（工程热物理专业论文）循环流化床悬浮脱硫复合流化与分离循环方式的试验研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 半干法烟气脱硫技术具有脱硫产物为干粉状、耗水量低、工艺简单、费 用低、占地面积小、适合老机组改造等优点，适合我国的国情，所以越来越 多的中小型电站锅炉脱硫项目采用这种技术。提高脱硫效率和脱硫剂的利用 率应该设法增加脱硫剂与烟气的接触时间，提高脱硫反应器内的颗粒浓度。 以循环流化床为基础开发研究的半干法技术通过脱硫产物与飞灰的再循环利 用可以很好的达到上述要求，从而可以在较低的钙硫摩尔比条件下，获得较 高的脱硫效率。循环流化床烟气脱硫装置采用文丘里射流流化，它可以促进 烟气和颗粒的混合，但是其缺点是负荷适应性差；脱硫塔内粘壁现象频繁发 生；而且要提高脱硫效率应该设法提高颗粒内循环。这些对脱硫塔流化方式 提出了更高的要求。另外研究运行可靠，阻力小，分离效率高的外分离器也 对提高脱硫效率有着重要的作用。因此本文在改进流化方式的同时提出一种 新的外循环方式，并建设冷态试验台对流化效果和分离效率分别进行了试验 研究。 对于循环流化床流化方式的试验，在原有冷态试验台基础上，在文丘里 直流流化段的上方安装旋流流化段。在总风量不变，旋流进气量占总风量0 5 0 的条件下，用三维粒子动态分析仪( 3 d p d a ) 分析流场在不同的旋流进气 角度、不同的风量配比时的流化段横截面的切向速度、轴向速度分布以及颗 粒浓度分布规律。 通过对数据得分析可以得出直，旋流流化时测量段气流是平推流，气围滑 移速度比直流流化有所增大，气相和颗粒相的速度分布规律相同的结论。同 时，旋流进气角度增加或者旋流进风量增加都会使近壁处切向速度随之增大， 而且近壁处与中心的切向速度差值也增大；随着高度增加，近壁处与中心的 切向速度差值逐渐减小，但是不论旋流强度大小，近壁处都有较高的切向速 度，从而改善了流场。另外，径向平均速度存在由负转正的“反转区”，“反 转区”的存在可以增强流化床内颗粒与气流的混合。直，旋流流化可以延长颗 粒运动轨迹，增强颗粒的悬浮能力，同时降低扬析的损失，因此容易维持较 高的颗粒浓度，增强了物料的内循环。而且这种流化方式使得塔内颗粒的扰 山东大学硕士学位论文 动更强，有利于混合和反应的进行。 试验所做的外循环分离系统主要包括一级百叶窗分离器和二级布袋除尘 器，二级布袋除尘器主要是为了弥补百叶窗分离器分离效率和分级效率低的 缺点设计的。试验表明：百叶窗分离器分离效率比较低，进入百叶窗分离器 的给粉浓度和混合气流速度对分离效率影响不大。但是百叶窗分离器对于粗、 中颗粒粉尘有明显的分离、浓缩作用。针对本次试验所出现的问题，本文从 减小压力损失、解决浓度偏差和增大颗粒粒度等方面提出了改进建议。 i t 关键词循环流化床；流化方式：分离；循环 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t s e m i d r y f l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n t e c h n o l o g y h a st h e s e c h a r a c t e r ：d r y p r o d u c t ，l o w e rw a t e rc o n s u m i n g ，s i m p l et e c h n o l o g y ，c h e a p ，s m a l la r e a ，s u i t a b l et o r e t r o f i to f e x i t i n gu n i t s ，a n dt h e r e f o r es u i t i n g t h ec o n d i t i o no fo u r c o u n t r y i no r d e r t oi n c r e a s et h es o r b e n tu t i l i z a t i o nr a t i oa n dt h es 0 2r e m o v a l e f f i c i e n c y , o n ew a y i s t oi n c r e a s ec o n t a c