（工程热物理专业论文）层燃炉炉内高温燃烧喷钙脱硫的试验研究.pdf

型羔丝 塑矍 一- | 壁生竺型堕兰兰些堡苎! ! ! 翌 摘要 卜 ，国量大面广的层燃炉燃烧排放烟气中浓度过高的s 0 2 对环境造成极大危害， 研究并推广适合我围国情的脱硫技术具有重大现实意义。为此浙江大学提出的炉 内高温两段脱硫技术。作为煤的洁净燃烧技术总体规划的一部分，层燃炉高温喷 钙脱硫的研究及工业性推广得到了国家重点科技攻关项目的支持，目前国内外对 层燃炉高温喷钙脱硫的系统研究还比较少矿本文在对层燃炉的燃烧过程、喷钙脱 硫的影响因素进行了深入细致的系统研究基础上，研制了两套喷钙装置系统，提 出系统设计及应用过程中技术问题的解决方案，并进行了工业性试验验证。 f 根据物料物理性质气力输送选型为稀相动压气力输送，制粉装置采用实体面 型螺旋输粉系统，进行了螺旋输粉系统、文丘里风粉混合器和气力输送系统的设 计计算，完成了得出了对于蒸汽量分别为o 5 t h ，4 t h ，l o t h ，煤种硫干燥无灰基为1 时，钙硫比与石灰石粉量关系图，文丘里管最大压差( 即人口和喉口压差) 与 喉口直径关系图。该系统运行稳定，易于控制，适合工业性推广j 为r 确定输送粉体的颗粒粒径，进行了四种常用喷射粉体的粒径筛分试验，对 于常用的石灰石粉，理论计算时直径取为7 5 微米。 ( 为了更准确控制给粉量，进行了螺旋输粉机装置标定试验，拟合得到了给粉量 与转速的关系式。为了对喷钙的范围进行预测，进行了单相自由射流冷态空气动 力场试验，得出的中轴线速度衰减实测值与理论值基本吻合一 在分析r 料仓内粉体流动过程和结拱原因和形式之后，提出了防止和解决料仓 搭桥的措施。 流态化理论已经广泛应用于各行各业，流态化输粉粉体流动性好，本文提出了 上引式和下引式流化装置概念，对比说明了各自应用范围。 ( 最后通过工业性试验，进一步分析了影响喷钙效果的各个因素的最优区域，分 析了喷钙过程对层燃炉锅炉效率，除尘，结渣磨损的影响。脱硫率单喷可达到4 0 以上，喷混两段脱硫可达7 5 左右。、) 关键词：层燃炉j 喷钙脱硫；工业性试致 型童丝 垒堕坚壁堑塑查兰堡圭堂壁监塞! 塑! ! a b s t r a c t t h ec o n c e n t r a t i o no fs 0 2i nt h ef u m ed i s c h a r g e db yt h ef i r e d b e db o i l e r sw h i c h s p r e a da l l a r o u n dc h i n ai st o oh i g h i ti s v e r yi m p o r t a n tt os t u d ya n dg e n e r a l i z et h e t e c h n o l o g yo fd e s u l f u r i z a t i o nw h i c ha d a p t st oc h i n a s ot h et w o p h a s ed e s u l f u r i z a t i o n t e c h n o l o g yd u r i n gh i g ht e m p e r a t u r ec o m b u s t i o ni s c a r r i e do u ti nz h e j i a n gu n i v e r s i t y t h e s t u d y o nt h e c a l c i u m i n j e c t i o n d e s u l f u r i z a t i o n d u r i n g t h e h i g ht e m p e r a t u r e c o m b u s t i o ni nf i r e db e di ss u p p o r t e db yt h eg o v e r n m e n t a f t e rt h es y s t e m i cr e s e a r c ho n t h ep r o c e s so fc o m b u s t i o ni nt h ef i r e db e da n dt h ef a c t o r st h a th a v ei n f l u e n t0 nt h e c a l c i u m i n j e c t i o nd e s u l f u r i z a t i o nw em a n u f a c t u r e dt w oe q u i p m e n t sa n dc a r r i e do u tt h e p r o j e c t st or e s o l v et h et e c h n i cp r o b l e m a c c o r d i n gt o t h ep h y s i c sc h a r a c t e ro ft h em a t e r i e lt h ef o r m so ft h eg a s t r a n s f e r s y s t e ma n dg a s - p o w e r m i x e ra