循環(huán)流化床技術(shù)脫硫脫硝的試驗研究

樊梅

摘 要：本文立足于半干法脫硫工藝的優(yōu)勢，研制同時具有脫硝功能的工藝手段，以期能夠同時實現(xiàn)高效的脫硫、脫硝目的。在對吸收劑提升活性水平的主要手段進(jìn)行分析的基礎(chǔ)之上，研究循環(huán)流化床技術(shù)脫硫脫硝的試驗流程，并對試驗結(jié)果進(jìn)行分析，希望能夠引起重視。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床；脫硫；脫硝；試驗

1.研究背景分析

傳統(tǒng)技術(shù)條件下，為了實現(xiàn)煙氣脫硫脫硝的目的，往往需要分級開展脫除作業(yè)，由此可能導(dǎo)致項目投資較高，后期維護(hù)難度較大，且占地面積較大等多個方面的問題。如何解決以上問題，同時合理提高脫硫脫硝的運行效率，這一問題值得各方人員引起深入思考。結(jié)合已有的實踐工作經(jīng)驗來看，半干法脫硫技術(shù)作為一種以循環(huán)流化床作為反應(yīng)平臺，以石灰粉作為吸收試劑，在吸收試劑多次循環(huán)的狀態(tài)下實現(xiàn)脫硫目標(biāo)的技術(shù)手段，能夠?qū)煔猱?dāng)中所含有的各種酸性氣體進(jìn)行有效去除，所產(chǎn)生的最終產(chǎn)物不但不會造成二次污染，且還具有充分利用的價值。其所對應(yīng)的基本工藝流程如下圖所示（見圖1）。在半干法脫硫技術(shù)的支持下，進(jìn)行脫硫的優(yōu)勢有：設(shè)備構(gòu)成比較簡單，投資費用消耗較低，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

圖1 半干法脫硫工藝流程示意圖

因此，有關(guān)研究人員提出：如果能夠在這種半干法脫硫工藝的基礎(chǔ)之上，研制同時具有脫硝功能的工藝手段，則能夠同時實現(xiàn)高效的脫硫、脫硝目的。具體思路是自反應(yīng)塔下部噴入生石灰，根據(jù)進(jìn)入反應(yīng)塔內(nèi)的煙氣溫度噴入霧化水，在對反應(yīng)塔溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)的同時，促進(jìn)生石灰與氮氧化物的吸收反應(yīng)。生石灰與煙氣反應(yīng)后可進(jìn)入分離器內(nèi)，其中一部分灰導(dǎo)入灰倉進(jìn)行處理，另一份部分則重新進(jìn)入循環(huán)流化床反應(yīng)塔內(nèi)。固體顆粒在分離器與反應(yīng)塔之間循環(huán)，提高脫硫脫硝效率。經(jīng)過分離器處理后的煙氣最終通過布袋除塵器凈化后形成潔凈煙氣并排入大氣。

2.吸收劑活性水平的提升方法分析

為了能夠利用粉煤灰制備吸收劑進(jìn)行脫硫脫硝方面的工作，關(guān)鍵在于提高吸收劑的活性水平。結(jié)合當(dāng)前的實踐工作經(jīng)驗來看，提高吸收劑活性水平可采取的技術(shù)手段包括以下幾個方面：首先，可以通過精細(xì)研磨粉煤灰的方式，提高粉煤灰中二氧化硅的溶出率水平。但這種技術(shù)手段對于活性的改善效果不是特別明顯，且精細(xì)研磨需要消耗大量的能量，故而綜合效應(yīng)不是非常突出；其次，可以通過提高硝化溫度的方式促進(jìn)活性水平的提升。眾所周知，粉煤灰玻璃體是處于介穩(wěn)狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)上遠(yuǎn)程無序但近程有序。但持續(xù)提高硝化反應(yīng)溫度可能會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受到水熱反應(yīng)的影響而發(fā)生破壞；再次，可以通過延長硝化時間的方式達(dá)到提升活性水平的目的。理論研究中認(rèn)為：適當(dāng)?shù)难娱L硝化時間能夠使整個反應(yīng)更加的充分。但隨著反應(yīng)時間的推移，粉煤灰表面所聚集的沉積產(chǎn)物不斷增多，由此造成硝化反應(yīng)速率的降低，活性水平的改善趨勢不夠明顯；最后，可以通過增加添加劑的方式改善其活性水平。通過加入添加劑（如典型的亞氯酸鈉）的方式，促進(jìn)消石灰分散度以及溶解度的提升，改善截面反應(yīng)能力，從而達(dá)到持續(xù)、有效提升硝化反應(yīng)期間活性水平的目的。

綜合以上分析，在本次試驗中選擇最后一種方案，也就是通過增加亞氯酸鈉的方式來提升吸收劑的活性水平。

3.循環(huán)流化床技術(shù)脫硫脫硝試驗分析

整個循環(huán)流化床技術(shù)脫硫脫硝試驗系中的主要構(gòu)成部分包括煙氣發(fā)生部分、加料部分、物料循環(huán)部分、加熱部分、增濕部分、測量部分、以及動力部分這幾個方面。

