（工程热物理专业论文）循环流化床锅炉强化脱硫技术的研究.pdf

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b umidification; 日 句 mi劝d s p r a y l ngofw a te 叮in t e nsifiedd e s u l 曲u ri za它 ion 学号2 0 5 0 8 1 9 0 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导 师指导下 进行的 研究工 作及取 得的 研 究成果。 据我所知， 除了 文中 特别加以 标注和致 谢的地方 外， 论 文中 不包 含其 他 人已 经 发 表 或 撰 写 过的 研 究 成 果， 也 不 包 含 为 获 得 鱼竺大生一 或 其 他 教 育 机 构的 学位或 证书 而使用过的 材料。 与我一同 工作的同 志对本 研究 所做的 任何 贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名:签字日期:年月日 学位论文版权使用授权书 本 学 位 论 文 作 者 完 全了 解止 址 兰整乞 有 关 保留 、 使 用 学 位 论 文的 规 定 ， 有权 保留 并向国 家有关部门 或机构送交 论文的 复印件 和磁盘， 允许论 文被查 阅和 借 阅 。 本 人 授 权 卫丝望些乞可以 将 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 编 入 有 关 数 据 库 进行 检索，可以 采用影印 、缩印 或扫描 等复制 手段保 存、 汇 编学 位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名: 导 师 狐 黝 争 签字日期:年月日 签 字 日 期 :叩年 ” 加 第一章 绪论 第一章 绪论 1 . 1 循环流化床燃烧技术及其发展现状 我国目 前一 次能 源消耗中煤炭占76%， 而这些煤 炭中 又有84%是 直接用于 燃烧的， 其 燃烧效率还不够高， 燃烧所产生的大气污染物还没 有得到 有效的 控制， 以 致我国 每年排 入大 气的87%5 0 2 和67% n o 招 均来自 于煤的直 接燃烧， 可见发 展高效、 低 污染的清洁 姗煤技 术是 当前正待解决的问题。 循环流化 床是近年来在国际上快速发 展起来的新 一代高 效、 低污染 清洁嫩烧技 术， 其主 要特点在于嫌料及脱硫剂经多次循环， 反复地进行低温燃烧和脱硫反应， 炉内湍流运动强烈， 不但能达到90%的 脱硫效率、低n o x 排放和煤粉炉 相近的 姗烧效率， 而且具有 嫩料适 应性 广、 负荷调节 性能好、 灰渣易于 综合利用等特点。 循 环流化 床燃烧技 术己 被运 行实践证 实为 可靠的洁挣 煤燃烧技术， 今年来获得了迅速发 展， 在国内 外已 得到了 广 泛应用。 图卜 1 为典 型的循环流化床燃烧系统. 空1. 二次 皿 附火. 至引民杭 烟自 盖化 空 气灰班化 空 气 图 卜1典型循环流化床游烧系统 循环流化 床姗烧是 一种在炉内 使高 速运动的 烟气与 其所携带的揣 流扰动极强的固体 颖 粒密切接触. 并具有大 量颗粒返混的流态化反 应过程; 同 时， 在炉外 将绝大部 分高温的固 体 颗粒捕集， 并 将它 们送回 炉内 再次参与 燃烧过程， 反复 循 环地组织 嫩烧。 