（动力机械及工程专业论文）小型循环流化床锅炉脱硫试验研究.pdf

西华人学硕上学位论文 小型循环流化床锅炉脱硫试验研究 动力机械及工程 研究生：赵秀娟指导教师：谷晋川、管永林 随着环保要求日益严格，减少s o ：排放保护环境显得尤其重要。循环流化 床技术以其高效、低污染燃烧受到世界各国的青睐，无论是从各种洁净煤燃烧 技术的比较还是结合我国目前经济发展的现状来看，循环流化床燃烧技术都必 将成为我国今后燃煤技术的发展重点。因此深入研究循环流化床脱硫对我国节 能和环保具有现实而又深远地意义。 本文结合四川省节能技术服务中心承接的锅炉改造项目一泸州老窖1 5 t h 循环流化床锅炉的改造，进行了脱硫试验研究，得出了最佳的脱硫运行温度 ( 8 9 0 - 一9 0 0 c ) 、c a s 摩尔比( 1 9 ) 和循环倍率( 1 5 ) ，为小型循环流化床锅炉脱硫提 供了有利参考。结合前人的研究，建立了适合小型循环流化床锅炉脱硫效率随 温度、c a s 摩尔比和循环倍率变化的数学模型。 1 、根据脱硫效率随着锅炉运行床温的影响变化曲线，得关系式： t s o ，一( - o 0 0 2 3t 2 + 4 0 3 0 5t 一1 6 8 5 1 1 ) 1 0 0 ( 1 ) 2 、脱硫效率与c a s 摩尔比的关系呈现负指数增长规律，即 r s 0 2 - 1 0 5 9 0 8 e x p ( - m c ) ( 2 ) 3 、脱硫效率随循环倍率r 的关系式如下： 叩铂：一1 一。5 9 0 8e x p i 纠一! ! g 三j 掣尺i ( 3 ) 4 、锅炉床温与c a s 摩尔比、床温与循环倍率r 共同影响脱硫效率的关系 式如下： q s o , 一1 0 5 9 0 8 c x p k l ( o 5 ) i n ( 0 0 0 0 0 2 3 t2 0 0 4 0 3 0 5 t + 1 6 8 5 11 ) + 0 3 0 1 6 j ( 4 ) t s o 一1 0 5 9 0 8c x p 0 5 m ( 0 0 0 0 0 2 3 t 2 0 0 4 0 3 0 5 t + 1 6 8 5 1 1 ) 蚓卜学叫 o 西华大学颂十学位论文 将模型计算结果与试验数据进行比较，得到了很好的吻合，同时验证了试 验和模型的可靠性。鉴于脱硫一般都会对锅炉热效率产生影响，脱硫的同时对 锅炉热效率做了测试并与不脱硫时进行了比较，锅炉热效率稍有降低，但基本 不影响锅炉出力。最后，对锅炉的改造和脱硫进行了经济分析，为小型循环流 化床锅炉用户的发展提供了宝贵意见。 关键词：循环流化床锅炉，脱硫，试验，模型 西华大学硕上学位论文 e x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho nd e s u l f u r i z a t i o no f s m a l l - s c a l ec i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e db o i l e r p o w e rm a c h i n e r ya n de n g i n e e r i n g m d c a n d i d a t e ：z h a ox i u - j u a nt u t o r s ：g uj i n c h u a n g u a ny o n g l i n w i t ht h ei n c r e a s i n g l ys t r i n g e n tr e q u i r e m e n t so ne n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，i ti s p a r t i c u l a r l yi m p o r t a n t t or e d u c et h ee m i s s i o n o f s 0 2f o r t h ep r o t e c t i o no f e n v i r o n m e n t w i t hi t sh i 【g l ie f f i c i e n c ya n dl o w p o l l u t i o nc o m b u s t i o n ，t h et e c h n o l o g y o fc i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e dh a sb e e np o p u l a ra l lo v e rt h ew o r l d t h ec o m b u s t i o n t e c h n o l o g yo fc i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e di sb o u n dt ob e c o m et h ee m p h a s i si nt h e d e v e l o p m e n to fc o a l - f i r e dt e c h n o l o g yi nt h ef u t u r en om a t t e rf r o mt h ec