循环流化床干法脱硫工艺描述-龙净.doc

循环流化床干法脱硫工艺描述-龙净 项目方案书 附件一 附件一 循环流化床干法脱硫工艺描述循环流化床干法脱硫工艺描述 附件一附件一 循环流化床干法脱硫工艺描述循环流化床干法脱硫工艺描述 1. 循环流化床干法脱硫系统循环流化床干法脱硫系统（CFBFGD）概述）概述 循环流化床干法脱硫循环流化床干法脱硫系统系统 （ ）概述概述 CFB FGD 烟气循环流化床干法脱硫技术是循环流化床干法烟气脱硫技术发明人- 世界著名环保公司德国鲁奇能捷斯德国鲁奇能捷斯公司公司（LLAG ）公司）公司具有世界先进水平的第五代循环 德国鲁奇能德国鲁奇能捷斯捷斯公司公司 （ ）公司公司 流化床干法烟气脱硫技术（CirculatingFluidizedBedFlueGasDesulphurization ，简称 CFB-FGD ），该技术是目前商业应用中单塔处理能力最大、脱硫综合效益最优越的一种 干法烟气脱硫技术。该技术已先后在德国、奥地利、波兰、捷克、美国、爱尔兰、中国、 巴西等国家得到广泛应用，最大机组业绩容量为最大机组业绩容量为 660MW 。简要介绍如下： 最大机组业绩容量为最大机组业绩容量为 发展历史发展历史 发展历史发展历史 德国鲁奇能捷斯（德国鲁奇能捷斯 （LLAG ）公司）公司是世界上最早从事烟气治理设备研制和生产的企业， 德国鲁奇能捷斯德国鲁奇能捷斯 （ ）公司公司 已有一百多年的历史（静电除尘器的除尘效率计算公式 多依奇公式，就是该公司的 工程师多依奇先生发明的）。LLAG 在上世纪六十年代末首先推出了循环流化床概念， 此后把循环流化床概念应用到四十多个不同的工艺。LLAG 在发明循环流化床锅炉的基 础上，首创将循环流化床技术（CFB ）应用于工业烟气脱硫，经过三十多年不断的完善 和提高，目前其循环流化床干法烟气脱硫技术居于世界领先水平。 LLAG 公司的循环流化床干法烟气脱硫技术（CFB-FGD ）的应用业绩已达已达 150 多台多台 已达已达 多台多台 套套，居世界干法脱硫业绩第一位。 套套 （90 年代初，全世界还只有LLAG 公司拥有循环流化床烟气脱硫技术。目前，全世 界除了直接转让鲁奇能捷斯公司的烟气循环流化床技术的公司外，其它所有的烟气循环 流化床脱硫技术均来自于鲁奇能捷斯公司90 年代初从鲁奇公司离开的个别职工所带走的 早期技术。） 2001 年10 月，福建龙净首家技术许可证转让LLAG 公司的CFB-FGD 技术； 1 福建龙净 项目方案书 2002 年底，福建龙净通过竞标获得山西华能榆社电厂山西华能榆社电厂 22300MW300MW 机组脱硫除尘岛总机组脱硫除尘岛总 山西华能榆社电厂山西华能榆社电厂 22300MW300MW 机组脱硫除尘岛总机组脱硫除尘岛总 包合同包合同，该项目已于2004 年10 月正式投入运行，2005 年7 月，华能国际委托东北电力 包合同包合同 科学院进行验收测试，各项技术指标均达到设计要求，使之成为中国同时也是世界上目 前最大的、真正运行的300MW 机组等级烟气循环流化床干法脱硫项目。2006 年4 月20 日，该项目顺利通过有关权威部门的鉴定，鉴定专家一致认为该技术在引进国外技术消 化、吸收的基础上再创新，开发的大型火电机组循环流化床烟气脱硫系统技术和成套装 置，总体技术水平达到国际先进，部分技术国际领先。 