tt i m eb e t w e e ns o r b e n ta n df l u eg a s ，t h eo t h e ri st oi n c r e a s et h e u t i l i z a t i o no ft h es o r b e n t s e m i d r yf g d t e c h n o l o g yb a s e d o nc i r c u l a t e df u i d i z e d b e dc a nb eb e t t e ra c c o r dw i t ht h e s ed e m a n d a sar e s u l t ，i th a s f a i r l yh i g h d e s u l f u r i z a t i o n e f f i c i e n c y w i t hl o wc a sm o l p r o p o r t i o n c i r c u l a t es t y l e o f c f b - f g dc a np r o m o t et h em i x t u r eb e t w e e nt h ef l u eg a sa n dt h ep a r t i c l e b u ti t s s h o r t c o m i n gi sb a dl o a da d a p t i o nm a da d h e r e i n gt o t h ew a l l a n di n c r e a s i n gt h e r a t eo fi n n e rc i r c u l a t i o ni s i m p o r t a n tt o 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 y a l lo f t h e s eh a sh i g hr e q u e s tt ot h ec i r c u l a t es t y l e as e p a r a t o rw i t hr e l i a b l ew o r k i n g ， l i t t l e r e s i s t a n c e ，h i g hs e p a r a t i n ge f f i c i e n c y i so fv e r yi m p o r t a n c e ac o l dt e s t m o d e li se s t a b l i s ht os t u d yt h ec i r c u l a t i n ge f f e c ta n ds e p a r a t i n ge f f i c i e n c yi nt h i s d i s s e r t a t i o nw i t hi m p r o v i n gf l o w s t y l ea n da n e w c i r c u l a t i n gw a y , t ot h ef l o we f f e c te x p e r i m e n t ，e d d i e sc u r r e n tp a r ti si n s t a l l e da b o v ed i r e c t c u r r e n tp a r t t o t a la i rf l u xi sac o n s t a n t ，a i rf l u xo fe d d i e sc u r r e n tp a r tt a k ea b o u t 0 5 0 3 - d e m e n s i o np a r t i c l ed y n a m i c sa n a l y z e r ( 3 一dp d a ) i su s e dt om e a s u r e f l u e n c yr u l eu n d e r d i f f e r e n te d d i e sa n g l ea n da i rf l u x v e r t i c a l e d d yc i r c u l a t i n gh a st h ec h a r a c t e ro fp