o m p a r i s o no f a l lk i n d so fc l e a nc o a lc o m b u s t i o nt e c h n o l o g i e so rf r o mt h ec u r r e n td e v e l o p m e n t s t a t u so fc h i n a se c o n o m i c a ld e v e l o p m e n t t h e r e f o r e i n d e p t hs t u d yo nc i r c u l a t i n g f l u i d i z e db e dd e s u l f u r i z a t i o nh a sp r a c t i c a la n df a r r e a c h i n gs i g n i f i c a n c eo ne n e r g y c o n s e r v a t i o na n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o no fc h i n a t h r o u g hc o m b i n i n gw i t ht h eb o i l e rr e c o n s t r u c t i o np r o j e c t ( r e c o n s t r u c t i o no f 1 5 t hc i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e db o i l e ro fl u z h o ul a o j i a o ) u n d e r t a k e nb ys i c h u a n p r o v i n c i a le n e r g yc o n s e r v a t i o nt e c h n o l o g ys e r v i c ec e n t r e ，e x p e r i m e n t a lr e s e a r c h o nd e s u l f u r i z a t i o ni sc a r r i e do u t n eo p t i m a lo p e r a t i n gt e m p e r a t u r e ( 8 9 0t o9 0 0 c ) ， c a sm o l a rr a t i o ( 1 9 ) a n dc i r c u l a t i n gr a t i o ( 1 5 ) a l eo b t a i n e d ，w h i c hp r o v i d e f a v o r a b l er e f e r e n c e sf o rt h ed e s u l f u r i z a t i o no fs m a l l s c a l ec i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e d b o i l e r b yi n t e g r a t i n gt h ep r e v i o u sr e s e a r c h e s ，t h em a t h e m a t i c a lm o d e lf o r t h e v a r i a t i o no fd e s u l f u r i z a t i o ne f f i c i e n c yo fs m a l l s c a l ec i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e db o i l e r w i t ht e m p e r a t u r e ，c a sm o l a rr a t i oa n dc i r c u l a t i n gr a t i oi se s t a b l i s h e d a c c o r d i n gt ot h ev a r i a t i o nc u r v eo fd e s u l f u r i z a t i o ne f f i c i e n c yw i t ht h e i n f l u e n c e so fb o i l e ro p e r a t i n gb e dt e m p e r a t u r e ，t h ef o l l o w i n gf o r m u l ai so b t a i n e d ： r s o ，一( - 0 0 0 2 3t 。+ 4 0 3 0 5t 一1 6 8 5 1 1 ) 1 0 0( 1 ) 1 n h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ed e s u l f u r i z a t i o ne f f i c i e n c ya n dc a sn e g a t i v e e x p o n e n t i a lg r o w t h ，t h a ti s ， ，：s 0 2 1 0 5 9 0 8e x p ( - m e ) ( 2 ) 1 1 圮r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ed e s u l f u r i z a t i o ne f f i c i e n c ya n dt h ec i r c u l a t i n gr a t i o ri s ：。 