特别是2007 年11 月，龙净环保成功承揽华能邯峰电厂一期华能邯峰电厂一期 22660MW660MW 机组烟气脱硫机组烟气脱硫 华能邯峰电厂一期华能邯峰电厂一期 22660MW660MW 机组烟气脱硫机组烟气脱硫 技改工程技改工程，该项目现已正式启动。中国国家科技部在中国环保总局的推荐下，已经将 技改工程技改工程 600MW 机组等级配套的半干法烟气脱硫工艺，列为中国 “十一五“十一五”期间的期间的“863863”重点重点 “十一五十一五”期间的期间的 “863863”重点重点 研究课题研究课题。 研究课题研究课题 龙净自承揽的榆社电厂2 300MW 机组循环流化床干法脱硫项目成功投运以来，已 承接了包括华能邯峰电厂一期 2 660MW 机组机组烟气脱硫技改工程、华能榆社电厂一期 机组机组 2100MW 机组两炉一塔机组两炉一塔以及出口巴西、巴西、印度印度在内的近六十台套烟气循环流化床干法脱 机组机组两炉一塔两炉一塔 巴西巴西、印度印度 硫系统工程合同。 工艺流程及原理说明工艺流程及原理说明 工艺流程及原理说明工艺流程及原理说明 一个典型的CFB-FGD 系统由预电除尘器、吸收剂制备及供应、脱硫塔、物料再循环、 工艺水系统、脱硫后除尘器以及仪表控制系统等组成，其工艺流程见图1-1： 2 福建龙净 项目方案书 图图 1-1. CFB-FGD 工艺流程示意图工艺流程示意图 图图 工艺流程示意图工艺流程示意图 首先从锅炉的空气预热器出来的烟气温度一般为120180左右，通过预除尘器后 从底部进入脱硫塔（当脱硫渣与粉煤灰须分别处理时，设置预除尘器，提高粉煤灰的综 合利用），在此处高温烟气与加入的吸收剂、循环脱硫灰充分预混合，进行初步的脱硫 反应，在这一区域主要完成吸收剂与HCl 、HF 的反应。 然后烟气通过脱硫塔下部的文丘里管的加速，进入循环流化床床体；物料在循环流 化床里，气固两相由于气流的作用，产生激烈的湍动与混合，充分接触，在上升的过程 中，不断形成絮状物向下返回，而絮状物在激烈湍动中又不断解体重新被气流提升，形形 形形 成类似循环流化床锅炉所特有的内循环颗粒流成类似循环流化床锅炉所特有的内循环颗粒流，使得气固间的滑落速度高达单颗粒滑落， 成类似循环流化床锅炉所特有的内循环颗粒流成类似循环流化床锅炉所特有的内循环颗粒流， 速度的数十倍；脱硫塔顶部结构进一步强化了絮状物的返回，进一步提高了塔内颗粒的 床层密度，使得床内的Ca/S 比高达50 以上，SO 充分反应。这种循环流化床内气固两相 2 流机制，极大地强化了气固间的传质与传热，为实现高脱硫率提供了根本的保证。 在文丘里的出口扩管段设有喷水装置，喷入的雾化水用以降低脱硫反应器内的烟温， 使烟温降至高于烟气露点20 左右，从而使得SO 与Ca （OH ） 的反应转化为可以瞬间 2 2 完成的离子型反应。吸收剂、循环脱硫灰在文丘里段以上的塔内进行第二步的充分反应， 3 福建龙净 项目方案书 生成副产物 CaSO ?1/2H O ，此外还有与 SO 、HF 和 HCl 反应生成相应的副产物 3 2 3 CaSO ?1/2H O、CaF 、CaCl ?Ca OH ?2H O 等。 4 2 2 2 2 2 烟气在上升过程中，颗粒一部分随烟气被带出脱硫塔，一部分因自重重新回流到循 环流化床内，进一步增加了流化床的床层颗粒浓度和延长吸收剂的反应时间。 从化学反应工程的角度看，SO 与氢氧化钙的颗粒在循环流化床中的反应过程是一 2 个外扩散控制的反应过程，SO 与氢氧化钙之间的反应速度主要取决于SO 在氢氧化钙 2 2 颗粒表面的扩散阻力，或说是氢氧化钙表面气膜厚度。