塔內運行溫度對循環流化床煙氣脫硫效率影響的試驗研究

王虎，李少華，雷宇

(1.東北電力大學能源與動力工程學院，吉林吉林132012;2.吉林市松花江熱電有限公司，吉林吉林132002)

循環流化床(circulating fluidized bed，CFB)煙氣脫硫最早是由德國魯奇集團能捷斯比曉夫公司(Lurgi Lentjes Bischoff，簡稱LLB公司)于20世紀70年代開發的一種新型半干法工藝。該工藝以循環流化床原理為基礎，是一種基于流態化的脫硫工藝，主要應用于中小型燃煤電廠，尤其適合于老機組煙氣脫硫改造，具有占地小、運行費用低、系統簡單、脫硫效率高、無二次污染等優點。在實際運行中，由于出口溫度、入口SO2濃度的影響，脫硫效率很難達到要求，本文對某電廠脫硫系統24小時的運行情況進行分析，并對入口SO2濃度和吸收塔出口溫度對脫硫效率的影響進行試驗研究。

1 工程概況

某電廠一期工程于2003年正式投產。一期安裝3臺額定蒸發量為360 t/h的煤粉鍋爐，2臺額定發電量為125 MW雙抽式汽輪發電機組。脫硫改造工程對爐后煙氣進行脫硫再除塵改造，共設置兩套脫硫系統，其中1，2號爐公用1#脫硫塔，3號爐配備2#脫硫塔。本文對該廠改造后的1#脫硫系統運行期間出現的問題進行分析和試驗研究。

1.1 工藝簡介

圖1為該電廠1#循環流化床煙氣脫硫系統圖，該循環流化床煙氣脫硫系統主要由脫硫塔主體、石灰給料系統、給排水系統、再循環系統、除灰系統、電氣系統、儀控系統組成。從鍋爐的空氣預熱器出來的煙氣通過預除塵器后從底部進入吸收塔，然后煙氣通過吸收塔下部的文丘里管的加速，進入循環流化床體。在文丘罩的出口擴管段設有噴水裝置，噴入的霧化水以降低脫硫反應器內的煙溫，煙氣在上升過程中，顆粒一部分隨煙氣被帶出吸收塔，一部分因自重重新回流到循環流化床內。凈化后的含塵煙氣從吸收塔頂部側向排出，然后轉向進入脫硫后除塵器，經除塵器捕集下來的固體顆粒，通過除塵器下的脫硫灰再循環系統，返回吸收塔繼續參加反應，如此循環，多余的少量脫硫灰渣通過氣力輸送至脫硫灰倉內，再通過罐車進行綜合利用或運到儲灰場，從除塵器分離出來的氣體通過鍋爐風機排入煙囪。

1.2 脫硫反應機理

在循環流化床脫硫塔中，Ca(OH)2與煙氣中的SO2和、SO3、HCl、HF等發生化學反應，主要化學反應方程式如下:

圖1 系統流程圖

1.3 設計條件

煤中硫份(Sar)按Sar=0.21%設計，采用生石灰做脫硫劑，石灰純度大于80%，粒度小于0.2 mm;處理煙氣量為846 000 Nm3/h，脫硫塔入口煙氣含硫1 120～2 130 mg/Nm3，進入吸收塔的煙氣溫度145℃，鍋爐運行范圍為鍋爐最大連續出力的35%～100%，脫硫塔出口煙氣溫度≥71℃，脫硫塔進出口壓降≤1 800 Pa。

2 運行期間出現的問題

該循環流化床煙氣脫硫系統在運行期間，吸收塔出口煙氣溫度高達95度，塔入口的SO2含量已經超出設計值913.5 mg/m3，脫硫效率很低。由此可初步判斷造成脫硫效率過低的原因為循環流化床脫硫塔入口的SO2含量過高以及出口煙氣溫度過高。

圖2顯示了此段時間內入口SO2濃度和出口煙氣溫度對脫硫效率的影響，由圖2可以看出，在煙氣入口SO2濃度高于設計值的情況下，當循環流化床脫硫塔出口的溫度在77～86℃時，脫硫效率僅有65%～80%，且脫硫效率隨出口煙氣溫度的升高而降低。