n dt h es c r e wp o w e r - - t r a n s f e r s y s t e m a r es e l e c t e da n d d e s i g n e d t h ec h a r t so nt h er e l a t i o nb e t w e e nt h ec a sa n dt h ep o w e rq u a n t i t yi nt h e s c r e wp o w e r t r a n s f e r s y s t e m a n dt h er e l a t i o nb e t w e e nt h et h r o a td i a m e t e ra n dt h e p r e s s u r e d i f f e r e n c eb e t w e e nt h e t h r o a ta n dt h ee n t r a n c ea r e g i v e n t h es y s t e m i s c o n t r o l e de a s i l ya n ds t a b l y t h ee x p e r i m e n to nt h ed i a m e t e ro ft h ef o u rc o m m o nk i n d so fg r a i nh a sb e e n d o n e t h ed i a m e t e ro ft h el i m e s t o n ep o w e ri nt h ec a l c u l a t i o ni st a k e na s7 5 t h ee x p e r i m e n to nt h e q u a n t i t y o ft h el i m e s t o n ep o w e rg i v e n b yt h e s c r e w p o w e r - t r a n s f e rm a c h i n eh a sb e e nd o n ea n dt h er e l a t i o ne q u a t i o na b o u tt h ep o w e rq u n t i t y a n dt h er o t a t es p e e dh a sb e e ng o t t e nt h r o u g ht h e e x p e r i m e n t t h ee x p e r i m e n to nt h e s p e e d - s p r e a d f i e l do ft h e s i n g l e p h a s ef r e es h o o t i n gf l o wh a sb e e nd o n ei n o r d e rt o f o r e c a s tt h es c o p eo ft h ec a l c i u mt h a ti si n j e c t e d t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h em e a s u r i n g v a l u ei sa g r e e dw i t ht h et h e o r yv a l u e a f t e rt h e a n a l y s i s o nt h ef l o wp r o c e s so ft h ep o w e ri nt h es t o r e h o u s ea n dt h e a r c h m a d er e a s o nt h em e a s u r et h a tr e s o l v et h ea r c h m a d e p r o b l e m h a sb e e ng i v e n t h et h e o r yo nt h ef l u i d i z a t i o nh a sb e e n a p p l i e dc o m m o n l yi n t h ei n d u s t r yt h e p o w e rw h i c hi st r a n s f e r r e di nt h ef l u i d i z t i o nf l o ww e l l t h ec o n c e p to fu p l e a df o r ma n d d o w n l e a df o r mo nt h ee q u i p m e n ti nt h ef l u i d i z a t i o nh a sb e e n g i v e ni nt h i sp a p e r a f t e rt h ei n d u s t r y e x p e r i m e n tt h eb e s tr e g i o n o nt h ef a c t o rt h a ti n f l u e n t e dt h e e f f i c i e n c yo ft h ec a l c i u m i n j e c t i o nd