叩：- 1 一。5 9 0 8e x pi 疗纠一! ! g ；三秽尺l ( 3 ) u n d e rt h ej o i n ti n f l u e n c eb yb o i l e rb e dt e m p e r a t u r eta n dc a sm o l a rr a t i o ， b e dt e m p e r a t u r eta n dc i r c u l a t i n gr a t i or ，t h ed e s u l f u r i z a t i o ne f f i c i e n c yw i l lb e ： 两华大学硕十学位论文 1 0 5 9 0 8 e x p c ( o 5 ) l n ( 0 0 0 0 0 2 3 t ：0 0 4 0 3 0 5 t + 1 6 8 5 1 1 ) + 0 3 0 1 6 j ( 4 ) ，7 5 d ：= i - 0 5 9 0 8e x p 0 5i n ( 0 0 0 0 0 2 3t 2 - 0 0 4 0 3 0 5t + 1 6 8 5 11 ) + 。3 。1 6 ，【彳y 一 3 1 2 5 r a i i | s y ( 5 ) af i n em a t c hi so b t a i n e dt h r o u g hc o m p a r i n gb e t w e e nt h er e s u l t sc a l c u l a t e db y t h em o d e la n dt h et e s t i n gd a t e ，a n dt h er e l i a b i l i t yo ft h et e s t sa n dm o d e l si sv e r i f i e d i nv i e wo fi n f l u e n c e st ob o i l e re f f i c i e n c yb yd e s u l f u r i z a t i o n t h et h e r m a le f f i c i e n c y o ft h eb o i l e rw a st e s t e dd u r i n gt h ep r o c e s so fd e s u l f u r i z a t i o n t h et e s t e dr e s u l ti s c o m p a r e dw i t ht h eo n en o tu n d e rd e s u l f u r l z a t i o n t h et h e r m a le f f i c i e n c yo ft h e b o i l e rs l i g h t l yd e c r e a s e d ，b u tt h eo u t p u to ft h eb o i l e ri sn o ta f f e c t e db a s i c a l l y f i n a l l y ， e c o n o m i ca n a l y s i so ft h eb o i l e rt r a n s f o r m a t i o na n dd e s u l f u r i z a t i o ni sc a r r i e do u t a n d v a l u a b l ea d v i c e sa r ep r o v i d e df o r t h ed e v e l o p m e n to fs m a l l s c a l e c i r c u l a t i n g f l u i d i z e db e db o i l e r k e yw o r d s ：c i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e db o i l e r , d e s u l f u r i z a t i o n ，t e s t ，m o d e l 西华人学硕，f ：学位论文 符号表 主要符号表 意义 反应速度常数 温度 c 0 2 平衡分压 平衡温度 通用气体常数 活化能 硫酸盐化反应的本征反应速度常数 颗粒外表面的气模传质系数 内孔扩散的有效扩散系数 反应界面距颗粒表面的距离 额定蒸发量 额定蒸汽压力 额定蒸汽温度 给水温度 捧污率 冷空气温度 风机送风量 进口处过量空气系数 出口处过量空气系数 平均过量空气系数 水蒸气体积 干烟气体积 烟气体积 r 0 2 气体分压力 水蒸气分压力 5 9 靴如kk一州一 一 一 一 恤胁枷一 一 一帆帆帆一 一 糊k t 凡l r e k k 队九d p 。 