圖2 試運行期間脫硫效率與出口煙氣溫度的關系

3 試驗條件

實驗中保持脫硫塔入口煙氣溫度130±3℃，床層壓力1 300 Pa，塔噴入水量19 m3/h，脫硫劑量1.4 t/h。改變脫硫塔出口溫度和入口SO2濃度來考察出口溫度和入口SO2濃度對脫硫效率影響。選取入口煙氣SO2濃度分別為1 500 mg/m3，1 700 mg/m3，1 900 mg/m3，2 100 mg/m3;出口溫度分別為75℃，78℃，81℃，84℃。16個工況下，每個工況測量五組數據，一共80組數據，對這80組數據進行分析。

4 試驗結果分析

4.1 入口SO2濃度對脫硫效率影響

圖3為不同吸收塔出口溫度下，入口SO2濃度對脫硫效率的影響。從圖3(a)、(b)可以看出，出口溫度為75℃和78℃條件下，SO2濃度為1 700 mg/m3時的脫硫效率最高，其次是1 500 mg/m3和1 900 mg/m3，SO2濃度為2 100 mg/m3時的脫硫效率最低。從圖3(c)、(d)可以看出，出口溫度為81℃和84℃條件下，SO2濃度為1900 mg/m3時的脫硫效率最高，其次是1500 mg/m3和1700 mg/m3，SO2濃度為2 100 mg/m3時的脫硫效率最低。脫硫效率呈現隨入口SO2濃度先上升后降低的趨勢，在SO2濃度為1 700 mg/m3到1 900 mg/m3之間脫硫效率最高。這是因為當煙氣中SO2濃度增加時，增加了反應物濃度，從而加快了反應的速度，有利于脫硫反應的進行;SO2與吸收劑之間完成瞬時的化學反應之后，吸收只能靠化學吸附來實現，當SO2濃度繼續增加時，脫硫劑液滴中溶解的SO2達到飽和，使脫硫效率降低。

4.2 吸收塔出口溫度對脫硫效率影響

圖4為不同濃度下出口溫度對脫硫效率的影響，從圖中可以看出，在四種入口SO2濃度下，出口溫度對脫硫效率的影響呈現相同的趨勢，脫硫效率隨出口溫度的升高而降低，在出口溫度75℃時，出口煙氣溫度75℃脫硫效率最高，在出口溫度84℃時，脫硫效率最低。這是因為整個脫硫塔內的脫硫反應分為兩個階段，一是離子反應階段，一是分子反應階段，且分子反應階段的脫硫效率較低，在塔內起主要脫硫作用的是離子反應［1，2］。當溫度升高時，水分蒸發的快，反應時間短，使得脫硫劑的反應不完全;另一方面SO2在水中的溶解度隨溫度的升高而明顯降低［3］，溫度升高使脫硫劑漿液中溶解的SO2離子減少，從而影響了脫硫反應。

圖3 不同溫度條件下入口SO2濃度對脫硫效率的影響

圖4 不同入口SO2濃度下出口溫度對脫硫效率的影響

5 調試結果分析

循環流化床脫硫塔入口SO2濃度是由鍋爐燃煤的種類來確定的，在實際操作中，其量不可控。通過以上的試驗結果，我們通過控制噴水量來調節出口溫度，使出口煙氣溫度保持在高于露點溫度20℃的范圍內，以達到最高的脫硫效率，同時防止煙氣溫度過低而結露腐蝕煙道。從圖5中可以看出，在相同入口SO2濃度的條件下，使出口溫度降低到75～80℃后，脫硫效率有明顯提高，可達到80%～90%。

圖5 調試后出口煙氣溫度對脫硫效率的影響

6 結論

(1)出口溫度對脫硫效率影響很大，當出口溫度從84℃降低到75℃時，脫硫效率可提高20%，脫硫效率隨煙氣出口溫度的降低而升高。

(2)在其它條件不變的情況下，脫硫效率隨入口SO2含量的增加呈現先上升后降低的趨勢。在試驗條件下，入口SO2含量在1 700 mg/m3到1 900 mg/m3之間脫除效率最高。

(3)通過調節噴入水量來調節出口溫度能使脫硫系統達到較高的脫硫效率。運行結果表明，即使在入口SO2含量較高的情況下，降低出口溫度到75℃，脫硫效率可達88%。

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