半干法工艺运行时必须密切监视床层压差变化，并特别重视消化系统、雾化喷嘴、返料槽等关键部位的运行参数[7]。当烟气量大时，系统磨损加剧，因此在600 MW以上大机组应用少。③半干法脱硫对运行工艺、控制系统要求高。脱硫塔在运行中易出现床层灰塌落，堵塞底部烟道弯头，危机锅炉机组运行安全[8]。保证工艺水喷枪雾化效果，防止物料黏结，造成堵塞。④脱硫除尘系统的压力降较大，压力损失使得厂用电率升高。⑤脱硫副产品的大范围综合利用正在研究。脱硫副产品中含有一定量的亚硫酸钙。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，影响原粉煤灰的综合利用。目前，国内外专家对于脱硫灰综合利用的研究主要集中在水泥缓凝剂、改良土壤和制造人工礁岩方面，这些方法都被证明具有一定的可行性，但通常受到地理位置和运输半径的限制，使用量有限，无较大市场优势，新的综合利用途径正在研究开发中。

4.2　发展前景

半干法是新兴工艺，除脱除SO2外可脱除SO3、HCl、HF及Hg等重金属，由于建设运行成本低，性价比高，在中小型机组逐步推广应用。2010年2月环保部颁布的《燃煤电厂污染防治最佳可行技术指南》中指出循环流化床干法脱硫工艺效率可达90%，适用于含硫量1.0%以下的低硫煤电厂，600 MW以下，缺水地区的新建及改造机组，多用布袋除尘器。通过技术研究的不断深入，工程应用的不断总结，关键设备的攻关改造，半干法脱硫在大型机组应用上具有广阔的发展前景。

参考文献：

[1]陈秋,杨杰,张志强.半干法脱硫技术的应用与分析[J].电力环境保护,2008,24(2):9 -10.

[2]刘利, 程养学,喻文熙,等. 火电厂烟气脱硫工艺概述及脱硫国产化[J].能源环境与保护. 2006, 20(4):1-5.

[3]边曙光.循环流化床半干法烟气脱硫控制系统方案设计及应用[D].河北:华北电力大学控制与计算机工程学院, 2004.

[4]郑晓坤.火电厂烟气脱硫方法的研究[D].河北：华北电力大学,2009:1-3.

[5]薛巨勇.石灰石石膏湿法脱硫装置的运行维护分析[J].江苏机电工程，2012,31(6):78-81.

[6]高明智,王鸯鸯. 烟气脱硫方法简介[J].中国环保产业，2010(8):28-30.

[7]魏宏鸽,杜振,何胜,等.半干法脱硫技术在燃煤电厂中的应用调查与分析[J].电力科技与环保,2014,30(5):23-25.

[8]柴俊国. 火电厂循环半干法脱硫系统存在的问题及改进[J].化工生产与技术.2005,12(4):33-34.

作者简介：王鹏举(1986-)，男，工程师，从事锅炉运行技术工作，电话：(0379)66994932。

收稿日期：2015-10-28

中图分类号：TQ028.2

文献标识码：B

文章编号：1003-3467(2015)12-0041-04