在这种燃 烧方式下， 炉内 因受脱 硫最佳温 度限 制， 温度一般为8 50 左右，属于 低温 燃烧 川 。 循环流化 床锅 炉独 特的流体动 力特性和 结构使其具备许多独 特的 优点， 可概括如 下 伙 ( 1) 燃料适应性广 按重量百分比 计，在循环流 化床锅炉中 龙烧的新 邀料仅占 核个 庆料的 1 3 % . 其金mll 第 一 章绪论 1 3 2改善循环流化床锅炉脱硫的现有方案 为了提高 循环流化床脱 硫的 钙利用率， 国内外学 者围 绕这 一目 标开展了 广泛的 研究， 主 要 体现在两 个方面: 一、 提高脱 硫剂的反 应活 性: 二、对 反应后的 脱 硫剂进行 循环再 利用。 提高 脱硫剂活 性的 研究主要是以改善 颗粒的 孔隙结构为目 标的， 包 括: 采用添 加剂对 石灰石 进行改 性; 控制 c q 气氛的前 提下对石灰石进行预缎 烧: 制备高 活 性人工 脱硫剂等。 对反 应 后的 脱硫 剂进行循环利用， 主要是指采取一定的 活化措 施， 使脱硫 灰中的未 反应c a o重 新获得反应活性，从而具有再次脱硫的能力。 对反应 后的 脱硫剂进行再 利用是一个好的 途径。 脱硫剂颗 粒经 硫盐化反 应后。 在 颗粒外 层形 成了一 层 c a s o4 壳，阻 止内 部未反应核的 进一步反 应，而 使整 个颗粒失 去活性。 为了 对 残留 的 游离 氧化钙进行利 用， 就需要采取活化措施， 使游离氧 化钙能 够重 新暴露出 来。 任 一 种活化技 术的 首要目 标都 是以 最小的 处理需求使脱硫 剂获得 最大的 活性。 另 一目 标是 尽可 能地降低处理费用，如避免对锅炉进行流程改造。再者， 任一技术都不能产生锅炉运行和污 染物排放方面的新问题。表 1 一 1 列举了可能的提高脱硫剂活性的技术。 表1 一 1可能提高脱 硫活 性的方 案11， 方法创始者 限制/ 局限性 1 添加卤化物或碱金属盐 a r g lln e 国家实 验室 腐蚀与结垢 2. 控制 c q 气氛预锻烧脱硫 剂 西屋电气公司 需要制造特殊设备 3 . 发展可再生人工合成脱硫 剂 荷兰o e l 众 大学1 ，6 费用昂贵 4 . 通过蒸汽或水活化 a rg n n e国 家实验室 需要特殊的水化器 5 .研磨团聚技术 c an州王 t 有效，但费用昂贵 6 .研磨后重新 注入反应器不清，首先由燃烧发电公司 使用11 刀 活性有限， 可能由于颗粒被冷 却 7.飞灰团聚能源利用组织呻 相对有效， 但需要利用制粒技 术 8. 在外置的换热器中使用蒸 汽活化 哥伦比亚大学1191 只适 用于l 啤1 或相似的 流化 床，存在控制问题 9 使用 c e r c h a r水化器对 灰 进行完全 水活化， 产生干的 产物 c a n n e t 提出12 0 非常有效但 昂贵，必须有 c e r c h a r水化器 10 . 低于化学当量比的水量下 的研磨 canne t 产生干的产物，潜在有效地， 但不适用于所有种类的灰 表 1 一 1 中 大部分处理方 法改 善了 脱硫剂的 孔隙结 构， 以进 一步 与5 仇反应。 前面三种 方法都是以提高进入炉内脱硫剂活性为目的， 添加卤化物或碱金属盐方法中， 添加剂使脱硫 剂发生重结 晶，打开 微孔以 进一 步反 应。由西 屋电 气公司 提出的 控 制 c oz气氛的 预 锻烧处 理方法，可使脱硫剂颗粒获得很理想的孔径分布。 