a r a l l e lf l o w ，l a r g e rd i f f e r e n c e i nt h es p e e do f g a sa n dp a r t i c l ei ss m a l la n d t h e i rr e g u l a t i o no fs p e e di ss a m ef r o m t h ea n a l y s i so ft h ed a t u m o t h e r w i s el a r g e re d d i e sa n g l ea n dm o r ee d d i e sa i rf l u x c a ni n c r e a s et h et r a n s v e r s a ls p e e dn e a rw a l la n dt h ed i f f e r e n c eo ft h et r a n s v e r s a l s p e e db e t w e e n c e n t e ra n dw a l li sl a r g e r h i g h e rh e i g h t ，l o w e ra b s o l u t et r a n s v e r s a l s p e e dv a l u e ，a n dl e s sd i f f e r e n c eo ft h et r a n s v e r s a ls p e e db e t w e e n c e n t e ra n dw a l l a n dt r a n s v e r s a lv a l u eh a ss oc a l l e d “r e v e r s er e g i o n ”，w h o s et r a n s v e r s a l s p e e d v a r yf r o mn e g a t i v et op o s i t i v e “r e v e r s er e g i o n c a ns t r e n g t b e n t h eb l e n do f i i l 山东大学硕士学位论文 g a s s o l i dp h a s e e d d i e sc u r r e n tl e n g t h e n sp a r t i c l ec o n t r a i l ，b o o s t su ps u s p e n s i o n b u ts o l i dc o n c e n t r a t i o nv a r y a c u t e 1 m p r o v i n gp r o j e c ti sp r o p o s e d a b o u t t h es y s t e mo fs e p a r a t i n ge f f i c i e n c ye x p e r i m e n ti n c l u d et h es h u t t e rs e p a r a t o r a n dh o p p o c k e ts e p a r a t o r t h ep u r p o s et od e s i g nh o p p o c k e ts e p a r a t o rm a k eu p f o rt h es h o r t c o m i n go ft h es h u t t e rs e p a r a t o r s e p a r a t i o ne f f i c i e n c yo ft h es h u t t e r s e p a r a t o ri sf a i r l yl o w p a r t i c l ec o n c e n t r a t i o nd o e sl i t t l et os e p a r a t i n ge f f i c i e n c yo f t h es h u t t e rs e p a r a t o r b u ti tc a nb e t t e rs e p a r a t ea i rc u r r e n t ，c o n d e n s ep a r t i c l e t o