k p k q r 矿 咖 嘶 两华人学硕l j 学位论文 意义 三原子气体总压力 烟气重量 飞灰份额 飞灰含碳量 烟气密度 飞灰浓度 石灰石与煤的密度比 石灰石的密度 煤的密度 石灰石的质量流率 煤的质量流率 第一次测量的s t h 浓度 第二次测量的s 0 2 浓度 气体分子量 测定的体积浓度值 压差 循环倍率 修正系数 修正系数 q 临摩尔比 炉内循环物料量 新入炉的煤量 分离效率 排灰中的含碳量 颗粒直径 旋风分离器效率为5 0 时对应的颗粒直径 煤质的低位发热量 靴 一 魄 一 蜘魄一 一 一 一 一 肿肿 一 一 h 一 一 一 一 咖啦 一 m m 帆 错，gqf脚叫m胂廿r a m c b q 如 两华大学硕i ：学位论文 意义 颗粒中c a c 0 3 的纯度 c a c 0 3 中c a 的含量 s 的分子量 煤中含硫量 c a 的分子量 1 k g 燃料完全燃烧后产生的s 0 2 的质量 s 0 2 原始排放浓度 1 l 【g 燃料完全燃烧后产生的烟气量 实测s 0 2 的浓度 脱硫效率 初投资 设备初投资 建设周期利息 第一年投资比例 第二年投资比例 第三年投资比例 银行利息 运行维护费用 脱硫成本 年平均化系数 厂锅炉脱硫寿命年限 年脱硫成本 每脱1 吨s 0 2 费用 年脱除s 0 2 的总量 6 1 靴 一 一 一 一 一 蚝 耐 帆 耐 一 而丽航一 一 一 一而一 一年朊掷吨 艏k k j 2 研吒 磕口 r r r m 赴幻；y f a n f c 旷 西华大学硕士学位论文 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。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，也不包含为获得西华大学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。 本学位论文成果是本人在西华大学读书期问在导师指导下取得的，论文成 果归西华大学所有，特此声明。 作者签名： 导师签名： 导师签名： 岁月矽日 b 月够日 彦月日 西华人学硕士学位论文 西华大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅，西华大学可以将本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、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书； 2 、不保密叼，适用本授权书。 ( 请在以上口内划4 ) 学位论文作者签名：五彦龟 指导教师签 日期：撕罗箩、节 日期： 西华大学硕j ：学位论文 l 绪论 1 1 本文选题的目的与意义 随着经济的不断发展，能源与环境之间的矛盾越来越突出，已经成 为世界各国普遍关注的焦点。我国作为世界第二大能源生产与消费国， 经济发展面临着能源供应与环境保护的双重压力，能源与环境问题已成 为制约我国可持续发展的关键因素。 我国能源储备的特点是煤炭资源丰富，石油、天然气资源相对不足， 能源消费结构也基本与之趋同。近年来随着工业的不断发展和人民生活 水平的不断提高，对蒸汽动力、供热采暖和电力的需求量也越来越大， 煤炭的消耗量也一直呈逐年增长的趋势，2 0 0 7 年煤炭消耗量为2 5 8 亿吨， 有研究表明，按照我国目前的能源政策，到2 0 1 0 年和2 0 2 0 年一次性能 源供应结构中煤仍将分别占6 8 3 和6 3 1 ( 煤炭消耗总量将达到3 3 亿 吨) 。预计到2 0 5 0 年煤炭仍然会占据我国能源消耗总量的6 6 1 1 , 2 j 。在 未来相当长的时间内，我国以煤炭为主的能源生产和消费结构不会有根 本性的变化。 我国以煤炭为主的能源消费结构造成了大气环境质量的严重恶化。 煤炭的利用方式主要是燃烧，然而我国s 0 2 排放的9 0 、n o x 的6 0 、 c 0 2 的8 5 、t s p ( 可吸入物) 的7 0 来源于煤炭的直接燃烧，我国的 s 0 2 排放居全球第一、c 0 2 排放很快将超过美国居全球第一【3 1 。s 0 2 和n o x 与氧化性物质0 2 、h 2 0 2 及其它自由基进行化学反应，生成硫酸和硝酸， 最终形成p h 值小于5 6 的酸性降雨( 即酸雨) 返回地面，它们约占酸雨 总量的9 0 以上。自上世纪六七十年代以来成为世界各国污染控制研究 重点1 4 ，5 1 。相关s 0 2 排放总量的统计表明1 6 j ，自1 9 8 0 年以来我国s 0 2 排放 量持续增长，且总排放量巨大，至2 0 0 0 年总排放量已超过1 9 9 5 万吨。 比1 9 9 9 年增长了7 4 。随着煤炭消耗量的增加，s 0 2 排放势必继续增加， s 0 2 污染控制形势严峻。根据2 0 0 2 年环境统计，中国每燃烧1 亿t 标准 煤排放s 0 2 1 1 5 万t 。据此推算，到2 0 2 0 年燃煤产生的s 0 2 排放量将达到 2 7 5 0 万t - - 一3 5 6 0 万t 。初步研究表明，中国s 0 2 的环境容量只有1 2 0 0 万t 。 两者差距预示着今后我国将面临艰巨的环境保护任务。 