当滑落速度或颗粒的雷诺数增加 时，氢氧化钙颗粒表面的气膜厚度减小，SO 进入氢氧化钙的传质阻力减小，传质速率 2 加快，从而加快SO 与氢氧化钙颗粒的反应。 2 只有在循环流化床这种气固两相流动机制下，才具有最大的气固滑落速度。同时， 脱硫反应塔内能否获得气固最大滑落速度，是衡量一个干法脱硫工艺先进与否的一个重 要指标，也是一个鉴别干法脱硫工艺能否达到较高脱硫率的一个重要指标。当气流速度 大于10m/s 时，气固间滑落速度很小或只在脱硫塔某个局部具有滑落速度，要达到很高 的脱硫率是不可能的。 喷入的用于降低烟气温度的水，以激烈湍动的、拥有巨大的表面积的颗粒作为载体， 在塔内得到充分的蒸发，保证了进入后续除尘器中的灰具有良好的流动状态。 由于流化床中气固间良好的传热、传质效果，SO 全部得以去除，加上排烟温度始 3 ， 终控制在高于露点温度20 以上，因此烟气不需要再加热，同时整个系统也无须任何的 防腐处理。 净化后的含尘烟气从脱硫塔顶部侧向排出，然后转向进入脱硫后除尘器进行气固分 离，再通过引风机排入烟囱。经除尘器捕集下来的固体颗粒，通过除尘器下的脱硫灰再 循环系统，返回脱硫塔继续参加反应，如此循环。多余的少量脱硫灰渣通过气力输送至 4 福建龙净 项目方案书 脱硫灰库内，再通过罐车或二级输送设备外排。 在循环流化床脱硫塔中，Ca （OH ） 与烟气中的SO 和几乎全部的SO ，HCl ，HF 2 2 3 等完成化学反应，主要化学反应方程式如下： Ca OH +SO CaSO ?1/2H O+1/2H O 2 2 3 2 2 Ca OH +SO CaSO ?1/2H O+1/2H O 2 3 4 2 2 CaSO ?1/2H O+1/2O CaSO ?1/2H O 3 2 2 4 2 Ca OH +CO CaCO +H O 2 2 3 2 Ca OH +2HCl CaCl ?2H O （75）（强吸潮性物料） 2 2 2 （ ） 2Ca OH +2HCl CaCl ?Ca OH ?2H O （120） 2 2 2 2 Ca OH +2HF CaF +2H O 2 2 2 （从上述化学反应方程式可以看出，Ca OH 尽量避免在75左右与 HCl 反应） 2 龙净许可证引进龙净许可证引进的的 CFB-FGD 烟气脱硫技术烟气脱硫技术 龙净许可证龙净许可证引进引进的的 烟气脱硫技术烟气脱硫技术 龙净许可证引进LLAG 公司的CFB-FGD 烟气脱硫技术的工艺、结构特点如下： 1 采用专门的烟气循环流化床脱硫反应塔采用专门的烟气循环流化床脱硫反应塔，脱硫效率高脱硫效率高、系统可靠系统可靠、稳定稳定 采用专门的烟气循环流化床脱硫反采用专门的烟气循环流化床脱硫反应塔应塔，脱硫效率高脱硫效率高、系统可靠系统可靠、稳定稳定 塔内完全没有任何运动部件和支撑杆件，操作气速合理，塔内磨损小，没有堆积死 角，设备使用寿命长、检修方便。特别是由于通过进气结构的改进设计和增加了清洁烟 气再循环装置，使烟气负荷在40%110%变化范围内，均可保证塔内良好的气固混合和 充分的接触，无须在塔内增加絮流圈，保证了塔内不出现堆积死角。 