t h ed e f e c to fl o ws e p a r a t i n ge f f i c i e n c y , i m p r o v i n gp r o j e c ti s p r o p o s e da b o u t p r e s s u r e e r r o ri nc o n c e n t r a t i o na n d l a r g e rp a r t i c l ed i a m e t e r k e yw o r d sc i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e d ；g a s s o l i df l o w ；s e p a r a t i o n ；c i r c u l a t i o n 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：日期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或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；本人授权山东大学可以将本学位论 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、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：导师签名：日期： 山东大学硕士学位论文 d ，颗粒平均粒径，m ； d ，+ 无因次颗粒粒径； 户，气体密度，k g m 3 ； 符号说明 砟颗粒密度，k g m 3 ； 气体动力粘度系数，k g ( m s ) r 气体的运动粘度系数，m 2 s ； 尺8 d _ 一雷诺数； “颗粒速度，m s ； ”无因次速度； 。m ，最小流化条件下的空隙率； “快速流态化操作气速，m s ； u ，“。快速流态化的转变速度； 打一散射光强度的变化频率，h ：； j 分一没有频移时散射光强度的变化频率，h ：； “f 一示踪粒子速度，m s ： 庐卜一相位差； r 厂颗粒密度； p v 颗粒体积浓度； p m 颗粒质量浓度； 野颗粒速度与流体速度比； f 颗粒驰豫时间，s ； 国湍流脉动角频率，h z ； 卜靠背管标定系数； 厂动压修正系数： v 山东人学硕士学位论文 k 毕托管动压修正系数； 陪一全压力，p a 卜静压力，p a ； 卜来流速度，m ，s ； v 截面平均速度，m ，s ； 9 一空气体积流量，m 3 ，s ； s 管道截面积，m 2 ； y p d a 测量时的散射角，。； 口百叶窗分离器叶栅组装倾角，。： a 百叶窗分离器叶栅倾角，。； 口一导流叶栅间距，m m ； 卜一导流叶栅长度m m ； m 袋式除尘器入口速度，m s ； 孤袋式除尘器过滤速度，m s ： 尼卜一袋式除尘器长度与直径比值； c 一姻尘浓度，g ，n m 3 ； n d _ 一分级效率。 瓯厂一分离器出口气流中，粒径d 的除尘量，k g m ； g 。i 一分离器入口气流中，粒径d 的除尘量，k 舻。 v i l i j 东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 我国二氧化硫污染状况 我国是煤储量最大的国家，煤炭占一次能源消费总量的7 5 。随表我国 国民生产总值的不断提高，煤炭消费不断增长，能源消费对煤的过分依赖导 致了环境污染的加剧。 我国电力生产以火力发电为主。2 0 0 0 年全国发电装机容量达到 3 1 9 3 2 0 9 m w ，比1 9 9 9 年增长了6 4 4 ；发电量为1 3 6 8 1 0 1 2 度，比1 9 9 9 年增加了9 8 9 。其中火电装机容量为2 3 7 5 4 0 2 m w ，火电发电量为1 1 0 8 1 0 ”度。但是随着我国国民经济持续快速增长，用电需求全面高涨，加重 了电力供需紧张。2 0 0 3 年中国全国电力供需总体偏紧，缺电范围进一步扩大， 二十一个地区先后出现拉限电情况。同时持续高温、干旱导致水库来水减少， 水电出力下降，农业灌溉用电增加，这使水电比重大的省份的电力供需形势 受气候的不确定影响更加明显。 