在按照該系統(tǒng)展開脫硫脫硝試驗的過程當(dāng)中，還需要對相關(guān)的指標(biāo)參數(shù)取值進(jìn)行明確界定：首先，從溫度指標(biāo)的角度上來說，結(jié)合煤粉鍋爐的實際運行工況來看，本系統(tǒng)中電加熱器的加熱溫度設(shè)定參照引風(fēng)機(jī)出口的實際煙氣溫度進(jìn)行取值，標(biāo)準(zhǔn)值為1200～1700℃；其次，從煙氣含濕量指標(biāo)的角度上來說，由于不同的煙氣溫度與煙氣露點溫度之間有一定的對應(yīng)關(guān)系，實際煙氣的模擬難以從含濕量上入手進(jìn)行合理控制，結(jié)合實際工況中100%左右的煙氣含濕量取值標(biāo)準(zhǔn)，將該變化取值設(shè)置在20～70%范圍內(nèi)；再次，從鈣硫氮比指標(biāo)的角度上來說，在系統(tǒng)試驗開展過程當(dāng)中，通過對脫硫劑加入劑量的靈活調(diào)整，將該指標(biāo)控制在10～20的取值范圍內(nèi)。

按照以上基本參數(shù)展開脫硫脫硝試驗。試驗中在系統(tǒng)入口位置煙氣溫度取值1300℃的基本條件下，設(shè)定吸收劑在反應(yīng)裝置內(nèi)的反應(yīng)時間為24s，煙氣含濕量取值為50%，入口位置煙氣中二氧化硫濃度取值為30870mg/m3，一氧化氮濃度取值為10320mg/m3，鈣硫氮比取值為12。在以上試驗條件下分析吸收劑當(dāng)中添加劑加入含量對循環(huán)流化床脫硫脫硝效率的影響情況。試驗數(shù)據(jù)如下表所示（見表1）結(jié)合表1中的相關(guān)數(shù)據(jù)分析認(rèn)為：吸收劑當(dāng)中添加劑的加入含量不會對循環(huán)流化床技術(shù)下的脫硫效率產(chǎn)生明顯影響，但對脫硝效率的影響相當(dāng)顯著。主要趨勢為：隨著添加劑加入含量的持續(xù)增加，脫硝效率不斷增長。在添加劑加入含量達(dá)到15%比例的情況下，之后的增長趨勢開始逐步緩慢，分析其主要原因在于：在前期的反應(yīng)過程當(dāng)中，脫硝的主要反應(yīng)方式為NO→NOx，其價態(tài)明顯提升。但，在添加劑加入比例提升至一定標(biāo)準(zhǔn)后，受到氧化點增多的影響，其轉(zhuǎn)化效率有明顯的降低。根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析認(rèn)為：基于經(jīng)濟(jì)性以及有效性等多個方面的考慮，在本次試驗中，添加劑的加入比例宜控制為15%。

在此基礎(chǔ)之上，為進(jìn)一步分析反應(yīng)器入口煙氣溫度對脫除效率的影響，將實驗條件設(shè)置為：添加劑含量為16%，煙氣含濕量為5%，二氧化硫濃度為2912mg/m3，NO濃度為939mg/m3，鈣硫氮比值為12，反應(yīng)停留時間為24s。在以上實驗條件下，入口煙氣溫度變化對脫除效率的影響數(shù)據(jù)曲線示意圖如下圖（見圖3）所示。（反應(yīng)器入口煙氣溫度達(dá)到130度時，脫除效率達(dá)到最大。）

圖2 脫硫脫硝效率曲線示意圖

4.結(jié)束語

在本次對循環(huán)流化床技術(shù)脫硫脫硝試驗的研究分析過程當(dāng)中認(rèn)為：運行溫度、煙氣含濕量指標(biāo)、以及鈣硫氮比均是影響脫硫、脫硝效率的重要因素。同時，提升吸收劑活性水平的方法眾多，實際工作中應(yīng)當(dāng)以綜合效益突出的增加亞氯酸鈉等典型添加劑的方式來實現(xiàn)。同時，吸收劑加入比例的變化不會對脫硫效率產(chǎn)生明顯影響，但會造成脫硝效率的顯著變化。綜合各方因素考量，建議按照15%比例對添加劑加入比例進(jìn)行控制，以確保脫硫脫硝的穩(wěn)定。通過以上方式對反應(yīng)物進(jìn)行預(yù)處理，一方面可降低濕法脫硫下入口位置的SOX濃度，另一方面可使其與SNCR發(fā)生結(jié)合反應(yīng)，均對于投資的控制有重要價值，經(jīng)濟(jì)效益確切，值得關(guān)注。（作者單位：中建中環(huán)工程有限公司）