研磨方 法， 研磨使c as 伪致密的产物层脱落，打 开颗粒新 表 面，使内 部的 未反 应c ao 核暴露出 来， 这种 方法对于大 颗粒是最有效的 方法， 但是研磨 不够 细的话， 效 果就 会不理想， 但研磨过细也会导致两个不好的结果:1) 更多的小颗粒未来得及反应就被带出反应区:2 ) 第一章 绪论 消 耗更多的能 量。 对于粒径很细小的 循环流化 床飞 灰， 研磨方 法的 改性作 用 有限， 为了 克 服 细 颗粒 停留 时间 短的问 题， 通常需 要采用研磨 与团 聚结合的 技术， 即在 研磨设 备的 基础上再 增加制团设 备， 费用过于昂贵。 飞灰团 聚技术延长了 脱硫剂 在反应区的 停留 时间， 通过在 颗 粒间产 生可见的 裂缝来改善5 0 2 与脱硫剂的 接触，多次 循环使c ao 得到 充分利 用llb.川 。 水 活 化 与 蒸 汽 活 化 1 19 的 原 理 相 似 ， 都 是 利 用 水 合 反 应 打 开 结 晶 产 物 层 ， 提 高 颗 粒 的 孔 隙率。 水活化反应中， 水分子从产物层外壳渗透到内核，与 c a o内 核发生水合反应成 c 成 。 昨 ， 由 于c a( o h 卜 的摩尔体积比c ao大的多， 导致 产物层 外壳 发生 膨胀 破裂， 从 而使 未反应的c ao 暴露出 来。 若将水合脱硫灰 投入炉内以 后， c a( 0 h h 在高 温下 发生 脱水反 应， 产生很多 新的 孔隙，使颗粒形成多孔结 构， 减小了 气固反 应的 扩散阻 力， 有利于 再次 脱硫。 上述所有活 化方法都有一定程度的效果， 它们首要的局限 性要么 是费 用太昂 贵要 么是要 求发展 一种新的设备系统， 如制造新型的 石灰石与 缎烧设备， 机械 研磨设 备以 及 飞灰 制粒设 备 等 。 加 拿 大c a n m e t 能 源 技 术 研 究 中 心 115 调 查了 一 些 可 能 的 活 化 技 术 并 且 得 出 ， 目 前 还 没有使 用脱硫剂活化技术的工业化 循环流化 床锅炉，主要原因 就是高 额的 活化 处理费 用。 本课题的 研究目的 就是寻求经济有效的 脱硫灰活 化利用方 法。 表1 中 列举了目 前 研究的 提 高 脱 硫 剂 反 应 活 性 的 方 法 ， 研 究 表 明 19， 11， 周 ， 在 这 些 方 法 中 ， 最 可 能 接 受 的 是 水 活 化 方 法 与蒸汽 活化方法， 相比于表1 一 1 中的 其他活化 方法， 水活 化与蒸 汽活化方 法的处 理过 程相对 简 单 有 效。 m 期u i s 22 的 研究 表明 ， 采 用 水 活 化 方 法 处 理 脱 硫 灰 时 ， 游 离 c 日 0 的 水 活 化 反 应 进行的 很快， c ao 水合成c 城 o h 无 的转 化率可以 在 15秒内 达到85% . m 州ui s 还 对水活化 与 蒸汽 活化方法进行了 对比 研究， 结果表明， 蒸汽活化方 法的水 合反应 速率明 显低于 水活化 反应，当 使用相同的脱 硫灰 进行实 验时， 蒸汽 活化方 法在20分钟活化时 间的 水合 转化率只 有 20% ， 而且随 着时间的 延长， 转化率增 长速率 变得很慢。因 此， 本文的 脱硫灰 活化方 法 取为水活化方法。 1 .4本文研究内容 我国 的能 源利用中以 燃煤发电占 主导 地位， 循环流 化床燃 烧技术由 于具 有良 好的 炉内 脱 硫性能 和燃料适 应性广等优点而获得了广 泛应用，目 前 循环流 化床锅炉( c fb) 正朝 着大型 化、高 参数的方向发展。 