由于设计选择最佳的操作气速，使得气固两相流在CFB 内的滑落速度最大，脱硫反 应区床层密度高，颗粒在脱硫塔内单程的平均停留时间长达40 秒左右（考虑循环倍率， 颗粒总的停留时间为60 分钟左右），烟气在塔内的气固接触时间高达8 秒以上，特别是 吸收剂以及循环物料与烟气之间具有最长的接触行程，是其它干法脱硫的两倍，使得脱 硫塔内的气固混合、传质、传热更加充分，优化了脱硫反应效果，从而保证了达到较高 5 福建龙净 项目方案书 的脱硫效率。 2 采用高压回流式水喷嘴直接向脱硫塔内喷水降温，采用高压回流式水喷嘴直接向脱硫塔内喷水降温，对负荷变化响应快对负荷变化响应快，保障保障后续后续 采用高压回流式水喷嘴直接向脱硫塔内喷水降温采用高压回流式水喷嘴直接向脱硫塔内喷水降温，对负荷变化响应快对负荷变化响应快，保障保障后续后续 除尘器可靠运行 除尘器可靠运行 除尘器可靠运行除尘器可靠运行 采用进口的回流式水喷嘴，具有喷水压力高、雾化效果好、耐磨损耐腐蚀等优点， 从高压水泵出来的工艺水通过高压回流式水喷嘴喷入脱硫塔内，烟气温度下降到脱硫反 应器所需要的最佳温度（高于烟气露点温度15以上）。当锅炉负荷变化时，所需的喷 水量也随之变化，此时通过水系统中的回流水调节阀来调节喷入脱硫塔内的水量，对负 荷变化响应快（几乎同步）。喷入塔内的水由于压力高、雾化效果好，瞬间气化后使得 塔内激烈湍动固物体不易粘结抱团，保证了后级除尘器的稳定可靠运行。 3 控制简单 控制简单 控制简单控制简单 CFB-FGD 技术的工艺控制过程主要通过三个回路实现（见图1-2），这三个回路相 互独立，互不影响。 图 1-2 CFBFGD 工艺控制回路图 a SO 排放控制：排放控制：根据脱硫塔进口SO 量控制石灰粉的给料量，脱硫塔出口的SO 2 排放控制排放控制： 2 2 浓度，则用来作为校核和精确地调节石灰粉给料量的辅助调控参数，以保证达到按要求 的SO 排放浓度。 2 6 福建龙净 项目方案书 b 温度控制：温度控制：为了促进消石灰和SO 的反应，通过向脱硫塔内喷水来降低烟气的温 温度控制温度控制： 2 度。同时为了防止结露和有利于烟气的排放扩散，通常选取的脱硫塔出口温度高于烟气 的露点温度1020 。 通过对脱硫塔出口温度的测定，控制回流式水喷嘴向脱硫塔内的喷水量，以使温度 降低到设定值。工艺水通过高压水泵以一定的压力注入，可以在CFB 运行过程中进行调 节。脱硫系统停止运行时，工艺水会自动停止注入。 加入脱硫塔的消石灰和水的控制是相对独立的，便于控制消石灰用量及喷水量，从 而使操作温度的控制变得更加容易。 c 脱硫塔的压降控制脱硫塔的压降控制：脱硫塔的压降由烟气压降和固体颗粒压降两部分组成（见图 脱硫脱硫塔的压降控制塔的压降控制： 1-3）。由于循环流化床内的固体颗粒浓度（或称固气比）是保证流化床良好运行的重 要参数，在运行中只有通过控制脱硫塔的压降来实现调节床内的固气比，以保证反应 器始终处于良好的运行工况。通过调节除尘器灰斗进入空气斜槽的物料量，控制送回脱 硫塔的再循环物料量，可保证脱硫塔压降的稳定，从而保证了床内脱硫反应所需的固体 颗粒浓度。 ?P2, total 无清洁烟气再循环无清洁烟气再循环 无清洁烟气再循环无清洁烟气再循环 有清洁烟气再循环有清洁烟气再循环 有清洁烟气再循环有清洁烟气再循环 ?P 1, total ?P2, gas P ? ?Psolids loading ?P 1, gas ?Pmin, gas 40% Boiler Load 100% Boiler Load Ug m/s 图 1-3 压降与烟气流速的关系图 7 福建龙净 项目方案书 ?P ： 烟气压降； ?Pmin，gas ： 最小空塔压降； ?Psolids loading ： 脱硫反应所需的颗粒负荷； ?P1 gas： 有清洁烟气再循环的空塔压降； ?P1 total： 有清洁烟气再循环的总压降； ?P2，gas ： 无清洁烟气再循环的空塔压降； ?P2，total ： 无清洁烟气再循环的总压降； Ug ： 烟气流速。 