e s u l f u r i z a t i o nh a sb e e na n a l y z e d t h ei n f l u e n c eo f t h ec a l c i u m i n j e c t i o np r o c e s so i t h ef h - e db e de f f i c i e n c ya n dd u s tr e m o v a lh a sb e e n a n a l y z e d t h ee f f i c i e n c yo fd e s u l f u r i z a t i o no nt h ec a l c i u m i n j e c t i o ni sa b o u t4 0 。o ，a n d 、 刺雪松 a b s 盯a c t浙江大学硕i 学位论文2 0 0 23 o nt h et w o p h a s ed e s u l f u r i z a f i o ni sa b o u t7 5 k e y w o r d s ：f ir e d b e db o i l e r ，c a l c i u mi n j e c t i o nd e s u l f u r i z a t i o n t h ei n d u s t r ye x p e r i m e n t 刘。骘松 浙江大学硕士学位沦文2 c 0 2 第一章绪论 1 1 研究背景： 硫是构成地壳和生物界的一种重要元素，大气中含有一定数量的极低浓度的 硫化合物是必要的。但由于工业的迅速发展，使人为排放硫化物量，尤其是s o 。 量大大增加，已经破坏了大气硫化物的自然平衡，并且已经严重影响到了人类的 身体健康。工业要发展，但决不能以牺牲环境为代价已成为全人类的共识。如何 在保证工业稳步发展的前提下，降低污染排放，净化环境已成为广大科技工作者 关心和研究的方向，而立足于我国的基本国情，开发出真正符合我国经济状况的， 针对于在我国量大面广存在的中小型工业锅炉的脱硫装置，则是本文核心内容。 1 1 1 国外脱硫技术的发展：l 一19 9 0 年美国颁布了洁净空气法修正案( c a a a i9 9 0 ) 。新修正案主要内容是大 气污染物至少降低75 ；每年削减s o ：排放量至少1 0 0 0 万吨，以减轻酸雨的主要 成因等。其中减少s o ；排放量的途径有：改变燃料，即改用含硫低的煤种或天然气； 安装烟气脱硫装置或其他技术( 如高效发电工艺节煤，洗煤等) 电力生产从污染 严重的电厂转移到比较清洁的电厂；s o ：排放许可权交易。 c a a a 的实施，对火电厂二氧化硫控制技术产生巨大的影响。主要采用的控制 技术足改变燃料和安装脱硫装置。而实际上改用低硫燃料来降低s 。排放量的市场 比例比预想的要大得多，因为在价格和资源上燃用低硫油和天然气均占优势，比 安装脱硫装置更容易满足脱硫的要求，而且投资低，尽管改变煤种对锅炉的安全 稳定运行有不利的影响。美国现有电厂安装的脱硫工艺中，湿式烟气脱硫工艺占 9 0 以上。在1 99 0 1 9 9 5 年间，即c a a a 第一阶段，美国公用电厂新装的脱硫装 置几乎都是石灰石石灰洗涤工艺，其中采用石灰石做吸收剂的比例逐渐上升，占 绝对优势。而用氧化镁强化石灰为吸收剂的洗涤工艺是当前脱硫效率最高的工艺。 由于氧化镁的存在，使石灰液吸收s o ：能力比石灰石高1 0 15 倍，在气液比较低 时，脱硫效率可达9 8 。该系统可以抑制石膏的形成，因而不会结垢。因而吸收 塔尺寸比一般石灰系统小，再循环动力节约6 5 。 这些经济效率可以补偿价格较高的不足，因此，这种工艺在要求高脱硫率的 电厂得到应用。而在c a a a 第二阶段，由于排放交易市场的成熟和对高效新工艺的 优惠政策对电厂采用先进技术起推动作用，将要实施的资源保护及回收法( r c f t h 、 水处理法及对n o 。和毒性气体排放限制，使电厂在选择脱硫工艺时进行综合考虑。 其工艺特点是：水耗低、无废水排放；能耗低；固体渣易于处理；同时脱除s 。、 n o 。和毒性气体。 由于c a a a 对脱硫工艺的脱硫效率要求更高，于式脱硫技术在第一阶段未被采 用，其一卜包括已经有工业运行经验的喷雾干燥技术。在c a a a 第二阶段，改j j 低硫 第一章绪论 煤的i 乜厂s o 。排放量仍不能满足法规，需进一步脱除烟气中的s o 。，t ，i 采用投资低 的f 二式脱硫技术。因此，当前美国e p a 、e p r i 和d o e 都进行不同规模的f 式脱硫 技术的实验研究。主要研究工艺和项目如下： i c f b 脱硫工艺在t v a 的s h a w n e e 电厂1 0 m w 机组上，有一套循环流化床烟 气脱硫实验装置，结果表明脱硫率可达9 0 以上。 2 美国有几个炉内喷钙脱硫示范装置在进行实验，包括l i f a c 工艺和l i m b 工艺。l i f a c 工艺在w h i t e w a t e rv a l l e y 电厂二号机组上示范。容量6 0 m w ， 燃用2 一2 9 的高硫煤。实验结果表明，当c a s = 2 时，采用e s p 灰再 循环，脱硫率可达75 负荷降低，脱硫率可增加到8 5 。 