c fb 通过向 炉内 加 入钙基脱硫 剂 ( 以 石灰石为 例) 实现固 硫， 在 8 00一00 0 温 度条件 下， 石灰石被缎烧成多 孔的c ao， c ao 与5 仇( 幻刁 反 应生成c as o， 由 于产 物c aso 4 的摩尔体 积增大 而使孔隙堵 塞， 导 致一半以 上的c ao 无 法参与 脱硫 反应。 这一 脱硫特性使得c a 利 用率很低 ( 通常在20% 45% 范围内 ) ， 为了 将5 0 2 脱 除至卯%以 上， 就需要增加石 灰石用量， 使得c a/ s ) 2 ( 有时高 达2. 5 以 上) 。 增加 石灰石 用量将 导致几 个不 利后果:1) 增加了整 个锅炉的 运行费 用: 2) 增加了c o z 排放量: 3)增加了 灰处理费 用。 为了 避免 这些 不利后果， 使循环流化 床在更 加经济有效 的脱 硫方式 下运 行， 就必需 提高 石灰石的钙利用率。 本文的 研究目的旨 在寻求合适的 提高c f b钙利用率的 方法。 国内 外的 研究 表明， 对脱 硫灰中 的游离c ao 进行再次脱硫应用是个 好途 径。 为了 能使脱 硫灰中 的臼0获 得较好的 反 应能 力， 就必须采取措施 使其重新获得活 性。 比 较简单经济 且有 效的方 法就 是对 脱硫灰 进行 水活 化处理， 再进行 尾部 低温再脱硫， 即 组成了 炉内高 温脱硫与 尾部增 湿低 温脱 硫的强 化组 合脱硫方法。 第 一章绪 论 本文在国家 十五攻关项目 子课题“ 大型c 阳 锅炉燃用高硫煤时提高脱 硫效率的研究 ( 2 2 02一 06一 01一 02. 5 ) 的支持下，基于 c fb 强 化组 合脱硫方 法，重点 研究尾部的 低温 增 湿脱硫部分，主要研究内容如下: ( 1) 以 循环流化 床锅炉的 脱硫飞灰为原料， 进 行活化 机理研究， 探讨水活化 条件 ( 水 活化温度、活化时间、活化水量等)对灰中游离 c ao 水合反应的影响规律。 (2) 在水活化实验的 基础上，以 石灰石为脱硫 剂， 在热重分析 仪中 研究高温 脱硫及 高 温脱硫灰的低温增湿脱硫特性. (3) 对脱硫灰进行 不同 程度的 增湿后， 研究增 湿脱 硫灰在小型 流化床中的 低温脱 硫特 性，主要研究 水钙比、 温度对脱 硫灰中 游离c ao 硫盐化 速率与 转化率的 影响。 (4) 在小型流化床中 对脱硫灰进行直接雾化喷 水脱 硫实验， 研究 运行参数( 喷水位置、 反应温度、雾化水滴粒径、雾化喷水量、喷水方式等)对脱硫过程的影响。 (5)研究脱硫灰 增湿低温脱硫的机理， 初步 建立 硫盐化反 应速率 模型。 第二章 循环流化床锅炉的强化脱硫技术综述 第二章 循环流化床锅炉的强化脱硫技术综述 为了 使循环 流化床锅炉在更为经济有 效的 脱硫 方式下运行， 获 得较低 钙硫比 下仍具有高 脱 硫效率的能力，就必须发展适用于c f b锅炉的 强化脱 硫技术，以 达到 提高脱 硫剂钙利 用 率的目的。目前研究主要体现在两个方面:一、 提高脱硫剂的反应活性;二、 对反应后的脱 硫剂进行循环再利用.对脱硫灰中的未反应 c ao 进行再次脱硫应用，不仅可以实现减少脱 硫剂用量的目标. 还能同时减少锅炉灰渣的处理费用，目 前国内外围绕这方面进行了广泛研 究， 主 要集中于 提高 脱硫灰/ 渣循环次数、 活化脱 硫灰中的 未反应c ao、 在c fb 锅炉尾 部增 加烟气二级脱硫装置等几个方面。 