4 单塔处理能力大，单塔处理能力大，已有大型化的应用业绩已有大型化的应用业绩。 单塔处理能力大单塔处理能力大，已有大型化的应用业绩已有大型化的应用业绩。 4 3 通过采用一个塔内配置7 个文丘里管的结构，单塔理论上最高可处理28010 Nm /h 。 配置7 个文丘里单塔CFB-FGD 系统已在660MW 燃煤机组得到成功运行。 对于处理大烟气量的脱硫塔，如果采用单个文丘里喷嘴，仅仅机械地放大其尺寸， 并同时保持文丘里管的角度及其高度与直径的比率，则脱硫塔会造得很高，对于处理大 烟气量，在工程上将变得不可能。如果人为地降低脱硫塔的高度，则会减少烟气与固体 颗粒剧烈混合的反应区的有效高度，从而影响脱硫率。 为克服单个大文丘里喷嘴的局限，以便适于处理大烟气量，LLAG 公司创造性地设 计了一种入口为 7 个文丘里喷嘴的脱硫塔，其优点：一是减少单个喷嘴的高度和自由射 流区（由进入脱硫塔底部的原烟气形成）的长高，由于在自由射流区内颗粒物的含量较 低，减少其长度，可增大有效反应空间；二是使烟气与固体颗粒物的混合得到加强。（见 图1-4） 8 福建龙净 项目方案书 图图 1-4 单嘴与多嘴结构的流场比较图单嘴与多嘴结构的流场比较图 图图 单嘴与多嘴结构的流场比较图单嘴与多嘴结构的流场比较图 5 采用流线型的底部进气结构，采用流线型的底部进气结构，保证了脱硫塔入口气流分布均匀保证了脱硫塔入口气流分布均匀 采用流线型的底部进气结构采用流线型的底部进气结构，保证了脱硫塔入口气流分布均匀保证了脱硫塔入口气流分布均匀 为了适应单塔处理大烟气量，必须采用多文丘里管的结构，采用多个文丘里烟气喷 嘴的脱硫塔，要求进入塔内的烟气流场分布较为均匀，否则因各个喷嘴流速差异较大， 可能导致固体颗粒物从某个喷嘴向下滑落。 为了解决布气不均匀造成塔内形成典型的不均匀的固体颗粒分布的问题，脱硫塔进 气方式采用流线型的底部进气结构，避免了两股气流对撞产生涡流，从而保证了脱硫塔 入口气流分布均匀。 6 脱硫塔内操作气速相对稳定，脱硫塔内操作气速相对稳定，负荷适应性好负荷适应性好，进一步保证了气固两相流场的稳定进一步保证了气固两相流场的稳定。 脱硫塔内操作气速相对稳定脱硫塔内操作气速相对稳定，负荷适应性好负荷适应性好，进一步保证了气固两相流场的稳定进一步保证了气固两相流场的稳定。 由于采用了清洁烟气再循环技术，以及脱硫灰渣循环等措施，可以满足不同的锅炉 负荷要求。锅炉负荷在40%100%范围内变化，脱硫系统可正常运行。 如果按照较高负荷时的烟气量设计文丘里烟气喷嘴的流速，则在低负荷时，由于进 入脱硫塔的烟气量减少，文丘里喷嘴流速降低，压降减少，塔内物料将塌落，整个床层 9 福建龙净 项目方案书 的气固两相流机制将不能维持，将严重影响脱硫效率和脱硫系统的稳定工作。如果按低 负荷时的烟气量设计文丘里喷嘴的流速，则正常工况烟气量时脱硫塔内文丘里喷嘴的流 速将大大超出正常反应的要求，系统能耗及运行费用将明显增加，部分烟气不同程度发 生短路，从而使脱硫率很难得到保证。 