3 a d v a c a t e 工艺流程管道喷射高活性脱硫吸收剂的室内中间试验正在美国 e p a 的环境研究中心进行。s h a w n e e 电厂的1 0 m w 中试示范装置上也进行过 试验，在c a s = 1 5 时，脱硫率可达8 9 。 二口本的脱硫技术： 日本在排烟脱硫技术方面是世界领先的： ( 1 ) 主要有石灰法、苛性钠法等湿式方法。还有利用煤炭的于式脱硫，脱硫剂是 把煤灰、石灰、石膏系列三种物质各1 3 混合并加水搅拌后，用挤压机做成颗粒 状( 直径6 m m ，长3 1 0 r a m ) 。s o 。与消石灰发生吸收反应，以相当高的反应率固定 为石膏。本方法由脱硫剂制造系统和s o 。吸收系统组成。吸收后的石膏硬化物可再 用。 【2 ) 半干式简易脱硫干式洗涤器可同时处理燃煤气体中的粉尘和硫氧化物。这 时，可用碳酸钙代替碱液一消石灰作为脱硫剂，在燃烧室内进行炉内脱硫，即一 次脱硫。同时，喷水进行二次脱硫，这是简易脱硫方法。 ( 3 ) 静电的应用。等 1 1 2 中国的硫污染及治理情况： 由于我国是世界上最大的煤炭生产和消费国之一，煤炭在中国能源结构中的 比例高达7 6 2 ( 1 9 9 0 年统计) ，而且高硫煤也比较多。大量燃煤和其他经济活动 用煤是我国s o ：排放量急剧增加的一个重要原因。根据我国1 9 9 5 年公布的统计数 据，全国s o ，排放量达2 3 7 0 万吨，已居世界第一位。中国的大气污染特征呈现煤 烟形污染。 s o 。排放量的剧增一方面使大多数城市处于较高的污染水平。有些城市大气中 s o 年平均浓度为国家大气二级环境质量标准5 倍以上，高浓度s o ：和烟尘污染共 同作用，造成对人体健康的经济损失约为9 5 0 亿元，占g d p 的1 6 。6 。另外，s o ： 排放量的持续增加，使中国的酸雨发展异常迅速，严重的酸性降水和脆弱的生态 系统使我周经济损失严重，1 9 9 5 年仅酸雨污染给森林和农作物造成的直接经济损 久已达几百亿元。中国硫酸形酸雨表明，大量s o 。排放是降水呈酸性的重要原因之 刘雪松 浙江大学硕上学位论文2 oc23 一。而s o 。排放量与煤炭消耗量1 919 83 年到1 9 9 5 年的相关系数达到0 9 6 。闪此控 制s o 。排放足控制酸雨污染发展的重要因素。 1 9 9 5 年，我国火电装机容量达1 6 亿千瓦，s o ，排放量8 3 0 万吨，约占全国的 3 59 6 ，到2 0 0 0 年火电装机容量达2 2 亿于瓦，其s o ：排放量占全国的2 3 。 由于“九五”期间7 5 ，20 0 0 2 0 1 0 年问9 0 煤炭增加量用于发电，因此我 国的s o 。排放总量的控制，尤其是酸雨控制区和s o ，污染控制区削减s o 。总量的重点 应放在燃煤电厂。 我国的燃煤电厂目前主要采用烟气脱硫，其研究始于2 0 世纪7 0 年代初，先 后研究了亚纳循环法，催化氧化法，石灰石一石膏法等。但是由于经济、技术和 环境管理等方面的原因，上述技术并未得到广泛的推广和应用。 为了遏制s o ：污染继续加重，在1 9 9 7 年新修订的大气污染防治法中，规定 了在全国划分s o 。污染控制区和酸雨控制区( 简称两控区) ，其中s o 污染控制区 划分的原则是近年来环境空气s o 。的年平均浓度超过二级标准且日平均浓度超过 国家三级标准的城市，而这些城市污染的主要原因就是大量燃煤排放的s o 。据国 务院关于环境保护若于问题的决定和国家环境保护“九五”计划和2 0 10 年远 景目标，两控区分阶段控制目标如下：到2 0 0 0 年s o ：排放量要控制在19 9 5 年水 平；到2 0 10 年，s o ：排放量要比2 0 0 0 年的排放量减少1 0 ；所有城市环境空气s o ： 浓度要达到国家环境质量标准；降水p h i 4 5 的地区明显减少。具体政策为：大 中城市市区禁止新建燃煤火电厂。新扩改建燃煤含硫量大于1 的电厂，必须建设 脱硫设施；现有燃煤硫分l 的电厂，到2 0 0 0 年前采取脱硫措施，在2 0 1 0 年前 建成脱硫设施或采取其他控制二氧化硫的措施。工业锅炉和窑炉到2 0 0 0 年达标排 放。对排放二氧化硫的污染源征收排污费。 1 1 3 美国和我国情况的比较 在美国的电力工业中，半以上的能源取自燃煤。这一状况和我国相似，燃煤 含硫量也大致和我国相等或略微偏低。美国所应用的f g d 方法没有多少实质性的 改变，主要为石灰石法、石灰法、双碱法、碳酸钠法、亚钠循环法( w - - l ) 和氧 化镁法等6 种基本方法。2 0 世纪8 0 年代开始流行的喷雾干燥法，般认为只适应 于中、低含硫煤烟气脱硫。在方法类型上，美国仍以湿法和抛弃法为主。在新方 法研究中，美国开始效力于燃烧中脱硫和燃烧前脱硫的研究，并同时控制n o 。的排 放。 1 2 脱硫技术研究概况：”2 1 目前对于燃烧器脱硫主要有三种方式：炉前脱硫：炉中脱硫即向炉内高温燃 烧区喷射添加剂；尾部烟气脱硫。 1 2 1燃烧前脱硫 燃烧前脱硫，属于源头治理，它会减轻后期治理负担，棚划来说源头治理较终 第一章绪论 端治理更经济简便。煤脱硫技术洗选法已工业应用。