2. 1 提高进入炉内脱硫剂颗粒的反应活性 (1)改善般烧后cao的 孔隙结构 一 种方法是， 采用 添加剂 对石灰石 进行改 性， 添 加剂可以 使脱 硫剂发生 重结晶， 对钙基 脱硫剂的 微观结构、 固 硫气固反应以 及增湿时对吸 湿性与钙基 脱硫 剂中钙 的形式 产生影响 123 ， 241。 目 前对于 添加剂调 质机理的 认识仍然不 够深入， 大多 数研究 者仅 在微 观结构这 一物理变 化层次给予了解释， 加上各实验室实验条件不同， 很难对某种添加剂的调质效果有实际的指 导意义。 但发展价格低廉、 工艺容易实 现的 调质技 术是较 好的 研究 方向。 添 加剂方法的 缺点: 加入的碱性添加剂会导致腐蚀与结垢问题。 另 一种方 法是， 在控制 c 仇 气氛的 前提下， 对石灰 石进行预 般烧。 这一 方法最早由西 屋 公 司 提出 12， 1， 可 以 使 脱 硫 剂 获 得 很 理 想 的 孔 径 分 布 。 缺点 是 增 加了 昂 贵 的 锻 烧 设 备， 使 脱硫费用增加很多。 (2) 改变石灰石的 投加方 式 如 使石灰石与燃料进行搅拌充分 混合后送入炉内 12 61 ， 充分 利用了 燃料 凝聚结团 的特性， 使脱 硫剂均匀分布在燃料中， 由于 凝聚结团 作用使固 硫剂在炉内 的 停留时 间大大 延长， 使固 硫剂和二氧化硫能充分反应，有助于提高固硫剂中钙的利用率。但提高程度有限。 (3) 发展可再生 人工合成脱硫剂 人工合成高活性的脱硫剂经过固 硫反应后， 再进 行相关处 理， 使 其回到 新鲜脱 硫剂的状 态，多 次循环利用12n。从目 前来 看， 脱 硫剂制 备处理费 用过于昂 贵， 不 适合 工业应用。 2. 2 飞灰回燃提高钙利用率 所谓飞灰回嫩， 就是把尾部 烟道的飞 灰收 集下来， 再回 送入炉内 。 系统如图2-1 所示。 飞灰回燃技术是以降低飞灰中 未燃烧 碳含量为主要目 标， 但同 时也 把未反 应的石灰 石粒 子返回 炉内循环利用， 从而起着节 约石灰 石的 作用。 飞 灰回嫩 技 术的 缺点: 飞灰回送量 过大 时， 一方 面， 会影响锅炉燃 烧的 稳定性; 另 一方面， 带来 锅炉尾 部 烟道灰 浓度增大、 受热面 磨损 加剧。 飞灰回燃技术已经获 得一定的 工业应用， 实践表明 ， 飞 灰回 燃可以 使飞灰 未燃烧 碳降低 6 j%13%，但由于飞灰颗粒很细，在炉内的停留时间有限，飞灰中残留 c ao 与 第二章 循环流化床锅炉的强化脱硫技术综述 s q的接 触时间 太短， 对提高钙利用率方 面贡献不 大p slo 图2 一 1循环流化床飞灰回也系统 2 3脱硫灰碴 改性后高温再脱硫 为了 利用脱 硫灰中的未反 应c a o ， 可以 从两 个方面进 行:1)提高 脱 硫反应 时间， 适用 于产物层较薄的脱硫剂颗粒;2) 采取活化措施对脱硫灰进行改性。循环流化床脱硫灰中的 未反应c ao 被密实的 产物层包裹着， 若能 利用活 化措施打 开产物 层， 使 未反 应c ao重新暴 露出 来， 将很 大程度上提高脱硫灰的再次 脱硫能力。目 前 对脱硫 灰的活化 措施 主要 有三种: 机械研磨、水活化以及蒸汽活化。 2 3 )飞灰团 聚技术 为了克 服飞灰回送入炉内 停留时间 短的缺 点， 发展了飞 灰团聚 技术， 即 将流 化床后除 尘 器 收 集 的 飞 灰 制团 后， 再 用 于 流 化床 脱 硫。 