石家莊新建75 t/h CFB 脫硫除塵項目設計與應用

陳瓊華

（福建龍凈環保股份有限公司 福建龍巖 364000）

1 工程概況

石家莊市和合化工化肥有限公司無極經濟開發區北區集中供熱站項目新建75 t/h CFB 鍋爐， 基于越來越嚴格的環保要求， 企業經過深度調研和多番論證， 最終確定采用龍凈DSC-M 煙氣干式超凈技術，實現鍋爐煙氣達到“超低”排放標準的要求。本項目采用1 爐1 塔的布置方案，建設1 套DSC-M超凈+裝置，最終達到煙氣脫硫除塵的超凈排放。

2 項目設計

2.1 工藝原理及流程圖

2.1.1 DSC-M 干式超凈+

DSC-M 干式超凈+工藝原理是高溫煙氣從塔底部煙道進入脫硫塔， 在脫硫塔靠近下部進料段的高溫條件下將煙氣與其中加入的高溫或常溫脫硫劑且經循環的脫硫灰物料等充分預混合并進行初步的反應。 這個混合的過程主要是完成了脫硫劑與高溫煙氣反應中的氯化氫、 氟化氫等酸性氣體發生中和反應。 煙氣經過進料段上部的文丘里管加速段后直接進入氣固內循環顆粒流化床體， 在氣固內循環流化床里的絮狀物料由于氣固兩相運動與氣流的相互作用， 從而在氣固間產生激烈的運動與湍流相混，進而充分發生接觸。 在氣固兩相向上上升的循環流化過程中， 混合物不斷地形成絮狀流化物體并被氣流向下返回。 絮狀物體在激烈湍動中，不斷解體后又重新被氣流向上抬升， 因而形成類似CFB 鍋爐所特有的氣固內循環顆粒兩相流， 使得顆粒在氣固間的向下滑落運動速度高達單顆粒在氣固間滑落運動速度的數十倍； 文丘里管吸收塔上部的結構極大地強化了氣固內絮狀物的向下返回， 進一步提升了氣固和脫硫塔內顆粒的質量和床層密度， 使得流化床內Ca/S 的比例可高達幾十以上。 氣固內循環顆粒與流化床內的氣固兩相流的機制有效強化了床內氣固間的傳質與氣固間傳熱， 為其實現高氣固和脫硫率反應提供了根本的傳熱性能保證。

在文丘里的煙氣出口擴大段設了1 套噴水裝置， 噴入經過霧化的蒸餾水用來有效降低充分脫硫反應內的煙溫， 確保吸收塔出口煙溫降至高于煙氣露點15 ℃～20 ℃左右， 以保證塔內二氧化硫與氫氧化鈣的充分脫硫反應轉化為離子型反應。 可以用脫硫劑、循環脫硫灰在文丘里管以上的塔內進行第二步的充分反應，生成脫硫副產物CaSO3·1/2H2O，此外還可與SO3、HF 和HCl 反 應 生 成 相 應 的 脫 硫 副 產 物CaSO4·1/2H2O、CaF2、CaCl2·Ca（OH）2·2H2O 等。

煙氣在快速下降上升的循環過程中， 一部分煙氣床層吸收顆粒隨循環煙氣被擠壓帶出循環進入后面的布袋除塵器，一部分隨煙氣的上升自重重新吸收回流， 從而煙氣被再輸送進入煙氣吸收流化床內， 最大程度增加了進入循環煙氣流化床的煙氣床層吸收顆粒的煙氣濃度和重量， 延長了煙氣吸收層和塔與煙氣中吸收劑的相互反應時間。

反應塔內用于降低煙氣蒸發溫度的水， 以激烈高速湍動的并管中擁有巨大表面積的顆粒狀化合物作為煙氣的載體，在塔內得到充分的煙氣蒸發， 保證進入后續布袋除塵器煙氣中的顆粒灰塵化合物，具有良好的流動和擴散狀態。

凈化后的大量煙氣中含塵物和固體產物從上部凈化的反應塔頂側部出風口進入下部設置的脫硫布袋除塵器， 再通過脫硫布袋除塵器后部的脫硫引風機排入廠內的煙囪。 凈化后的返回煙氣經過脫硫除塵器二次凈化可以直接得到更高效的煙氣脫除［1］，捕集殘留下來的煙氣粉塵顆粒，再通過脫硫布袋除塵器底部充氣箱出口設置的再循環系統返回吸收塔繼續參加反應， 其余的很少量灰渣通過物料氣力輸送倉泵輸送至脫硫灰庫內， 再通過罐車或其他二級輸送設備繼續進行脫硫外排。