我国的s 0 2 排放量已居世界首位。其中燃煤s 0 2 排放量占s 0 2 排放总量 的9 0 以上。根据( ( 2 0 0 2 年中国环境状况公报：我国城市空气质量总体上 有好转趋势，但仍有近三分之二的城市空气质量未达n - 级标准，部分城市 s 0 2 污染严重。2 0 0 2 年，全国废气中s 0 2 排放总量1 9 2 6 6 万吨。其中工业来 源的排放量1 5 6 2 0 万吨。虽然s 0 2 排放量从1 9 9 8 年的2 0 9 1 4 万吨下降到2 0 0 2 年的1 9 2 6 6 万吨，降幅为1 1 。但是占s 0 2 排放总量7 5 以上的工业排放 量只下降了o 3 。据2 0 0 2 年中国环境状况公报，截止2 0 0 2 年底，“两控 区”内火电机组脱硫设旌仅为4 0 3 万千瓦。 s 0 2 的排放也引起了严重的环境问题。我国很多城市s 0 2 污染十分严重， 根据2 0 0 2 年中国环境状况公报，2 2 4 的城市s 0 2 超过国家= 级标准，而 超过国家三级标准的城市占统计城市的7 9 ，比上年度低了1 6 个百分点， s 0 2 污染主要分布在山西、河北、贵州、四川、甘肃等省区和重庆市。s 0 2 还足我国酸雨形成的主要原因，酸雨危害人类健康、腐蚀建筑材料、破坏生 态环境，是制约社会和经济发展的重要因素之一。中国科学研究院和清华大 1 山东大学硕士学位论文 学等单位的研究结果表明，酸雨给建筑物、森林和农作物造成的年平均损失 达11 0 0 亿元以上，即每排放1 吨s 0 2 造成超过5 0 0 0 元的损失。酸雨的危害 已引起国际和国内社会的广泛关注 j 】。目前我幽酸雨已从2 0 世纪8 0 年代西 南少数地区发展到长江以南、青藏高原以东的地区和四川盆地，北方也有局 部地区降水酸性较强。2 0 0 2 年，在全国监测的5 5 5 个市、县中，降水年均p h 值小于或等于5 6 的市( 县) 1 8 1 个，占统计城市数的3 2 6 。年均p h 值小 于4 5 的城市比例增加了2 8 个百分点。s 0 2 污染使我国的酸雨面积达到总面 积的3 0 ，已成为世界三大酸雨区之。 1 2 二氧化硫污染治理的政策 我国政府对s 0 2 排放造成的污染问题十分重视，相继出台了一系列的s 0 2 污染物排放法规、标准。 2 0 0 0 年9 月1 日，我国开始实旅新修订的中华人民共和国大气污染防 治法，该法对不同装置的二氧化硫的排放提出了原则要求。火电厂大气污 染物排放标准( g b l 3 2 2 3 1 9 9 6 ) 对火电厂的二氧化硫排放提出了严格的要求， 锅炉大气污染物排放标准( g b l 3 2 7 1 2 0 0 1 ) 对工业锅炉的二氧化硫排放提 出了严格的要求。 2 0 0 2 年1 1 月，国务院批复了国家环保总局等编制的两控区酸雨和二 氧化硫污染防治“十五”计划：“十五”期间将投资9 6 7 亿元，集合经济结 构调整，实现2 0 0 5 年“两控区”内二氧化硫排放量比2 0 0 0 年减少2 0 ，酸 雨污染程度有所减轻，8 0 以上城市二氧化硫年均值达到空气质量二级标准 的目标。“计划”制定了保障措施，包括强化环境管理和推行有利于控制二氧 化硫排放的经济政策，其中“二氧化硫排放交易”将在七省市进行试点。 2 0 0 2 年1 月，国家经济贸易委员会、科学技术部联合发布了“燃煤二氧 化硫排放污染防治技术政策”【2 ) 。该技术政策是为实现2 0 0 5 年全国二氧化硫 排放量在2 0 0 0 年基础上消减1 0 ，“两控区”二氧化硫排放量减少2 0 ，为 改善城市环境空气质量的控制目标，到2 0 2 0 年基本控制酸雨污染的控制目标 提供技术支持。该技术政策规定：电厂锅炉、大型工业锅炉和窑炉使用中、 高硫分燃煤的，应安装烟气脱硫设施；中小型工业锅炉和炉窑，应优先使用 2 山东人学硕士学位论文 优质低硫煤、洗选煤等低污染燃料或其他清洁能源。燃用含硫量小于2 煤 的中小电厂锅炉( 小于2 0 0 m w ) ，或是剩余寿命低于1 0 年的老机组建设烟气 脱硫设施时，在保证达标排放、并满足s o z 排放总量控制要求的前提下，宜 优先采用半干法、干法或其他费用较低的成熟技术。所选技术应在国内进行 过i o o m w 或以上规模的应用或示范。