深度脫硫工藝在循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組的應(yīng)用淺析

辛建華+李若毅

摘 要：本文通過(guò)介紹某流化床鍋爐機(jī)組為了達(dá)到環(huán)保指標(biāo)，綜合脫硫工藝配置情況，提出了僅靠流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫不能滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》時(shí)，所需的深度脫硫城市高層建筑地基工程的施工技術(shù)，處理可選擇采用煙氣循環(huán)流化床半干法脫硫技術(shù)方案并介紹了其特點(diǎn)及其存在的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐 深度脫硫工藝 煙氣循環(huán)流化床半干法脫硫

中圖分類號(hào)：X77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）07（c）-0093-02

據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)介紹，目前投產(chǎn)的流化床機(jī)組爐內(nèi)噴鈣脫硫效率一般在80%左右，因此污染物排放達(dá)不到我國(guó)最新環(huán)保要求。同時(shí)由于爐內(nèi)不斷噴入石灰石粉，脫硫劑分解吸熱與脫硫放熱影響鍋爐熱平衡，煙塵中粉塵的濃度提高，使電除塵器的二次電流減小，導(dǎo)致除塵器效率降低，可能會(huì)出現(xiàn)電暈閉塞現(xiàn)象，導(dǎo)致除塵效率下降。因此，燃燒高硫份燃料的流化床鍋爐必須在爐后進(jìn)行深度煙氣脫硫。

1 循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫簡(jiǎn)介

城市高層建筑地基工程的施工技術(shù)及其處理流化床鍋爐自脫硫是一種爐內(nèi)噴鈣脫硫工藝，以石灰石粉為脫硫吸收劑，燃料和石灰石粉自鍋爐燃燒室下部送入。石灰石進(jìn)入流化床鍋爐爐膛內(nèi)的灼熱環(huán)境時(shí)，其有效成分CaCO3遇熱發(fā)生煅燒分解為CaO和CO2，燃料燃燒生成的SO2與CaO接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CaSO4而被脫除。

2 爐后煙氣深度脫硫工藝選擇

參考國(guó)家環(huán)境保護(hù)部出臺(tái)的《燃煤電廠污染防治最佳可行技術(shù)指南》（試行）及其他相關(guān)資料，燃煤電廠SO2污染防治最佳可行技術(shù)及排放水平表單中指出燃用中高硫煤的現(xiàn)役和新建機(jī)組采用循環(huán)流化床鍋爐的，其SO2污染防治最佳可行技術(shù)方案為：爐內(nèi)脫硫+石灰石/石灰—石膏法、爐內(nèi)脫硫+煙氣循環(huán)流化床法。

其中提到的第一種方案是傳統(tǒng)的工藝路線，但是流化床機(jī)組與傳統(tǒng)煤粉爐所對(duì)應(yīng)的濕法脫硫有所不同，流化床鍋爐煙氣含塵濃度高，同時(shí)該種情況下爐內(nèi)脫硫后的煙塵比電阻高，因此流化床機(jī)組配置布袋除塵器居多。同時(shí)，第一種方案中，鍋爐排出煙塵中的未完全反應(yīng)的CaO被直接排走，造成資源浪費(fèi)并且脫硫廢水處理及煙囪防腐問(wèn)題依然比較難以處理。所以這種傳統(tǒng)的先除塵后脫硫的工藝方案，更加適用于煤粉爐，對(duì)于流化床機(jī)組來(lái)說(shuō)，有一定的局限性。

2.1 半干法脫硫工藝系統(tǒng)介紹

半干法煙氣脫硫兼有干法與濕法的一些特點(diǎn)，就目前來(lái)看主要是在濕狀態(tài)下脫硫，在干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物。主要工藝流程如下：鍋爐出口煙氣直接進(jìn)入該系統(tǒng)，利用吸收塔下部的文丘里管加速作用，使進(jìn)入的煙氣和物料在塔內(nèi)形成循環(huán)流化床床體。物料在循環(huán)流化床里，氣固兩相由于氣流的作用，產(chǎn)生激烈的湍動(dòng)與混合，具有很好的傳質(zhì)和傳熱效果。同時(shí)，借助在文丘里出口擴(kuò)管段的霧化噴水降溫作用，使得吸收劑表面形成液膜，消石灰可與煙氣中SO2完成離子型的脫除反應(yīng)。在吸收塔中，吸收劑可脫除煙氣中幾乎全部的SO3、HCl、HF酸性物質(zhì)。凈化后的含塵煙氣從脫硫吸收塔頂部側(cè)向排出，然后轉(zhuǎn)向進(jìn)入脫硫后布袋除塵器進(jìn)行氣固分離。除塵器收集的大部分粉塵物料通過(guò)循環(huán)斜槽返回吸收塔，其中未完全反應(yīng)的吸收劑繼續(xù)參與脫硫反應(yīng)，除塵后凈煙氣經(jīng)煙囪排往大氣。

固定和脫除煙氣中SO2的基本原理是酸堿反應(yīng)，采用在濕狀態(tài)下脫硫。半干法煙氣脫硫的過(guò)程是一個(gè)包括了傳質(zhì)、傳熱以及化學(xué)反應(yīng)的綜合過(guò)程，主要由以下幾個(gè)步驟組成。