在CFB 循環流化床反應塔中， 氫氧化鈣與煙氣中的二氧化硫和接近所有的SO3、HCl、HF 等完成化學反應［1］，主要化學反應方程式如下：

圖1 為鍋爐配套DSC-M 干式超凈+工藝流程圖： 鍋爐煙氣從底部進入循環流化床吸收塔反應脫除SO2、SO3等其他酸性氣體等污染物后，從吸收塔上部進入后級布袋除塵器，凈煙氣通過脫硫引風機后從煙囪排出大氣。

圖1 循環流化床干法脫硫工藝流程圖

2.2 設計參數

脫硫除塵裝置設計參數見表1。

表1 脫硫除塵裝置設計參數

3 設計說明

本工程脫硫除塵設備選型按以上參數進行設計， 鍋爐煙氣進入DSC-M 吸收塔內SO2濃度最大高達2 800 mg/Nm3（干態，6%氧氣），爐后脫硫采用外購消石灰作為脫硫吸收劑，消石灰倉直徑為4 m，容積為100 m3；DSC-M 吸收塔直管段直徑為3 m；布袋除塵器采用圓形布袋，直徑為10.4 m。

DSC-M 超凈+裝置主要包括消石灰倉、吸收塔、布袋除塵器、引風機等，整體布置緊湊、方便，外觀造型協調。 整體總平面布置見圖2。

4 施工運行及驗收說明

石家莊和合化工新建75 t/h CFB 爐超凈項目，2018 年5月開始實施工程建設， 于2018 年9 月一次性順利成功投運，實際工期僅5 個月， 圖3 和圖4 為施工過程和建成后的整體照片。

項目于2018 年9 月3 日8 時整運行開始至2018 年9 月6 日8 時整連續運行結束，一次性完成72 h 連續運行的考核。72 h 連續運行期間， 脫硫裝置入口SO2濃度最高可達2 800 mg/Nm3，正常在1 600 mg/Nm3左右，出口濃度低至20 mg/m3，SO2的脫除效率達98.75%以上， 粉塵排放濃度＜5 mg/Nm3。DSC-M 煙氣干式超凈脫硫除塵技術裝置完成72 h 連續試運行移交項目投入生產以來，各設備和分系統運行正常。 系統的可靠運行，脫硫除塵島出口SO2、粉塵、脫硫效率等數據均滿足合同和超凈技術協議要求，達到了超潔凈要求，即SO2排放濃度達到＜35 mg/Nm3， 粉塵排放濃度達到＜5 mg/Nm3的超凈要求，且其水耗、電耗、吸收劑等各項設備運行燃料消耗量均明顯低于項目設計要求。

圖2 DSC-M 型煙氣干式超凈+項目總平布置圖

圖3 DSC-M 型煙氣干式超凈+裝置安裝過程照

圖4 DSC-M 型煙氣干式超凈+裝置整體照片

5 結語

煙氣脫硫除塵裝置作為廠區建設的附屬環保設施， 在保證能夠實現污染治理減排目標的同時， 其工藝技術要求具有高度可靠性及經濟性。 因為煙氣脫硫除塵技術的成熟、穩定直接影響鍋爐的運行和廠區其他生產裝置的運行， 而脫硫工藝運行的經濟性更是整體經濟效益的關鍵制約因素。

石家莊和合化工新建75 t/h CFB 脫硫除塵項目設計及其運行維護情況的分析， 說明了DSC-M 脫硫除塵干式超凈+對SO2及煙塵均具有高效的脫除率，整個脫硫除塵系統設計可以輕松實現：SO2濃度排放小于35 mg/Nm3、粉塵濃度排放小于5 mg/Nm3；系統的集成度及自動化程度也都比較高，各脫硫除塵系統運行穩定、運行維護費用低，煙囪無需防腐、出口通明、沒有拖尾“白龍”。DSC-M 干式超凈+在石家莊和合化工供熱站新建項目的成功應用， 為我國化工供熱站項目CFB 鍋爐煙氣脫硫除塵滿足超凈排放工藝技術的選擇提供了重要的借鑒。