l 西华人学硕l - 学位论文 因此国家在1 9 9 6 年制定了环境空气质量标准( g b 3 0 9 5 1 9 9 6 ) 1 7 1 ，二氧化 硫的排放要求见下表1 1 ，以控制污染指数( a p i ) 为指标，我国城市空气质量 日报分级标准中的二氧化硫限值见下表1 2 。 表1 - 1 ( g b 3 0 9 5 1 9 9 6 ) 二氧化硫的排放要求 t a b l e l - - 1 ( g b 3 0 9 5 1 9 9 6 ) e m i s s i o nr e q u i r e m e n t so fs 0 2 表1 2 以( a p i ) 为指标我国城市空气质量日报分级标准中的二氧化硫限值 t a b l e l - 2l i m i tv a l u e so fs 0 2i nd a i l yr e p o r t e dg r a d i n gs t a n d a r do f w i t ha p ia sa ni n d e x 污染指数( a p i )5 01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 0 墨9 型! 坚堡逍! q ：堕一q ：! 主 堡墨! ：垒至：!至：鳇 s 0 2 污染主要来源于锅炉和内燃机等设备中煤、石油、天然气等化石燃料 的燃烧过程，是电力、化工及交通运输业排放的重要污染物之一，但目前中国 s 0 2 控制的主要对象应是燃煤电站锅炉以及工业锅炉。 随着我国s 0 2 污染的加剧，我国近年来逐步加强了对燃煤电站锅炉 s 0 2 排放的控制。1 9 9 6 年发布的 火电厂大气污染物排放标准中，s 0 2 的最高排放标准【4 】如表1 3 ，环保法规的加强促进了s 0 2 控制技术的发展。 表1 3s 0 2 的晟高排放标准( m g m 3 ) t a b l e l 3m a x i m u me m i s s i o ns t a n d a r do fs o ， 燃料所含硫分 1 o 最高允许排放量 2 1 0 0 1 2 0 0 随着低s 0 2 燃烧技术、烟气脱除s 0 2 控制技术的快速发展，目前对 燃煤电站锅炉已形成了多种s 0 2 排放控制技术。燃煤锅炉通过燃烧改造、 2 两华人学硕t ：学位论文 低s 0 2 燃烧器和烟气再循环等措施对污染排放进行了治理。 相对燃煤电站锅炉而言，工业锅炉的s 0 2 控制也受到重视，g b 1 3 2 7 1 2 0 0 1 锅炉大气污染物排放标准对s 0 2 作出了明确规定。 表1 - 4 锅炉二氧化硫和氮氧化物最高允许排放浓度 t a b l e l - 4m a x i m u m a l l o w a b l ee m i s s i o no fs u l f u rd i o x i d e a n d n i t r o g e n o x i d e s f r o m b o i l e r 锅炉类别 适h 区域s 蒋腑：i m 时g 段m 3 川( ：1 嚣浓度锰m 时g 段m 3 我国煤炭的7 0 消耗于锅炉窑炉，工业锅炉( 窑炉) 技改也是我国“十一 五一十大重点节能工程的头号工程。工业锅炉是我国重要的热能动力设备，目 前我国现有工业锅炉约6 0 万台，年耗煤量约4 亿吨，是仅次于电站锅炉的耗煤大 户。由我国的能源消费结构决定，在未来相当长的一段时间内，燃煤中小型工 业锅炉仍将是我国工业锅炉的主流。我国工业锅炉中中小型c f b 锅炉( 单台蒸 发量1 0 - 7 5 t h ) 数量多、分布广，其排放的s 0 2 难于集中处理，排放的s 0 2 占污 染物比重份额也很大。因此，研究中小型c f b 锅炉s 0 2 控制有重要意义。 目前针对中小型锅炉的s 0 2 脱除技术发展相对落后，虽然有部分中小型锅 炉采用循环流化床技术进行了改造，但是仍然还有很大一部分中小型锅炉没有 采取任何s 0 2 排放控制措施。目前大多数中小型锅炉都没有预留s 0 ：脱除的改造 空间，在工程上实现s o ：脱除改造方面有一定的难度。已有脱除s o ：技术大多应 用于燃煤电站锅炉，在中小型c f b 锅炉上尚缺少应用实例。虽然目前尚未对中 小型c f b 锅炉的s o ：排放进行限制，但随着环保要求日益严格，以及达到减少 s 0 2 污染保护环境的目的，开发适用于中小c f b 锅炉的低成本高效率s o ：排放控 制技术势在必行，国家对此也高度重视。为此，需要从经济性、s o ：脱除效率 以及工程实现的难易程度等方面考虑，对现有的s o ：脱除技术进行综合分析， 选取合适的s o ：排放控制技术来应用于中小型c f b 锅炉的改造。 3 西华火学硕 ：学位论文 1 2 脱硫技术现状 s 0 2 控制技术的研究从2 0 世纪初至今已有9 0 多年的历史。自2 0 世纪6 0 年代起，一些工业化国家相继制定了严格的法规和标准。限制煤炭燃烧过程中 s 0 2 等污染物的排放。这一措施极大地促进了s 0 2 控制技术的发展。进入7 0 年 代以后，s 0 2 控制技术逐渐由试验阶段转向应用性阶段。据美国环保署( e p a ) 1 9 8 4 年统计，世界各国开支、研制、使用的s 0 2 控制技术已达1 8 4 种，而目前 的数量已超过2 0 0 种。这些技术概括起来可分为三大类：燃烧前脱硫、燃烧中 脱硫及燃烧后脱硫( 即烟气脱硫f g d ) 。 