（1）SO2由氣相向吸收劑顆粒表面的擴(kuò)散過(guò)程。

（2）SO2在吸收劑顆粒表面的吸附、溶解及離解反應(yīng)。

（3）堿性吸收劑（以Ca（OH）2為例）顆粒在液相中溶解。

（4）酸堿反應(yīng)，以固定和脫除硫離子。

（5）脫硫產(chǎn)物水份蒸發(fā)，最終以“干態(tài)”形式排出。

在吸收塔中，吸收劑可脫除煙氣中幾乎全部的SO3、HCl、HF酸性物質(zhì)。由于去除了幾乎全部的SO3，使煙氣酸露點(diǎn)溫度有一定的降低。

2.2 半干法脫硫工藝效率的影響因素

據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)介紹，二氧化硫在水中的溶解吸收是放熱過(guò)程，介質(zhì)溫度越高，二氧化硫的溶解度越小，吸收率越低，越不利于反應(yīng)的進(jìn)行，所以在煙氣二氧化硫脫除過(guò)程中應(yīng)盡量降低反應(yīng)溫度，以提高脫硫率。

二氧化硫溶于水后，立即與堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成亞硫酸鹽；堿過(guò)剩時(shí)，即生成硫酸鹽；二氧化硫過(guò)剩時(shí)會(huì)生成酸式鹽，這是半干法脫硫技術(shù)機(jī)理之一。由于在半干法煙氣脫硫中以水作溶劑，煙氣中的二氧化硫首先溶解于水，再與堿性物質(zhì)反應(yīng)。所以應(yīng)盡量降低煙氣溫度，使盡可能多的二氧化硫溶解于水中與堿性物質(zhì)反應(yīng)；否則即使吸收液中性堿性物質(zhì)濃度高，脫硫效率也不會(huì)很高。煙氣溫度是控制脫硫率的關(guān)鍵因素，煙氣溫度越低，SO2溶解也多，同時(shí)反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，從理論上說(shuō)越有利于提高脫硫效率。煙氣的含濕量越大，進(jìn)而為脫硫反應(yīng)的進(jìn)行創(chuàng)造了有利條件。隨著煙氣含濕量增大，液滴干燥時(shí)間長(zhǎng)，延長(zhǎng)了煙氣中SO2與脫硫劑在液相離子狀態(tài)下反應(yīng)時(shí)間，而液相離子反應(yīng)速率比干燥后氣固吸附反應(yīng)快數(shù)倍。

但是出口煙氣濕度大，容易引起物料粘結(jié)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成脫硫塔堵塞，影響運(yùn)行過(guò)程，甚至?xí)?duì)后續(xù)設(shè)備如除塵器、引風(fēng)機(jī)及煙囪造成惡劣影響，另外，過(guò)高的濕度意味著較長(zhǎng)的水分蒸發(fā)時(shí)間，反應(yīng)器（脫硫吸收塔）的高度必須增加，相應(yīng)的設(shè)備投資及運(yùn)行費(fèi)用提高，因此需要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)一個(gè)最佳值，目前，工業(yè)應(yīng)用的半干法脫硫工藝中，脫硫吸收塔出口煙溫與煙氣露點(diǎn)溫度差值一般取15℃～20℃。按以上理論，并經(jīng)設(shè)備供貨方實(shí)際優(yōu)化，某1180t/h的流化床鍋爐爐后吸收塔煙道頂標(biāo)高取63.0m，保證脫硫煙氣停留時(shí)間大于6s，并使布袋除塵器出口煙氣溫度≥75℃，高于煙氣露點(diǎn)溫度20℃以上，保證除塵器后管道和設(shè)備不用采取特殊防腐措施，目前運(yùn)行良好。

3 半干法脫硫工藝特點(diǎn)及存在問(wèn)題

3.1 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）利用排出煙塵中含有的大量未完全反應(yīng)的CaO作為吸收劑補(bǔ)充，大幅度降低了運(yùn)行成本，減少了深度脫硫吸收劑的耗量。

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

（3）節(jié)約水資源。

半干法工藝的操作溫度高于濕法脫硫工藝20℃以上，據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)介紹，可較濕法脫硫節(jié)水35%左右。

3.2 該工藝存在的問(wèn)題

（1）該工藝采用高品位的生石灰作為吸收劑，品質(zhì)要求比較高。

（2）脫硫副產(chǎn)品的綜合利用。目前，國(guó)內(nèi)外專家對(duì)于半干法脫硫灰綜合利用的研究主要集中在用作水泥緩凝劑、改良土壤和制造人工礁巖方面，其他新的利用途徑正在開發(fā)。

（3）脫硫除塵系統(tǒng)的壓降約2500～3300Pa，使得廠用電率增加，增加引風(fēng)機(jī)運(yùn)行費(fèi)用等。同時(shí)，對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐引風(fēng)機(jī)選型TB點(diǎn)壓頭也將達(dá)到10kPa左右，大于爐膛瞬時(shí)耐壓9800Pa，需要進(jìn)一步和鍋爐廠配合。

（4）反應(yīng)塔的內(nèi)的壓力降波動(dòng)較大，需要加強(qiáng)爐內(nèi)壓力監(jiān)視。

4 結(jié)語(yǔ)

煙氣治理是燃煤電廠煙氣二氧化硫、粉塵等污染控制的重要控制手段，作為“三同時(shí)”環(huán)保工程，煙氣脫硫、除塵裝置是電廠建設(shè)的重點(diǎn)項(xiàng)目。選擇何種工藝，不但直接決定污染物減排效果、初始投資和后期的運(yùn)行費(fèi)用情況，也關(guān)系到電廠建設(shè)運(yùn)營(yíng)的整體經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保和社會(huì)效益。經(jīng)過(guò)以上理論分析及初步比較，半干法脫硫工藝具有一定的工程優(yōu)勢(shì)，可以作為燃用中高硫份流化床鍋爐爐后深度脫硫的工藝形式。

參考文獻(xiàn)

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