e e r c研 究 中 心 129 对 这 一 技 术 进 行 了 研 究 ， 将 c fb 锅炉后除尘器收集的飞灰制团后， 再回送到 炉内 脱 硫。 结果 表明 ，在 床内 投加制团 后 的 飞灰提高了 钙基捕获硫的能力， 脱硫效率 从89.9 % 上升到91 . 7 %， 同 时也 增加了 钙基 脱硫 剂的利用率( 从30.7 % 增加到38.5 %) 。 这是因为 飞灰中 含有未 反应的c ao 细 小颗 粒， 制成 团粒后具 有较好的孔隙结构。 脱硫活性高于同 样大小的 石灰 石颗粒， 另外团 粒的 粒径 较大， 延长了在炉内的停留时间，多次循环使c ao 得到充分利用。 国 内 徐 猛 等 人 12l j 采 用 飞 灰 水 活 化团 聚 脱 硫技 术， 在 飞 灰 快 速 水 活 化 的 情 况 下 直 接 实 现 飞灰团聚， 并及时回送至炉内， 飞 灰水活化团 聚技术 保证了 其活化 工艺、 团 聚 造粒与 流化床 运行连续， 提高了 系统的经济性。 团 聚颗粒既 具有 较大的活 性又显 著提高了 在 流化 床中的停 留 时间， 从而在两个方 面提高了 活性钙的 利用率 和脱硫效 率， 同 时也降 低了飞 灰 未燃碳含 量。 飞 灰团 聚技 术的缺点 是需 要额外增加 专门 的 制团 设备， 从而增 加了 费 用， 目 前实际工业 应用很少。 2 3 2机械研磨活化技术 研磨方法， 如图2 一， 研磨 使c as氏致密的 产物 层脱 落， 打开颖 粒新表 面， 使内部的 未 反应c ao 核暴露出来，获得再次脱硫反应能力。 第二章 循环流化床锅炉的强化脱硫技术综述 5 0， 气相 翻-酬 一铸嚣 c 州oh 五c as伪 图2 4含湿吸收剂颖粒的硫酸盐反应机理示意图 吸收剂中水分的加入方式有两种:1) 水分在脱硫反应前与吸收剂混合后再送入脱硫反 应系统，主要 有: 循环流化床烟气脱硫技术 ( c fb一 f g d ) 、 喷雾干燥脱 硫工艺 ( s d a ) 、 气 体悬浮 吸收 脱硫技术( g s a ) 、新型一体化脱 硫技术 ( n id) : 2) 水直 接雾化喷入 脱硫反应 系 统， 为系统中已 存在的c 幻 颗粒提供 增湿的 液滴并使其中 一 部分转化为 含湿c 碱 。 饰 颗粒， 如炉内喷钙加尾部增湿活化脱硫技术 ( ufac)和c oo卜 si de脱硫技术。 2. 4. 1 增湿脱硫灰低温脱硫 国内 外对脱硫灰低 温脱硫进行了 一些 研究， 主要是集中 于在 脱硫 灰中 加入新 鲜脱硫剂 方 面 ， 直 接 用 脱 硫 灰 进 行 脱 硫的 研 究 较 少 。 g ar e a i4 2) 等 人 研 究 了 飞 灰 与c a( o h h 混 合 物 增 湿 活 化后的微观结构的变 化， 实验结果 表明， 经过增湿活化后， 混合物的比 表面积比 c 成 。 h 无 增 大 了 很多 ， 有 利 于 脱 硫。 f ernan de 少 3 研 究 表明 ， 飞 灰 与c a( o h 为 混 合 物 增 湿 活 化 后 的 比 表面积 随飞 灰尼 州 。 雌 比 和活化时间的 增大而增大， 与单独 使用c 碱 。 h 五 脱硫相比， 飞 灰与 c 城 。 叽 混 合 物 脱 硫的 钙 利 用 率 明 显 得 到 提高 ol im i ngs hil 44 研 究 了 飞 灰 对c ao脱 硫 的 影 响 ， 发现飞灰具有使脱硫剂颗粒附着在其表面的能力。 