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循环流化床综合脱硫工艺方案及可行性分析 标签:

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《山大能源》

 

摘要 循环流化床锅炉炉内燃烧脱硫,要求床内燃烧温度830℃∽875℃,锅炉在此温度范围内运行,飞灰含碳量大,影响燃烧效率。为兼顾燃烧效率,本文提出提高循环流化床的燃烧温度,因温度提高降低的炉内脱硫效率,由锅炉尾部烟气脱硫补充,形成一种炉内燃烧脱硫与烟气脱硫结合、优势互补的循环流化床综合脱硫工艺。
  1、关于循环流化床
  循环流化床是八十年代发展起来的新一代燃煤流化床锅炉,具有高效和低污染的特点:
  * 床内具有很大的热容量,床内混合好,燃料适应性强,包括劣质燃料的良好适应性;
  * 循环流化床的运行温度为830℃∽875℃,适应燃料燃烧过程脱硫,可降低SO2的排放;
  * 循环流化床采用低温分段送风燃烧,使燃烧在低的过量空气系数下运行,由炉底到炉顶的燃烧气氛从还原性气氛过度到氧化性气氛,有效降低了NOx的生成与排放;
  * 循环流化床内高的循环物料,强化传热锅炉负荷适应范围广,能40%负荷下保持额定蒸汽参数。
   影响脱硫效果的显著因素有:流化床温度、脱硫剂的数量。
  流化床温度对脱硫效果的影响,主要体现在反应的温度特性上。当温度低于750℃时,石灰石不再进行煅烧分解反应,脱硫反应几乎不在进行。而当温度高于1000℃时,硫酸盐将开始分解,不能达到固硫的效果。所以,根据反应的温度特性及实际运行实践,流化床床层温度以825℃∽875℃为宜。当流化床温度超出该温度范围时,脱硫效果将大幅度降低。
  脱硫剂的数量用钙硫摩尔比表示: 。随着Ca/S比的增加,脱硫效果增加。对于循环流化床锅炉,Ca/S = 2.0时,一般可达到90%的脱硫效率。煤中含硫量低时,脱硫效率相对下降。使用石灰石或石灰脱硫,每脱出一个摩尔的硫,相应释放出一个摩尔的二氧化碳。因此,应追求低钙硫比下的高脱硫效率,避免消除二氧化硫污染的同时,加剧二氧化碳的污染。
   循环流化床达到∽90%脱硫效率适宜的条件[1]为:
  钙硫比:不小于2 床层温度:830℃∽875℃ 石灰石粒径:0∽2.0mm
  2、问题的提出
  当钙硫比大于2时,除尘灰中含有大量的氧化钙,并随除尘灰一起排放,造成脱硫剂的浪费;过多的使用脱硫剂,会增加二氧化碳的排放,增加大气额外的污染。因此,建议:采用低于2.0的钙硫比(如1.2),炉内燃烧脱除部分二氧化硫,炉后通过烟气脱硫工艺再进一步利用脱硫剂脱出部分二氧化硫,达到所期望的脱硫效果。
  为降低SO2的排放,循环流化床的运行温度为830℃∽875℃以适应燃料燃烧过程脱硫。由于燃烧温度较低,锅炉燃烧效率受影响,致使飞灰含碳量增加。若将燃烧温度提高到950℃,锅炉飞灰含碳量降低、燃烧效率提高。由于高的燃烧温度,影响脱硫效率,此时炉内燃烧脱硫效率降低、但石灰石的煅烧效果较好,炉内未脱硫反应的石灰,随飞灰进入炉后烟道,为炉后烟气脱硫提供脱硫剂。在炉后考虑烟气脱硫,可充分利用炉内煅烧未反应的脱硫剂,并可进一步提高脱硫效果。
  该问题的提出,是兼顾提高燃烧效率、降低脱硫剂运行费用的廉价脱硫工艺。
  期望炉内燃烧脱硫效率控制在∽40%,炉后烟气脱硫效率控制在∽50%,总体脱硫效率90%
  根据锅炉除尘系统的情况,可采用燃烧脱硫+尾部增湿活化”“ 燃烧脱硫+烟气流化床脱硫除尘一体净化两种方案。
  3、燃烧脱硫 + 尾部增湿活化(半干法)