1 2 1 燃烧前脱硫 燃烧前脱硫技术【3 】主要包括煤炭的沈选，煤炭转化( 煤气化、液化) 、水煤 浆技术。 洗选煤是采用物理、化学或生物方式对锅炉使用的原煤进行清洗，将煤中 的硫部分除掉，使煤得以净化并生产出不同质量、规格的产品。其中煤的物理 净化技术是目前世界上应用最广泛的燃烧前脱硫技术，该法可以从原煤中除去 泥土、页岩和黄铁矿硫。物理方法工艺简单，投资少，操作成本低，但不能脱 除煤中有机硫，对黄铁矿硫的脱除率在5 0 左右。化学法脱硫多数针对煤中有 机硫，主要利用不同的化学反应，包括生物化学反应，将煤中的硫变为不同形 态的硫而使之分离。微生物脱硫技术虽然从本质上讲也是一种化学法，它是把 煤粉悬浮在含细菌的气泡液中，细菌产生的酶能促使硫氧化成硫酸盐，从而达 到脱硫的目的。煤的气化，是指用水蒸气、氧气或空气作氧化剂，在高温下与 煤发生化学反应，生成h 2 、c o 、c h 4 等可燃混合气体( 称作煤气) 的过程。 煤炭液化是将煤转化为清洁的液体燃料( 汽油、柴油、航空煤油等) 或化工原 料的一种先进的洁净煤技术。水煤浆( c o a lw a t e rm i x t u r e ，简称c w m ) 是将灰 分小于1 0 ，硫分小于0 5 、挥发分高的原料煤研磨成2 5 0 u m - - 3 0 0 比m 的细 煤粉，按6 5 - 7 0 的煤、3 0 3 5 的水和约1 的添加剂的比例配制而成。 1 2 2 燃烧中脱硫 燃烧过程中脱硫【1 l 主要是指当煤在炉内燃烧的同时，向炉内喷入脱硫剂( 常 用的有石灰石、白云石等) ，脱硫剂一般利用炉内较高温度进行自身煅烧，煅烧 4 两华人学硕j 二学位论文 产物( 主要有氧化钙、氧化镁等) 与煤燃烧过程中产生的s 0 2 、s 0 3 反应，生 成硫酸盐和亚硫酸盐，以灰的形式排出炉外，减少s 0 2 、s 0 3 向大气的排放， 从而达到脱硫的目的。燃烧过程中脱硫反应温度较高，一般在8 0 0 1 2 5 0 的范围内，在这一温度下，其反应过程可用以下两段化学反应式来表示。 ( 1 ) 脱硫剂的煅烧分解反应： 石狄石： c a c o ，呻c 口d + c d ， 【1 1 ) 消石灰：c a ( 0 h ) ，一c a o + h ，o ( 1 2 ) 白云石： c a c 0 3 m g c 0 3 呻c a o + m g o + 2 c d 2( 1 3 ) 硫化反应： 口d + s 0 2 c a s o ， ( 1 2 c a s 0 3 + d 2 - 2 c a s 0 4 ( 1 5 ) 2 c a o + 2 s 0 2 + d 2 - 2 c a s 0 4 、 ( 1 - 6 ) 少量s 0 3 在重金属盐的催化下直接与c a o 反应生成c a s 0 4 ，即 c a o + s 0 3 一c a s 0 4( 1 7 ) 煤燃烧中脱硫技术i 邶l 主要有以下几种： ( 1 ) 型煤固硫技术 固硫型煤是有沥青、石灰、电石渣、无硫纸浆黑液等做黏结剂，将粉煤经 机械加工成一定形状和体积的煤制品。将粉煤加工成型煤，比燃烧散煤节约能 源2 4 - - 2 7 ，减少烟尘排放量7 4 - 9 0 ，加入适量的固硫剂，燃烧时s 0 2 的排放比燃烧散煤时减少一半以上。型煤燃烧技术对于占工业锅炉总量7 0 以 上层燃式锅炉及工业窖炉的有害物质排放能起到一定的治理作用，是实现工业 炉窖高效、清洁燃烧的一个大有希望的方向。在我国，民用型煤( 蜂窝煤、煤 球) 加工已有成熟技术，但工业型煤技术的发展比较缓慢，其技术开发仍处于 分散的低水平重复状态，对于其推广缺乏有效的组织管理。 ( 2 ) 煤粉炉直接喷钙脱硫技术 在煤粉炉中，脱硫剂选择温度较低的区域( 炉膛上方) 喷入，由于煤粉炉 内直接喷钙脱硫技术的脱硫效率没有湿法烟气脱硫高，故它曾在较长一段时间 内没有得到工业应用。目前，些国家，特别是发展中国家的有关环保法令只 要求对燃煤排放的s 0 2 有中等程度的排除，这项技术所具有的投资省、装置简 单、便于改造、能满足一般要求的特点越来越受到人们的关注。单纯的炉内直 5 两华人学硕士学位论文 接喷钙脱硫效率只能达到3 0 - 4 0 左右，若再与尾部活化器增湿或在脱硫中 添加催化剂等技术相结合，如l i f a c 技术，其脱硫效率可达7 0 以上，因此具 有广阔的发展前景。 ( 3 ) 流化床燃烧脱硫技术 流化床燃烧脱硫技术包括常压鼓泡流化床( b f b ) 、常压循环流化床( c f b ) 、 增压鼓泡流化床燃烧技术与增压循环流化床( p c f b ) 燃烧技术。 c f b 燃烧技术是最近发展起来的一种有效的燃烧方式，它具有和煤粉炉相 当的燃烧效率，并且由于其燃烧温度低( 8 5 0 c - - 9 5 0 ) ，正处于炉内的最佳温 度段，因此在不需增加设备和较低的运行费用下就能清洁地利用高硫煤。特别 是烟气分离再循环技术的应用，相当于提高了脱硫剂在床内的停留时间，也提 高了床内脱硫剂浓度，同时床料间，床料与床壁间的磨损、撞击使脱硫剂表面 产物层变薄或使脱硫剂分裂，有效地增加了脱硫剂的反应比表面积，使脱硫剂 的利用率得到相应的提高。稳定运行时的c f b 炉燃烧脱硫效率可达9 0 以上。 