脱硫率应保证在7 5 以上，投运率应 保证在电厂正常发电时间的9 5 以上。 可见，半干法烟气脱硫技术是国家政策重点支持的技术。 半干法烟气脱硫技术是较新的脱硫技术，它具有工艺简单、投资省、占 地面积小、运行费用低，适合老机组改造等优点，适合我国的国情，因此半 干法烟气脱硫技术已成为国内外脱硫技术研究的热点。 1 3 干法、半干法( 钙基) 烟气脱硫 燃烧后脱硫也叫烟气脱硫一f g d ( f l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n ) 。烟气脱硫技 术主要利用各种碱性吸收剂或吸附剂捕集烟气中的s 0 2 并将之转化为较稳定 且易于机械分离的硫化合物或单质硫，从而达到脱硫的目的。根据烟气脱硫 的工艺过程，f g d 技术可分为湿法、干法、半干法三大类。图1 1 为在燃煤 锅炉炉膛及烟道不同温度区域加入脱硫剂时的可能烟气脱硫方案【3 】。我国 c a c o 。矿的储量高，分布广，所以燃烧后烟气脱硫般选择钙基作为脱硫剂。 圈1 - 1 各种脱硫方法 在常温条件下，脱硫反应没有水参加时，s 0 2 和c a ( o h ) 2 主要依靠分子 山东火学硕士学位论文 问的化学吸附进行反应，反应程度低。研究表明，脱硫反应中，钙硫摩尔比 为2 0 ，4 0 8 0 。c 时，干粉状的c a ( o h ) 2 利用率仅为1 5 ，而浆液状的c a ( o h ) 2 利用率在4 0 以上；同时发现于态c a o 等其他钙基脱硫剂，几乎不具有脱硫 活性，它们首先与水反应后生成溶液，才能与烟气中的s 0 2 充分进行反应。 所以很多干法工艺也需要向反应器内喷入一定量的水或直接喷入石灰浆液。 干法烟气脱硫，由于水的参与，实际上已接近半干法范畴，也就是说干法和 半干法( 钙基) 烟气脱硫已经没有明显的界限【4 j 。所以本文将它们放在一起 进行综述【5 】， 6 1 。 在干法和半干法( 钙基) 烟气脱硫工艺中，有喷粉增湿型烟气脱硫技术 和喷浆型烟气脱硫技术。 1 3 1 喷粉增湿型烟气脱硫技术 喷粉增湿型半干法烟气脱硫工艺是指增湿水直接喷入脱硫反应系统，使 系统中存在的c a o 颗粒增湿，并使其中的一部分转化为含湿c a ( o h ) 2 颗粒， 或者让加入的c a ( o h ) 2 处于一种离子反应工况中进行脱硫反应的技术。本文 将着重介绍一些比较常用的工艺炉内喷钙炉后增湿活化技术( l i f a c ) 、德国鲁 奇公司( l u r g i ) 的循环流化床脱硫技术、回流式循环流化床烟气脱硫技术 ( r c f b ) 、新型一体化脱硫技术( n d ) 。 ( 1 ) 炉内喷钙炉后增湿活化技术( l i f a c ) 炉内喷钙炉后增湿活化工艺( l i m e s t o n ei n j e c t i o ni n t ot h ef u r a n c ea n d a c t i v a t i o no fc a l c i u mo x i d e l m a c ) 烟气脱硫工艺即锅炉炉膛内喷射石灰石 粉，并配合采用锅炉尾部烟道增湿活化反应器，使未反应的c a o 通过雾化水 进行增湿活化的烟气脱硫工艺。目前世界许多厂商研究开发的以石灰石喷射 为基础的干法脱硫工艺中，芬兰的t a m p e l l a 锅炉制造公司和i v o 电力公司 开发的这种脱硫工艺最为典型，并于1 9 8 6 年首先投入商业性运行【7 j 。 活化反应器内脱硫的基本原理：烟气增湿活化脱硫反应的机理主要是由 于脱硫剂颗粒和水滴相碰撞以后，在脱硫剂颗粒表面形成一层水膜，脱硫剂 及s o ：气体均向其中溶解，从而使脱硫反应由原来的气固反应转化成水膜中 的离子反应，烟气中大部分未及时在炉膛内参与反应的c a o 与烟气中的s 0 2 4 山东大学硕士学位论文 反应生成c a s 0 3 ，部分c a s 0 3 被氧化成c a s 0 4 。活化反应器内的脱硫效率通 常在4 0 6 0 ，其高低取决于雾化水量、液滴粒径、水雾分布和烟t 流速、 出口烟温，而最主要的控制因素是脱硫剂颗粒与水滴碰撞的概率。由于活化 反应器出口烟气中还有一部分可利用的钙化物，为了提高钙的利周率，可以 将电除尘器收集下来的粉尘返回喑b 分到活化反应器中再利用，即脱硫灰再 循环( 8 ， 9 1 。 