尚在研究开发中的方法有多 种，其中强磁分选与微波幅射较受重视。 1 机械洗选法 洗选脱硫采用跳汰、重介、摇床、水介质旋流器、螺旋溜槽和浮选等方法，我 国多采用跳汰机和摇床联合作业。浮选法是利用煤中硫铁矿和灰分密度较大的原 理，用水作浮选剂，使其与精煤分离。而含硫6 以上的洗中煤、矸石可用摇床进 一步富集成硫精砂，尾矸作流化床锅炉燃用。洗选法可除去煤中3 0 6 0 的灰 分，脱硫率达4 0 。 2 强磁分离法 煤系黄铁矿适合用强磁分离法除硫。煤系黄铁矿中无机硫呈顺磁性，而煤质呈 逆磁性，因而可以利用强磁场将煤中顺磁性的无机硫与反磁性的煤质分离。由于 无机硫的顺磁性较弱，需二万高斯以上的磁场强度方能实现有效分离。目前此 法用于水煤浆脱硫已较成熟，用于煤粉尚未取得进展。对无机硫的脱硫率可达7 0 ，对全硫脱除率约为4 5 。 3 微波幅射法 微波辐射法是通过有一定波长的电磁波照射经水或碱或f e c ，等盐类处理过的 温度为5 0 1 0 0 的煤粉，能使煤粉中的f e s 和c s 等化学键发生共振而裂解， 形成的游离硫可与氢、氧反应生成h 2 s 、s o ：或低分子r o s 等气体逸出。将逸出的气 体收集处理，可以得到副产品硫磺。此法脱硫率可达7 0 ，目前正处于开发研究 中。 4 煤的转化 将煤进行气化或液化，在气化和液化过程中脱去硫分，从而把煤转化成为一种 清洁的二次燃料，在煤的气化过程中，煤中的硫主要被转变成h 2 s ，然后可采用各 种常规工艺除去h 2 s ，煤在加氢溶剂萃取法进行液化的过程中，其中的硫化铁硫因 不溶于溶剂中而可分离出来；煤中的有机硫则在加氢时转化成h 2 s ，然后再用常规 方法将其除去，即可得到清洁的液体燃料。 1 2 2 燃烧后脱硫 燃烧后脱硫：燃烧后脱硫一般指烟气脱硫，该技术比较成熟，目前成本较高， 系统复杂，主要应用于大容量烟气处理，如电站锅炉，应用于中小型锅炉上存在 较大i ；i ! j 难。世界范围的烟气脱硫工艺主要采用三种系统设备：静电除尘器，袋滤 器和洗涤器系统。 目前，国内外已开发和工业应用的烟气脱硫方法有多种，其中按吸收剂( 脱硫 剂) 的状态( 固态或液态) 可分为干法和湿法，前者主要采用活性吸附剂脱硫、岳者 采用水溶液或浆液脱除烟气中硫化物。 按反应产物的处理方式又可分为抛弃法与回吸法两大类：脱除的含硫产物作为 刘雩松 浙江大学硕士学位论文2 0c ：3 固体废物而抛弃即为抛弃法；如能将脱除的含硫产物作为副产品【刚叟即为【田收法。 两种方法对比如下 分类优点 缺点 商法 回收式将烟气的s o ：流程较复杂， 亚硫酸钠循环 当作一种硫资源运行操作难度较 洗涤法、氧化镁浆 回收利用，变害为大投资及运行费液洗涤法、氨溶液 利，有些脱硫剂可较高。当烟气中s o ，洗涤法、碱性硫酸 以再生使用；多数浓度较高有回收铝溶液洗涤法等。 流程为闭路循环，利用价值时，才考 避免了二次污染。虑采用回收法。 抛弃式设备流程简废渣占用空石灰石或石灰 单，操作较容易，间容易造成二次浆液洗涤法、石灰 投资及运行费较污染。当烟气中s o 。浆喷雾干燥法、碱 低。浓度较低，无回收性浆流洗涤法、双 价值或投资有限，碱法等。目前以石 大气污染控制严灰石浆液洗涤法 格时多采用抛弃应用最多。 法。 1 2 3 燃烧中脱硫： 燃烧中脱硫，由于燃烧过程中生成的s o ，如遇到碱金属氧化物c a o 、m g o 等时， 会反应生成c a s o 。、m g s o 。而被脱除，因此，在煤燃烧过程中，最经济的脱硫方法， 就是采用c a c o ，作为脱硫剂，将其破碎到合适的颗粒度喷入炉内。 c a c o ，在高温下分解为c a o 和c o 。： c a c 0 3 - 9c a o + c 0 2 c a o 在氧化性气氛中遇到s o 。就会发生如下脱硫反应： c a o + s 0 2 + 丢o ：一觋 该式是燃烧中脱硫最主要的反应，形成固态硫化物随灰渣排放出来达到脱硫的 目的。但这一反应有最佳反应温度，如果炉内温度过高，如果高于12 0 0 ，已 生成的c a s ( 1 。会分解成s o ：，因此，向炉内加入石灰石脱硫，对于不同的燃烧方式 的燃烧设备，其使用方法、使用条件及脱硫效果都是不同的。 1 3 层燃炉炉内脱硫技术：”1 一概述： 1 同硫型煤： 采用固硫型煤作燃料。实验数据表明通过采用催化剂和改进型煤 ：艺可以提商 第章绪论 高温脱硫效率，在燃烧温度为1 0 0 0 。c 、c a s = 2 时，型煤可以达到6 5 5 2 的脱硫 效率。 2 燃料层加石灰彳i ： 直接在层燃炉的燃料层上加石灰石。层燃炉的燃料颗粒度平均大等于1 0 m m ， 将石灰石和煤粒混合在一起，直接送入炉膛，是层燃炉最简单脱硫方法，但由于 层燃炉的燃烧温度可达1 2 0 0 0 | c 以上煤和石灰石在燃料层中没有相对运动，混合 条件很差，燃烧中产生的s o ：和c a o 没有足够的接触和反应u , l 日j ，所有这些不利条 件使得该方法的脱硫率只能达到1 5 2 5 。 3 炉内喷钙： 在紧靠燃料层上方的炉膛空问喷钙。在紧靠燃料层上方的烟气温度为8 0 0 1 2 0 0 。c ，因此在这一温度区域喷入石灰石粉时，当c a s = 2 时，脱硫率可以达到4 0 6 0 。