徐猛139等人利用热重分析仪研究了循环流 化床飞 灰的水 活化与 低温增湿脱硫， 研究结 果表明， 循环流化床飞灰 经过水活化后， 颗粒的 孔隙率增加 ， 有 大量的新 孔生成， 比 表面积 增大了15%左右. 增大了 与5 仇的 接触反 应机会， 从而提高 钙的利 用率。 文献14 习 中利用热 天平研究了高 钙煤灰增湿后的低 温脱 硫性能， 脱硫 温度变化范围 为 30 1 30，指出水是低温下高钙煤灰进行脱硫反应的 前提条件， 探讨了水钙摩尔比 担2 0 /c ao) 、 温度、s q 浓度和钙硫摩尔比 (c毗) 对煤灰脱 硫效率的 影响。结果 表明 :随 着 眺0 /c ao、 二 氧化硫浓度和c 毗 的 增大， 脱硫效率增大; 随 着温 度的 升高， 脱硫效率降 低。 中日 友好环境保护中心公害部的脱硫除尘实验室 进行了 不同比 率的 脱硫灰循环利用实 验1伺， 将脱硫灰与新鲜脱 硫剂以 一定比例混 合后喷入烟道中， 脱 硫灰中未反 应的 金属氧 化 物颗粒 再次获得与502 反应机会， 从而使 脱硫剂利用率 提高。 研究 结果 表明 ， 脱 硫灰循环再 利用工艺比不循环脱硫工艺的脱硫效率和钙利用率都有明显提高。 a l s i o m 公司开发了 循环流化床和干法 脱硫技术相结 合的新 型一 体化 ( n 旧) 脱硫 工 艺 147 翔 ， 该 工 艺 如 图2 一 5 所 示 。 从 循 环 流 化 床 锅 炉 的 空 气 预 热 器 出 来 的 烟 气 ， 经 反 应 器 底 部 进入反 应器， 与混合增 湿器中 送入的 吸收 剂发生反 应。 在降 温和 增湿的 条件下， 在反应器中 烟气中s q和吸收剂反 应生成亚 硫酸 钙和硫酸钙。 n i d工 艺的 优点一 是设备 简单， 不需要高 速度的 旋转喷雾器， 也不需要液 体和压缩空气的两 相流喷 嘴. 二 是n id 工艺 所需的 电耗 低 第二章 循环流化床锅炉的强化脱硫技术综述 于 传统千法气体净化系统相应设 备所需的电耗， 而且 工艺用水不是 添加 到 排气中， 而是 添加 到 混合器中， 不存在灰桨处理问 题。 另外高循环率 保证系 统中 仅处 理干的 循 环灰， 没 有湿的 桨液与设备表面接触，气路中没有结垢。 图2-， nid组合脱硫工艺 n id 工艺的显著特点之一是增设增湿活化系统， 使脱硫灰渣大量循环， 脱硫灰增湿后的 水 分含量为百分之几，进入反应 器后，水分迅速蒸发， 使烟 气湿度 达到 40 50% 左右。 脱 硫灰渣的水分含量小于2 %， 适宜用气力输送。 ni d在 c fb 锅炉上应用的典型例子是台湾的 麦 寮电 厂1伺. 该电 厂z xl50mwc fb 锅炉后配备两台 基于a l s t o m技术的n i d 反应器， 姗 用 含硫量为6 . 5 % 的石油焦时， 运行结 果表明， 在投加 性能良 好 和粒 径合 适石灰石的 情况 下， 在c 5 ca( 0 闭2 的 转化率为: 嗡 斗 x 5 6 八8 /(l一 与一 ls) 油 + 从切j ( 3 一) c ao 利用率提高百分率x为: x= ( 1 一 从 次 : ) 头 司 .2 / 吸 切 j ( 3 一 1 0 ) 3 3实验结果与分析 3 3.1 不同 增湿活化水量对低温脱硫效率的 影响 高 温脱 硫阶 段的 反应条件为: 反应温度为 8 50， 气体 5 场浓度 为 2 0 00p p m ， 流量为 50m 枷in ， 石灰石质量为1 0mg ，反 应时间 为1 加m in 。 