在我国，南京下关发电厂实施了两套与1 2 5 m w 机组配套的l i f a c 脱硫 装置，分别于1 9 9 8 年1 2 月和1 9 9 9 年7 月投入商业运行，脱硫效率达7 5 。 l w a c 烟气脱硫工艺具有占地小、工艺流程简单、适于现有电厂的技术改造 和对中低硫煤的脱硫效果良好等特点，有较好的推广前景。 ( 2 ) 德国鲁奇公司( l u r 9 1 ) 的循环流化床脱硫技术( c f b - f g d ) 国外排烟循环流化床脱硫c f b f g d ( c i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e d f l u eg a s d e s u l f u r i z a t i o n ) 技术是2 0 世纪8 0 年代后期由德国l u r g i 公司研究开发的。 它主要利用了循环流化床锅炉所具有的气固滑移速度大，循环倍率高，湍流 效应强烈等优点研制而成的。他的工艺流程入下图所示： 囱 图1 - 2 循环流化床干法烟气脱硫系统工艺流程图 c f b f g d 的主要工艺特点为：没有喷浆系统及浆液喷嘴，只喷入水或 蒸汽；新鲜石灰与循环床料混合进入反应器，依靠烟气悬浮，喷水降温反 应；床料有9 8 参与循环，石灰利用率高；反应器内烟气流速为1 8 3 6 1 m s ，烟气在反应器内驻留时间约3 s ，可以满足锅炉负荷从3 0 】0 0 范 山东大学硕士学位论文 围内的变化；基建投资相对较低；不需要专职人员进行操作和维护j 。 在德国，s i e r s d o r f 电厂两台2 7 5 t h 锅炉和波肯电厂的2 0 0 m w 机组上运 用了浚脱硫装置，运行结果表明：与传统的半干法比较吸收剂耗量节省3 0 ， 对锅炉负荷波动的适应性强。 ( 3 ) 回流式循环流化床烟气脱硫技术( r c f b ) 在德国鲁奇公司研究开发的基础上，德国的w u l f f 公司进一步研究开发 了第二代和第三代回流式循环流化床烟气脱硫工艺( r c f b ) 1 1 2 1 ，【1 3 】。该工 艺的核心部分是其吸收塔。r c f b 吸收塔采用双循环系统，即吸收剂在塔内 的内循环和吸收剂在除尘器和脱硫塔之间的外循环。内循环增加了烟气和脱 硫剂的接触时间，加大了烟气和脱硫剂的混合、湍动。 r c f b 有如下反应特点：( 1 ) 气体和固体颗粒充分接触；( 2 ) 固体颗粒 停留时问长；( 3 ) 固体颗粒反应表面持续保持活性。试验表明，内循环物料 量约为外部再循环量的3 0 5 0 ，出口含尘浓度降低1 5 3 0 。 r c f b 技术适用于3 5 0 m w 以下机组。1 9 9 3 年，德国d e u t s c h e s o l v a y w e r k eg m b h 的自备热电厂2 2 0 t h 燃煤锅炉上安装了r c f b 装置( 与 布袋除尘器配套) 。烟气经过已有的电除尘器后进入r c f b 系统，系统中增设 了一台脱硫风机以克服r c f b 装置和布袋除尘器的阻力，脱硫装置采用化工 厂的废消石灰浆液，通过双流体喷嘴喷入脱硫塔内。试验表明：脱硫塔烟气 出口温度为7 5 8 0 ，当c a s = 1 2 5 时，脱硫效率达9 0 。目前a b b 公 司购买了w u l f f 公司的r c f b f g d 技术许可证。 ( 4 ) 新型一体化脱硫技术( n i d ) 哺】 n i d ( n e wi n t e g r a t e dd e s u l f u r i z a t i o n ) 技术是瑞典a b b 公司8 0 年代初开发 的新颖脱硫技术。它的显著特点有：( 1 ) 取消了喷雾干燥工艺中制浆系统，实 行c a o 的消化及循环增湿一体化设计，克服了单独消化时出现的漏风、堵管 等问题，而且消化时产生的蒸汽都能利用，增加了烟气的湿度，对脱硫有利。 ( 2 ) 鉴于其它干法、半干法工艺脱硫剂利用率不高的问题，此工艺实行脱硫灰 多次循环，循环倍率高达3 0 5 0 倍，使脱硫剂的利用率提高到9 5 以上， 大大降低了运行成本。( 3 ) 脱硫效率高，当c a s = i 1 时，脱硫效率确保大于 8 0 ，当c a s = 1 2 1 4 时，脱硫效率可达9 0 9 9 。