  燃烧脱硫+尾部增湿活化系指循环流化床炉内加入石灰石进行燃烧脱硫,然后利用炉内未完全反应的脱硫剂(石灰),在锅炉尾部烟道喷入水或水蒸汽,适当降低烟气温度(高于烟气绝热饱和温度),尾部进一步进行烟气脱硫。脱硫产物呈现干态固体物,易于处理,没有污水处理及腐蚀等问题。该脱硫工艺适合与静电除尘器或布袋除尘器配套。
  该工艺雷同炉内喷钙尾部增湿活化法(LIFAC法),但比LIFAC经济。循环流化床锅炉燃烧脱硫+尾部增湿活化脱硫,炉内加入的石灰石粒径粗,比LIFAC的制粉耗电少,因而经济。若采用烟气循环流化床脱硫(CFB法),脱硫灰循环利用可进一步提高脱硫效率和脱硫剂的利用率。CFB法的显著技术特点是脱硫剂的高倍率循环流化、循环重复参与反应,脱硫剂与烟气的总接触时间长,因而反应充分、脱硫剂利用率高。
  脱硫工艺见图1
  4、燃烧脱硫 + 烟气流化床脱硫除尘一体净化(湿法)
   燃烧脱硫+烟气流化床脱硫除尘一体净化系指在循环流化床炉内加入石灰石进行燃烧脱硫,然后利用炉内未完全反应的石灰,进行烟气流化床脱硫除尘一体净化,如图2 所示。
   烟气流化床脱硫除尘一体净化技术是山东工业大学热能与环保工程研究中心开发的烟气脱硫技术[2-4],该技术已在全国范围得到推广。该技术具有良好的除尘、脱硫效果,且除尘、脱硫同时一体完成。技术通过了山东省科委的鉴定,获得山东省科技进步一等奖、教育部科技进步一等奖。并由国家科委定为国家级重点推广技术、国家环保局环保实用技术。
  该技术的核心是把气-液-固流化技术应用于烟气净化,将脱硫、消烟、除尘同时在一体(流化床)内完成。优化结构设计,保障成本与净化效率比达到理想水平。
  烟气流化床脱硫除尘一体净化技术的工艺特点:
  ⑴采用流化床技术、气膜传质系数大
   流化床烟气净化设备的关键部件是布风板,烟气经布风板后,烟气被细分为细小气柱,气柱冲击洗涤液,又被破碎成细小的气泡,气泡与液滴相互作用,反复合并,破碎,促使气液接触面积大,气膜薄,湍流度大,从而减小气膜传质阻力,使烟气中的SO2气体,更容易扩散到洗涤液中,这是高脱硫率的关键所在。
  ⑵烟气流化鼓泡、除尘效率高
   烟气经布风板,成为细小的气柱和气泡,烟尘在气柱或气泡内活动空间小,在各种力的作用下,更易碰撞在液膜上而被截留。
  ⑶采用旋流脱水除雾,进一步提高除尘和脱硫效率,并有效地防止风机带水。
  ⑷采用流化床结构形式,脱硫除尘一体完成,设备结构简单,占地面积小,投资少。
  ⑸洗涤液循环利用,没有二次污染。
  (6)其他特性:
   占地面积同水膜除尘器。
   设置惯性脱水(或湿式静电脱水)+辅助热风,防止风机带水。
   及内部件,根据所处位置采用相应的材料和防腐措施,主体寿命20年;易损部件采用可更换的插接结构。
   投资约1万元/蒸吨,系统投资根据现场确定。
   阻力12001500 Pa,适应于现有风机动力配套。
   剂自动或半自动机械添加。
   费用:以煤的含硫量为2%计算,脱硫效率90%,脱硫剂的费用为~3元/吨煤,耗电2/吨煤。现环保收费为~8元/吨煤。
  该综合脱硫工艺,其尾部脱硫为湿法,特点是脱硫除尘一体化,除尘效率高,投资低。
  5、循环流化床锅炉综合脱硫工艺特点
  循环流化床锅炉综合脱硫工艺具有以下特点:
   流化床炉内脱硫与炉后烟气脱硫结合,充分利用流化床炉内脱硫与烟气脱硫的优势;
   炉前加石灰石作为脱硫剂,炉内燃烧脱硫后,利用飞灰中的未反应氧化钙,进行炉后烟气脱硫,充分利用脱硫剂,降低钙硫比(小于1.2),减少脱硫剂费用(降低40%以上);
   循环流化床锅炉内加石灰石,粒径较粗,石灰石制备耗电省,经济。
   综合脱硫工艺中,所选用的烟气脱硫装置投资小,脱硫成本低,符合国情。
  技术指标:
   脱硫效率:90%;钙硫比:~1.5

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