该技术现已在国内外得到广泛的应用，大型化是当前c f b 锅炉的主要发展方 向。 p c f b 燃烧技术的出现主要是为了使其能与燃气轮机配套，组成联合循环 机组( p f b c - c c ) ，以提高整个热力循环的效率，一般而言，p f b c 机组效率在 3 8 4 2 左右，脱硫效率在9 1 以上，同时还具有较强的脱硝能力，因此它 也引起了人们的极大兴趣。 2 0 世纪6 0 年代初，我国开始研究和开发c f b 燃烧锅炉，至今已经经历了 4 个阶段【4 1 。第一阶段，研究开发中小型流化床工业锅炉，当前全国的用量达 3 0 0 0 多台。第二阶段，研究开发电站用c f b 锅炉，目前1 2 5 m w 机组的c f b 锅炉国产化技术已完全成熟。2 0 0 2 年1 0 月1 9 日，保定热电厂4 5 0 t h 国产c f b 炉并网发电一次成功，河南新乡、开封电厂的4 4 0 t h 国产c f b 机组已于2 0 0 3 年2 月并网发电。建成的1 2 5 m w 等级机组的c f b 锅炉已超过3 0 台，国产技 术的2 0 0 m wc f b 锅炉示范工程已经建成，四川白马电厂3 0 0 m w 引进的c f b 锅炉机组至今已成功运行三年多，引进技术消化设计的国产3 0 0 m wc f b 锅炉 机组已在广东梅县和河北秦皇岛成功运行两年，引进技术消化设计的国产 6 0 0 m wc f b 锅炉机组已在四川白马电厂开工建设。第三阶段，研制煤气与蒸 6 两华大学硕士学位论文 汽联产锅炉，1 9 9 4 年投入运行了1 台3 5 t l l 的示范锅炉。第四阶段，研制以流 化床气化和燃烧为基础的p f b c 联合循环发电技术，已在徐州贾望电厂示范成 功。 1 2 3 燃烧后脱硫 燃烧后脱硫1 3 , 8 , 9 j ( 即烟气脱硫f g d ) 一般就是以一种碱性物质作为s 0 2 的 吸收剂( 即脱硫剂) ，将s 0 2 转化成为对大气无污染的硫酸盐或亚硫酸盐的形 式。目前，世界各国对烟气脱硫都非常重视，已开发了数十种行之有效的f g d 技术，烟气脱硫是世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方法，是当前控制酸雨 和二氧化硫污染最为有效和主要的技术手段。 根据吸收剂及脱硫产物在脱硫过程中的干湿状态将脱硫技术分为湿法、干 法和半干( 半湿) 法。湿法f g d 技术是用含有吸收剂的溶液或浆液在湿的状态 下脱硫和处理脱硫产物。该法具有脱硫反应速度快、c a s 低、设备简单、运行 可靠、脱硫效率高等优点，但普遍存在腐蚀严重、烟温降低不利于扩散、工艺 较复杂、占地面积大、投资和运行维护费用高及易造成二次污染等问题。干法 f g d 技术的脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行。该法具有工艺较简单、投 资一般低于传统湿法、无污染废酸排出、脱硫产物为干粉状易于处理、设备腐 蚀程度较轻、烟气在净化过程中无明显降温、净化后烟温高、利于烟囱排气扩 散等优点，但存在脱硫效率低，反应速度较慢、设备庞大等问题。干法烟气脱 硫技术由于能较好地回避湿法烟气脱硫技术存在的腐蚀和二次污染等问题，近 年来得到了迅速的发展和应用。半干法f g d 技术兼有干法和湿法的一些特点， 指脱硫剂在干燥状态下脱硫、在湿状态下再生( 如水洗活性炭再生流程) ，或者 在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物( 如喷雾干燥法) 的烟气脱硫技术。 特别是在湿状态下脱硫干状态下处理脱硫产物的半干法，以其既有湿法脱硫反 应速度快、脱硫效率高的优点，又有干法无污水废酸排出、脱硫后产物易于处 理的优势而受到人们广泛的关注。以脱硫产物的用途为依据，分为抛弃法和回 收法。另外，有的也按脱硫剂的种类分为以下几种：钙法、镁法、钠法、氨法、 炭法和其他等。 7 西华大学硕十学位论文 1 3 循环流化床燃烧脱硫技术简介 近些年来人们开始推广和应用循环流化床烟气脱硫工艺( c f b f g d ) 。这 种工艺以循环流化床原理为基础，通过对吸收剂的多次再循环，延长吸收剂与 烟气的接触时间，提高了吸收剂的利用率和脱硫效率。循环流化床脱硫工艺使 床内达到一种激烈的湍流状态从而加强了吸收剂对二氧化硫的吸收。高温烟气 在湍流床内与石灰石很好的混合，二氧化硫被吸收后转变成为钙的亚硫酸盐和 少量硫酸盐，反应后的固体颗粒物从床中移走。强烈的湍流状态以及高度颗粒 循环比提供了连续的颗粒接触，颗粒之间的碰撞使得吸收剂表面的反应产物不 断的磨损剥落，从而避免了孔堵塞造成的吸收剂活性下降。新的吸收剂表面连 续暴露在气体中，强化了床内的传质和传热。循环流化床的低温燃烧也是最佳 的脱硫温度。 随着人们对环境保护问题的日益重视，各国对s 0 2 排放的控制也更加严格， 我国自2 0 0 4 年1 月1 日起执行新的火电厂污染物排放标准，已把火电厂s 0 2 最高允许排放浓度由原来的8 0 0m g m 3 一1 2 0 0 m g m 3 降低到了4 0 0 m g m 3 。这种 现状要求循环流化床燃烧技术具有更高的脱硫效率以及低脱硫剂耗量的脱硫性 能，这也是目前循环流化床燃烧技术的发展方向之一。 