但这种方法增加了烟气的飞灰量和尾部的除尘量，可能还会造成尾部 受热面积灰，由于烟气中大量细灰的存在，为了控制粉尘的排放量，锅炉需采用 更高效的除尘器。 4 炉内喷钙尾部增湿法“。 ( 1 ) 即l i f a c ，全名为l i m e s t o n ei n j e c t i o ni n t ot h ef u r n a c ea n da c t i v a t i o n o fu n r e a c t e dc a l c i u m ，意为炉内喷射石灰石及未反应钙的活化，该系统除了炉内 喷入石灰石粉外，在电除尘器前增设一活化反应器，水从活化反应器上部喷人， 随烟气进入活化反应器中，未反应的c a o 遇水反应生成c af 。h ) 。 ( 2 ) 反应过程： 实际上，l i f a c 方法的脱硫过程是由炉内脱硫和活化反应器内脱硫两个步骤组 合而成的，其绝大部分s o 会在炉内转化为c a s o 。： c a o + s o 、一c a s o 在活化反应器中的化学反应是c a o 与水生成高反应活性的c a ( o h ) ： c a o + h 2 0 一c a ( o h ) 2 以后就会发生反应速率很高的下列脱硫反应： s o ：十h 0 一h2 s 0 3 c a ( o h ) 。十啦s o j c a s 0 3 + 2 h 2 0 如有氧时，则c a s o ，就会转化成c a s o 。 c a s o + + 1 20 。一c a s o 。 ( 3 ) 影响l i f a c 系统脱硫效率的因素： 炉膛喷射石灰石的位置和颗粒度： 活化反应器内脱硫反应对温度的要求，反应器内烟气温度应接近于露点； c a s 为2 或略小于2 ： 此法适埘于燃用含硫量为0 6 2 5 煤种燃煤锅炉脱硫；最佳锅炉容量为 刘雪松 浙江大学硕士学位论文2 0o2 3 5 0 30 0 n w ( 2 0 0 10 0 0 t h ) ；适用于改造现有电厂。 图1 1l i f a c 工艺流程图 气 囱 5 烟气脱硫，除尘体化装置： 上面几种层燃炉脱硫方法，脱硫效果均不高，而炉内喷钙尾部增湿虽能达到较 高的脱硫效率，但其投资费用较高，也不利于大面积推广，与此同时，为了节省 投资，我国的工业锅炉极少采用电除尘器及布袋除尘器一般采用干式的旋风分 离器或水膜除尘器，但往往除尘效率不够高，仍会造成粉尘排放的大气污染。因 此，许多环境保护科研单位和科技工作者针对我国国情，相继开发了了适合于燃 煤工业锅炉、系统简单、投资及运行费用较低而脱硫除尘效率较高的烟气脱硫、 除尘体化装置。较为典型的工艺为： 采用石灰为脱硫剂，石灰粉在制浆池中与水搅拌混合成为c a ( o h ) ：溶液，用泵 送人喷雾脱硫塔。来自锅炉的烟气首先进入一沉降室进行一级于法除尘，然后烟 气由沉降室向上经冷却室自上而下进人喷雾脱硫塔，和来自脱硫塔底部自下而上 的蒸汽雾化的c af o h ) ：雾滴混合而进行喷雾干燥脱硫反应，经过一级脱硫后的烟气 进入沉降室右边的水浸式湿法除尘装置，并再次和c a ( o h ) ，溶液接触，进行二级除 尘和脱硫，最后带水滴的烟气经二级气水分离后由引风机排出烟囱。该装置有较 高的除尘效率，因此，如将其用于循环流化床工业锅炉，则不需采用石灰( c a o ) 作 为脱硫剂，只需在床内加入石灰石进行炉内脱硫，而尾部只需喷水达到增湿活化 的脱硫效果，同时无需采用电除尘器或布袋除尘器就可将循环床锅炉的粉尘排放 控制在环保要求之内。 2 分层燃烧脱硫： 尽管在散煤中掺混凼硫剂实现s o 。污染排放控制的层燃炉脱硫往往成为最直接 普遍的方法，但固硫效果并不理想，一般固硫率基本在30 ，而研究表明，钙基 第一章绪论 固硫剂在层燃炉中的燃烧固硫效果较低的主要原因是床层温度过高以及固硫剂在 床层停留时间过长，进而造成的脱硫产物再度分解。针对这种情况，汤龙华”。 等提出了分层燃烧脱硫技术。链条炉分层燃烧脱硫技术是利用分层燃烧技术原理 加上脱硫功能，使之变成一个既能促进燃烧又具有脱硫功能的新技术。分层燃烧 包括两种实现方式：混合分层和覆盖分层。两者的区别是：混合分层是固硫剂粉 末与燃煤事先混合，覆盖分层则是固硫剂不与燃煤混合，而是均匀覆盖在煤层表 面。混合分层燃烧脱硫技术具体原理是：同通常的燃烧固硫一样，固硫剂粉末混 合在燃煤中进入炉排，在着火区域附近下方布置独立风室，风室位置同上面布置 在煤闸门附近有些区别，燃煤可以经过预热干燥，然后在此分层。煤中部分固硫 剂粉末被吹人炉膛空间，在烟气中与s o ，反应，而煤中剩余的固硫剂可以继续在煤 层中固硫。覆盖分层和混合分层的目的一样，固硫剂粉末覆盖在表面，是希望能 将更多的固硫剂吹入炉膛空间。从原理上讲，分层燃烧脱硫技术不仅提高了煤的 燃烧效率和利用率，又解决了层燃炉燃烧固硫的关键难题，实现了一个技术多种 目的的效果。分层燃烧脱硫技术通过分离固硫剂粉末到炉膛空间，实现了煤层内 和煤层上方空间同时脱硫的目的。传统的固硫剂与燃煤直接混合的燃烧脱硫是床 层内脱硫，喷钙脱硫是空间脱硫，而分层燃烧脱硫则是结合了这两种燃烧脱硫原 理。 3 两段脱硫技术的提出：”。 