为此，龙净环保引进的LLAG 的CFB-FGD 技术，利用脱硫塔进口烟道的静压低于 引风机出口静压，不需要另外安装抽气风机，通过再循环烟道将引风机下游的部分净化 烟气，根据负荷变化情况，调节烟道风挡来调节再循环到脱硫塔进口烟道中的净化烟气 的流量，使文丘里喷嘴的流速保持相对稳定。这一技术已在CFB-FGD 项目中得到广泛应 用，特别是调峰机组和多炉共用一个脱硫塔的工艺布置。清洁烟气再循环的流程见下图 1-5。 图图 1-5 清洁烟气再循环示意图清洁烟气再循环示意图 图图 清洁烟气再循环示意图清洁烟气再循环示意图 7 无须防腐无须防腐 无须防腐无须防腐 CFB 脱硫塔内具有优良的传质传热条件，使塔内的水分迅速蒸发，并且可脱除几乎 全部的SO ，烟气温度始终高于露点15左右，因此脱硫塔及其下游设备不会产生腐蚀。 3 8 良好的入口烟气良好的入口烟气SO 浓度变化适应性浓度变化适应性 良好的入口烟气良好的入口烟气 2 浓度变化适应性浓度变化适应性 10 福建龙净 项目方案书 当煤的含硫量或要求的脱硫效率发生变化时，无需增加任何工艺设备，仅需调节脱 硫剂的耗量便可以满足更高的脱硫率的要求。这一点对于碰到设计煤种和校核煤种相差 较大的情况时，其作用将更加明显。 9 脱硫副产物流动性好，脱硫副产物流动性好，易于处理易于处理，脱硫剂利用率高脱硫剂利用率高、脱硫副产物排放少脱硫副产物排放少 脱硫副产物流动性好脱硫副产物流动性好，易于处理易于处理，脱硫剂利用率高脱硫剂利用率高、脱硫副产物排放少脱硫副产物排放少 LLAG 公司经过近20 年的研究和实验，找到了正确的注水位置，保证喷入脱硫塔内 的冷却水的充分蒸发，加上烟气和颗粒在塔内具有较长的接触行程，进一步加强了冷却 水的蒸发，因此脱硫副产物流动性好，易于输送和处理。 为了提高脱硫副产品的流动性，避免粘结效应，改善脱硫系统的运行条件，从LLAG 公司引进的脱硫技术利用消石灰与氯离子在不同反应温度段的反应生成物不同的特点， 创造性地将吸收剂与脱硫再循环灰的加入口，改到脱硫塔上游烟道处（参见工艺示意图 1-1），其作用：一是使吸收剂与再循环脱硫灰提前与烟气中SO 等酸性气体接触反应， 2 延长反应时间；二是利用烟气热量加热和快速干燥再循环灰，改善再循环灰的流动性； 三是使消石灰和氯离子在烟道内120以上温度下反应生成吸潮性较差、不易凝结的碱式 氯化钙（CaCl ?Ca OH ?H O ）。 2 2 2 该项技术从1996 年就开始在捷克PILSEN 电厂成功投入商业运行，至今已有几十多 套采用该项技术进行设计与应用的项目。这一技术已获得专利保护。 如果在脱硫塔的低温段（7080温度）注入吸收剂和循环脱硫副产物，消石灰与氯 离子反应生成易吸潮的氯化钙（CaCl ?2H O ），一是易造成塔内物料粘壁，二是灰的流 2. 2 动性下降，不利于脱硫副产物的处置。 与此同时，从吸收剂及循环物料加入口到脱硫塔烟气气固接触行程和塔内气固接触 时间长，保证了塔内充分的脱硫反应，加上脱硫后除尘器收集脱硫灰全部返回塔内再循 环，只有少量的脱硫灰外排，因此灰的综合处理成本较低。 11 福建龙净 项目方案书 10 系统简洁，系统简洁，可靠性高可靠性高 系统简洁系统简洁，可靠性高可靠性高 脱硫系统对脱硫灰气力输送的要求较高，气力输送线一旦堵塞，将危及整个脱硫系 统的安全运行。由于脱硫系统的设计无须通过刻意降低操作温度至接近露点温度来满足 脱硫率的要求，从而避免了因物料含水量高，流动性差