1 3 1 国外循环流化床脱硫技术的发展 1 9 2 1 年，德国人f r i t z w i n k l e r 的一个小型实验标志着流态化技术的开端， 该装置1 9 2 2 年获得专利1 1 0 l 。最早流化床的工业化应用是德国开发的第一个粉 煤流态化气化装置一温克勒气化炉，后来用于石油加工、矿石陪烧等1 1 1 】。由于 流化床具有很高的传热效率，温度分布均匀，气固相有很大的接触面积，因而 大大强化了操作，简化了流程。目前来看，无论化学过程还是物理过程，无论 催化反应还是非催化反应，无论是吸热过程还是放热过程，都可采用流态化技 术强化相互间的接触、传热和传质。 烟气循环流化床脱硫工艺( c f b f g d ) 最早是由德国鲁奇集团能捷斯比晓 夫( l u r g il e n t j e sb i s c h o f f ，简称u 卫公司) 在2 0 世纪7 0 年代开发的。自1 9 8 0 年以来，已有八台这种装置在德国和瑞士投入运行。由于它具有系统简单、性 能优良、占地面积小以及投资费用较省等特点，目前它己在一定程度上代替喷 8 西华大学硕l 学位论文 雾干燥法( s d a ) 被广泛采用。在国际上该技术被普遍认为是最有发展前途的 脱硫技术之一。世界上主要的技术供应商有u ( 德国) 、w u l f f ( 德国) 、 f l sm i l j ( 丹麦) 、a b b ( 瑞士) 等。已经建成的c f b f g d 机组容量超过3 0 0 0 m w e ， 最大的机组容量为3 0 0 m w e 1 2 j 。也逐渐形成了几种典型的脱硫工艺1 1 3 j 。 1 3 1 1 鲁奇( l u r g i ) 公司的c f b f g d 技术 德国h 哂公司的c f b f g d 系统主要设备为流化床反应器、带有特殊预除 尘装置的电除尘器和水及蒸汽喷入装置。主要特点是床内的脱硫剂、脱硫产物、 烟气之间互相混合、传热、传质十分强烈；9 8 的床料参与循环，使脱硫剂与 烟气接触时间增加，从而提高脱硫剂的利用率，可满足3 0 1 0 0 的锅炉负荷 波动。另外其工艺过程简单，整个控制策略用d c s 或p l c 系统实现，设有温 度控制回路、脱硫剂控制回路和循环灰控制回路三个主要控制回路。 1 3 1 2 回流式c f b f g d 技术 德国w u l f f 公司的回流式烟气循环流化床工艺是在鲁奇公司的烟气循环流 化床工艺基础上研究开发的，简称r c f b ( r e f l u xc i r c u l a t i n gf l u i d i z e dn e d ) 。系 统主要由吸收剂制备，吸收塔，吸收剂再循环系统，除尘器以及控制设备几个 部分组成。 与h 晒公司的c f b 相比，该工艺主要在吸收塔的流场设计和塔顶结构上 做了较大改进。使得吸收塔内烟气和吸收颗粒向上运行的过程中，有一部分颗 粒在塔内回流。由于在塔内造成一定程度的紊流状态，增加了烟气与吸收剂的 接触时间。在外部循环同时存在的情况下，脱硫性能得到强化，脱硫过程得到 了极大的改善，提高了吸收剂的利用率和脱硫效率。同时，反应塔的回 流还大大降低了反应塔出口烟尘浓度，r c f b 吸收塔的内部回流的固体物料约 为外部再循环物料的3 0 - - 一5 0 ，这样与一般的烟气c f b 脱硫相比，出口烟尘 浓度可降低1 5 , - 3 0 。由于出口烟尘浓度的降低，使得下游的除尘器设计简 化，在r c f b 工艺中取消了h r 西公司c f b 中的机械预除尘器，这不但简化工 艺，节省了投资，而且由于外部灰循环量的减少也降低了运行费用。 1 3 1 3 气体悬浮吸收脱硫技术 丹麦els m i t h 公司的气体悬浮吸收脱硫技术( g s a 系统) 是一种简单有 效的脱硫技术。工艺部分包括圆柱反应器、用于分离床料循环使用的旋风分离 9 两华大学硕士学位论文 器、石灰石制备系统( 包括喷浆用喷嘴) 三个主要部分。 气体悬浮吸收烟气脱硫技术和前两种工艺所不同的是该工艺不是喷干粉吸 收剂，而是把石灰浆液经喷嘴雾化后从吸收塔底部喷入烟气中，并在吸收塔中 保持悬浮湍动状态，边干燥边反应，干燥后的吸收剂颗粒经除尘器除下后返回 吸收塔循环利用，其中石灰颗粒在g s a 中大约能循环1 0 0 次左右。 含有脱硫灰和未反应完全的石灰的流化床床料在旋风分离器中分离，其中 9 9 的床料经调速螺旋装置送回反应器中循环，只有大约1 的床料作为脱硫灰 渣排出系统。脱硫灰的循环意味着未反应的石灰可以继续进行脱硫反应，且脱 硫灰的循环可以更好地分散雾化石灰浆，促进脱硫反应的进行【1 4 j 。 1 3 1 4 n i d 工艺 n i d ( 即n e wi n t e g r a t e dd e s u l p h u r i s a t i o nt e c h n o l o g y ) 是a b b 公司研制的 一种集除尘和脱硫于一体的综合工艺，n i d 工艺取消了制浆的系统，实行c a o 的消化及循环增湿一体化。这不仅克服了单独消化时出现的漏风、堵塞等问题， 而且消化时产生的蒸汽能用来增加烟气的湿度，有利于提高脱硫效率。此外， n i d 工艺尽可能少使用复杂的专用设备，使用专利设计的搅拌器，而不采用高 速旋转雾化器，也不采用需要压