改变 低温脱 硫阶 段的 增湿水量， 考察 不同增湿水量对 c ao 利用率的影响，选取的增湿水百分比 ( 水质量产 脱硫灰质量)为 5 %， 第三章 石灰石脱硫剂高温脱硫及其产物的低温增湿脱硫过程的t g a模拟实验 2 5 % ， ! 00 % . 1 5 0 % . 缎 烧 段 一 叫 石 % - - . 2 5 肠 一 ， 侧 洲 一 一 t 日 洲 即80加 求2，-， 孺 高温脱硫反应段 瀚 如 绷 图3 一 高温脱硫反应的样品重量变化曲线 由图3 一可见， 几次高 温脱硫的热重曲 线重复性 很好， 说明 石灰石性 质以 及 反应 条件都 很稳定。 曲 线分成 锻烧段与高 温脱硫反应段两 个部分， 石灰石锻烧 进行的很 快( 约 为1 0min )， 样品重 量迅速降 低到最 低点; 锻烧完全后 通入 阳2 混合气，反 应生成的c as 氏使样品 重量 上升， 随脱 硫时间的 增加， 样品重量逐 渐趋于 稳定值。 1= 氛 1: 粱 ca 哪 ) 2 分 解段 _ _ 入 98盯洲 (缤口e.nl.a 之二 卜杰一 舫9493 以旧2 0 00刹扣0 4 咖目5 以 沁以扣 旧7 山 扣日 仪 幻 肠 n le (.) 图3 一 不同增湿水量时低温脱硫反应产物热重分解曲线 高温 脱硫产物经水活化 后进入低温脱 硫反 应段，由 图3 一可 见， 低 温脱硫反 应产 物的热 重分解曲 线以4 50为分界点 分成两段， 4 50前为c 成 。 h 万 分解 段，失 重量为c 成 o h 尧 分 解出 的水 分: 后面为从4 50升温 到8 50 的c aso 3 分解段， 失重量 为c as伪分 解出 的5 仇， 虽 然 有 部 分c as o 3 氧 化为c as o4， 但 数 量 极 少 163 ， c as 伪含 量 基 本 可以 反 应 低 温 脱 硫 效 果 。 由高 温脱硫反应的 热重曲 线与 低温脱硫反应产 物的 热重分 解曲 线， 根据公 式 (3一 5) (3 一 10 ) 计 算 出 : 高 温 脱 硫 反 应 阶 段 钙 利 用 率刁 闭，l 、 水 合 过 程 总c 刽 0 令 c a( o h 万 的 转 化 率 侧 备、 低 温 脱 硫 过 程 中 残 留 c 幻的 利 用 率 嘛夕 、 c ao利 用 率 提 高 百 分 率 x 。 结 果 如 图 3 4 、 图 3 一 5 所示。 随着 活化水量的增加， c ao 水合成c 减 o h 万 的 转化率 逐渐提高， 而低 温脱 硫反 应的c a 利用率先 提高后降低， 从提 高钙利用率的 角度看， 活化水 量存在一 个 最佳值， 超过这一 数量 时，虽 然c a( o h h 含量增加，但参与 脱硫反应的c 成 0 叽 却在 减少. 对这 一现象的 解释是: 只有颗 粒的水分 达到临界 水分以 上， c 成 。 雌 与s q才能 通过溶 解在液 相中以 离子形 式进行 反 应 队6，。 经 计 算， 脱 硫 灰 中 未 反 应c ao完 全 水 合 成c 动低 的 理 论 增 湿 水 百 分 比 为1 4 .7 %， 当水 分超过这个数值时， 部分水分将在 颖粒表 面形成水 膜， 维持 液相离 子脱 硫反应。 但 并不是 水分越多 越有利于 脱硫反应， 因为脱 硫灰在 柑塌中呈 静止堆 积状 态， 当 加 入