前面介绍了介绍的炉内脱硫方法，脱硫效率都比较低，在c a s = 2 时，采用 链条炉内直接喷钙的方式，燃烧脱硫效率一般为4 0 6 0 ，而采用与人炉散煤 预混的方式，燃烧脱硫率一般在4 0 以下，而这仅仅通过脱硫剂配方的改进是很 难得到实质上的提高的，为解决此问题，岑可法等人创造性的提出了两段脱硫燃 烧脱硫技术的解决方案，利用风力将床层中的部分脱硫剂粉末吹人炉膛空间或直 接将部分脱硫剂粉末喷人炉内，以实现煤层内和燃烧空间同时脱硫的目的，从空 间和时间两方面克服了简单与入炉散煤预混或炉内直接喷钙脱硫方式的根本缺 陷，使链条炉燃烧脱硫率提高到7 0 8 0 。 1 4 国内喷钙技术的产业化发展现状：”2 。 在技术不断发展和追求降低费用的基础上，炉内喷钙脱硫作为第3 代低成本烟 气脱硫技术受到重视。芬兰l i f a c 技术，即炉内喷钙尾部活化成套技术，脱 硫率可达8 5 9 0 以上：在原国家科委、机械工业部和环保局支持下，哈尔滨 电站设备成套设计研究所开展了喷钙脱疏成套技术的环保科技攻关研究，证实该 项技术工艺流程简单、占地面积小，设备投资和运行费用低，是当前适合中国国 情的烟气脱硫技术。哈尔滨电站设备成套设计研究所和北京轻工业学院、哈尔滨 锅炉厂等单位在协同攻关中，掌握厂喷钙脱硫成套技术，并开发了湿颗粒层烟气 净化技术，将增湿活化发展为过饱和增湿、高效除尘、除湿，增湿活化脱硫和高 刘雪松 浙江大学硕士学位论文2 0 0 2 3 效除尘结合为一体，提高了烟气净化效果，简化r 系统，使该项技术在中小型燃 烧装置应用中更为现实，同时也为大机组推广应j j 奠定了基础。 炉内喷钙尾部增湿烟气脱琉成套技术r e 流程：炉前制备或购买的合格吸 着剂粉料，储存于主料斗，经给杨机计量供给，由输送气在炉膛合适的温度区域 以有组织的气流喷人。在不妨碍锅炉安全经济运行的条件下，钙基吸着剂粉料在 炉内热解、固硫。在锅炉空气预热器之后( 没有空气预热的，在省煤器之后) 、除 尘器之前，进行喷水增湿，烟气中游离的c a 0 水合、固硫，水雾滴蒸发并收集部 分烟尘和脱硫灰渣，经除尘后再由引风机将干净的烟气排放烟囱。脱硫系统实际 占据空间的装置只有储粉斗和喷水增湿装置，粉料气力输送粉斗布置灵活性大， 占地面积小，脱硫灰渣为干态，处理简便，没有二次污染。 鲁用风机 图1 2 喷钙脱硫成套技术系统图 1 5 本文研究目的及主要内容： 我国地域辽阔，煤炭资源丰富，但其中有不少含硫量很高的煤，其燃烧排放的烟 气对环境造成了很大危害，又由于中国量大面广的层燃炉的分布情况，散煤的高效 低污染燃烧在中国具有重大的现实意义，作为煤的洁净燃烧技术总体规划的组成 部分，研究散煤的燃烧脱硫成为一项重要内容，得到了国家重点项目的支持，浙江 大学热能工程研究所先后承担了其中多个项目，本文是这些研究项目中关于喷钙 脱硫基础理论，系统开发及实际应用效果部分的系统总结。阐述了两套喷钙脱硫 系统的运行机理及设计过程，及相关基础性试验。 该系统应用在三台层燃炉( 0 5 t h ，4 t h ，10 t h ) 上，在实现两段脱硫的过程 中，取得了良好的效果。对相关数据的分析基础卜，得出了喷钙脱硫率和喷射出 一 塑二垦堡堡一 j 的温度，钙硫比等主要影响因素的关系，并分析得到喷钙过程对锅炉效率，结 渣，过热器磨损的影响。 参考文献： 【1 】工业脱硫技术，雷仲存主编化学工业出版社2 0 0 1 5 【2 】国内工业锅炉脱硫技术评述丁毓文工程设计与应用研究1 9 9 8 【3 】工业锅炉内喷钙脱硫技术简介陈振林肖良四川电力技术2 0 0 0 【4 】 “l i f a c e c o n o m i c a ls o l u t i o nt os 0 2c o n t r o l ”，m e b a l l ，e n v i r o n m e n t 【5 】喷钙脱硫系统中增湿活化装置的脱硫性能研究：实验结果及分析高翔 骆仲泱中国电机工程学报1 9 9 9 ，( 1 9 ) ，( 2 ) 一i 0 1 4 【6 】 “t h ee x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho nt h eh i g h t e m p e r a t u r ed e s u l f u r i z a t i o n i ns t o k e r s ”j u nc h e n g ，p r o c o fi n t e r n a t i o n a lc o n f e r e n c eo np o w e r e n g i n e e r i n go c t 8 - 1 2 ，2 0 0 1 ，x i a n ，c h i n a 【7 】分层燃烧装置的应用与改进李元章北京节能1 9 9 9 ，( 6 ) 一2 0 2 1 【8 】分层燃烧装置在链条炉上的应用杨平发电设备2 0 0 0 ，( 4 ) 一1 2 1 3 ，2 1 【9 】工业锅炉分层燃烧脱硫技术研究汤龙华吴晓蓉锅炉制 造2 0 0 0 ，( 1 ) 一2 6 2 8 【1 0 】高温燃烧两段脱硫技术的试验研究岑可法程军等动力工 程2 0 0 0 ，2 0 ( 6 ) 一9 1 1 9 15 【1l 】“s t a g e d d e