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：X77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：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，對于流化床機(jī)組來說，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；堿過剩時(shí)，即生成硫酸鹽；二氧化硫過剩時(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，從理論上說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，延長了煙氣中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)行過程，甚至?xí)罄m(xù)設(shè)備如除塵器、引風(fēng)機(jī)及煙囪造成惡劣影響，另外，過高的濕度意味著較長的水分蒸發(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，國內(nèi)外專家對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

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)營的整體經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保和社會(huì)效益。經(jīng)過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，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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