s u l p h u r i z a t i o nb yd i r e c ts o r b e n ti n j e c t i o ni n p u l v e r i e d c a o lb o i l e r s ”，s v m a k a r y t c h e v ，e n e r g yv o l1 9n 0 9 ，p p 9 4 7 9 5 6 1 9 9 4 【1 2 】工业锅炉内喷钙脱硫技术简介陈振林肖良四川电力技术2 0 0 0 【1 3 】喷钙脱硫成套技术董文刚侯栋歧锅炉技术一19 99 ，( 3 0 ) ，( 1 2 ) 一26 - 3 0 【1 4 喷钙脱硫成套技术应用研究和工程分析杨仲明侯栋岐黑龙江电力技术 19 9 8 刘雪松 浙江大学硕士学位论文2 0 0 23 第二章气力输送系统设计研究 2 1 引言 进行喷钙过程中，为厂保证喷钙的连续、稳定、准确，我们需要对粉体从制备， 输送到进入炉膛的整个过程有精确的控制，而完成这项工作的前提就是系统的设 计研究，这也是本文的主要内容之一。 整套系统应包括粉体制备和输送两方面，粉体制备我们选用了采用不同原理的 两套装置：螺旋给粉装置和流化给粉装置，这一部分内容我们将在后两章详细介 绍，本章主要对气力输送系统进行设计研究。 本章的主要内容包括两方面： 1 在对气力输送基本原理研究的基础上，针对l o t h 层燃炉的喷钙试验，我 们对气力输送系统管路进行了详细计算，为设备的选型提供了数据参考。 2 为了保证最佳的风粉7 昆合，进行了文丘里风粉混合器的设计，由于在文丘 里管的喉口部分，风机给风的一部分静压转化为动压，使该处的给风动压 最大，风粉在该处混合可以达到最优效果。另一点需要补充的是，我们采 用的文丘里风粉混合器中，全部风速均处于亚临界，不涉及亚临界到超临 界的转化问题，澄清这一概念对于我们的设计中公式的选取具有指导意 义。 2 2 气力输送基本原理： 1 气力输送优缺点分析： 气力输送装置是在管道内利用空气将粉粒状物料从一处输送到另一处的输送 设备。它的优点是： ( 1 ) 输送效率较高； ( 2 ) 整个输送过程完全封闭，受气候环境影响小，不仅可以改善工作条件，而 且被运送的物料不致吸湿、污损、或混入其他杂质，从而保证被运送物料 的质量。 ( 3 ) 设备简单，结构紧凑，工艺布置灵活，占用面积较小 ( 4 ) 在输送的过程中可同时进行混合、粉碎、分级、烘干等 ( 5 ) 易于整个系统实现集中控制和自动化。 缺点是： ( 1 ) 与其他输送设备相比，能耗比较高； ( 2 ) 对物料的块度、粘性和湿度有一定的限制要求。 除一些易碎、粘附性强、有腐蚀性和易引起化学反应的物料需特殊考虑外，一 第二章气力输送系统没计研究 般的松散的粉粒状物料均可采用气力输送。 2 气力输送分类： 在气力输送过程中，物料颗粒的运动状态主要受输送气流速度控制。以水平管 为例，在输送气流速度足够大时，颗粒呈均匀悬浮状态运动；随着输送气流速度 的逐渐减小，颗粒出现非均匀悬浮流动并呈现疏密不均的流动状态；当输送气流 速度小于一定值时，出现脉动流；随着输送气流速度的进一步减小，一部分颗粒 停滞在管底，一边滑动一边被推着向前运动；进而停滞的物料层作不稳定移动， 最后形成堵塞或形成另一种通过气体静压进行输送的推动输送。 根据上述基本原理，气力输送按流动状态可分为两大类： ( 1 ) 悬浮输送，利用气流的动能进行输送，也称动压输送； ( 2 ) 推动输送，利用气体的静压进行输送，也称静压输送。 表2 1悬浮输送与推动输送x , i k l ：；表 分类输送物料流动状态混合比输送气体流速 【悬浮输送干燥的小块状及粉悬浮状小高 粒状物料 推动输送粉粒状及湿的物料料栓状大低 3 悬浮气力输送系统 按输送空气在管道中的压力状态分类，气力输送有吸送式和压送式两种类型。 ( 1 ) 吸送式： 气源设备装在系统的末端。当风机运转后，整个系统形成负压，这时，在管道 内外存在压差，空气被吸人输料管。与此同时，物料也被空气带人管道，并被输 送到分离器，在分离器中，物料与空气分离，被分离出来的物料由分离器底部的 旋转卸料器卸出，空气被送到除尘器净化，净化后的空气经风机排人大气。 ( 2 ) 压送式： 气源设备设在系统的进料端口处，由于风机装在系统的前端因而物料便不能i l l 由的进入输料管，必须使用有密封压力的供料装置。当风机开动以后，管道中的 压力高于大气压力。这时，物料从粉料斗经旋转供料器加入管道中，随即被压缩 空气输送至分离器中。在分离器中，物料与空气分离并由旋转卸料器卸出。 除以上两种主要的类型外，尚有复合类型称之为混合式，它由吸送式和压送式 组成，兼有两者的特点，可从数处吸入物料和压送到较远的地方。但这种系统较 复杂，同时气源设备的工作条件较差，易造成风机叶片和壳体的磨损。 4 压力推动输送系统： 推动输送足依靠气体的静压来进行输送的。当物料沉积填充在输料管中形成料 t - t l l , j ，作用在该料拄两段的睚力差成为料柱的推动力。 型兰堡 塑翌查兰堕土兰堕堡皇三! ! ! 生 如果将料f e 分割成彼此不相连的短料栓，则可实现各段料栓的移运而达到输送 的i 的 2 3 粉粒体理论试验研究 2 3 1散粒体的基本物理性