( 4 ) 整个装置结构紧凑、 占用空间小，投资少，约为湿法脱硫投资的1 ，3 ，而且运行成本较低。( 5 ) 脱 6 山东大学硕士学位论文 硫无需烟气再加热。 我国浙江菲达机电集团公司购买了n i d 脱硫的技术许可证，并开发出利 用电石渣作为脱硫剂的n i d 技术。该技术应用于巨化热电j 。7 0 m w 机组脱 硫工程，于2 0 0 1 年2 月正式投入运行。c a s = 1 2 1 3 时，脱硫效率为 8 5 一9 4 。 1 3 2 喷浆型烟气脱硫技术 喷浆型烟气脱硫技术是吸收剂以浆液的形式，经雾化喷嘴雾化成细小液 滴，喷入到吸收塔内的技术。该技术综合了湿法和干法烟气脱硫技术的优点， 钙基脱硫剂经过消化后，喷入脱硫塔内，脱硫剂活性高，当c a s = i 2 时，脱 硫效率达8 0 以上。比较典型的喷浆类半干法烟气脱硫工艺有：旋转喷雾干 燥烟气脱硫技术( s d a ) 、烟气悬浮吸收工艺( g s a ) 、有限区域弥散烟气脱 硫技术( c z d f g d ) 、双循环流化床烟气悬浮脱硫工艺( d c f b f g d ) 。 ( 1 ) 旋转喷雾干燥烟气脱硫技术( s d a ) 旋转喷雾干燥烟气脱硫技术( s d a ) 是重要的半干法工艺，是一种较新的 烟气脱硫技术，于7 0 年代初至7 0 年代中期在美国和欧洲发展起来。1 9 8 0 年 开始在美国燃煤电站上得到商业应用，目前，喷雾干燥法商业应用的总容量 已达1 5 w g e ，市场占用量位于湿法之后居第二位。与湿法工艺相比较，其初 期投资较低，常常用于中低硫煤( 1 5 ) 的中小型锅炉。 旋转喷雾工艺将石灰浆液通过高速旋转的喷雾装置，雾化成很细的液滴， 其雾粒直径可小于1 0 0 微米，这些具有很大表面积的雾状微粒与含有二氧化 硫的热烟气接触，发生强烈的热量交换和化学反应，同时雾化后的石灰浆液 滴受热蒸发，形成千粉状脱硫产物与飞灰一起排出，经除尘器后由烟囱排放。 s d a 工艺特点是石灰浆液滴雾化的很细，分布均匀，化学反应接触面积大， 反应速度快，脱硫效率在7 0 9 0 。喷雾干燥法还适用于s 0 3 和c 1 2 去除率 很高且没有废水处理的电厂。s 0 3 和c 1 2 去除率一般在9 5 以上，运行可靠性 达9 7 一1 0 0 。【i ) j ， 我国于1 9 8 4 年在四川白马电厂建成了处理烟气量5 0 0 0 0 n 7 0 0 0 0 n m 3 h 的 喷雾干燥脱硫示范工程，1 9 9 4 年6 月在山东黄岛电厂建成处理烟气量为 山东犬学硕士学位论文 3 0 0 0 0 0 n m 3 h 的喷雾干燥脱硫装置，实践证明，喷雾干燥烟气脱硫是技术上 成熟，适用于处理燃煤电厂锅炉烟气的脱硫 ：艺。但s d a 装置尚有旋转雾化 器易磨损腐蚀、脱硫剂要求纯度高、脱硫剂用量较大、投资运行费用偏高、 电厂改造场地要求高等不足之处m 。 ( 2 ) 烟气悬浮吸收工艺( g s a ) “1 烟气循环吸收法( g a ss u s p e n s i o na b s o r p t i o n g s a ) 是由丹麦的f l s m i l j o 公司开发的种简单有效的半干法烟气脱硫技术，它与c f l 3 一f g d 工艺相似。 工艺部分包括圆柱形反应器：用于分离床料循环使用的旋风分离器；石灰浆 制备系统( 包括喷浆用喷嘴) 三个主要部分。 g s a 工艺特点：脱硫效率高，在钙硫比为1 3 左右时，可达9 0 以上； 仅制浆系统有少量的冲洗水排放；由于反应塔内吸收剂的反复循环，反 应区浓度达5 0 0 2 0 0 0 1 9 n m 3 ，提高了钙的利用率：反应塔的高度提供了 恰当的化学中和反应时间和水分蒸发吸热时问，同时由于高浓度的干燥循环 物料的强烈的紊流作用和适当的温度，反应器内表面保持干净且没有沉积物： 在操作运转中就可以更换喷嘴；吸收剂为达一定活性的石灰，脱硫副产 物的综合利用受到限制，目前单塔处理容量最大做到7 0 0 ，0 0 0 n m 3 h f 持l ，0 9 1 。 我国龙源电力环保公司与f l s 公司合作，在云南小龙潭电厂的台 1 0 0 m w 机组上设计建造的g s a 技术装置已经投入运行2 们。 ( 3 ) 有限区域弥散烟气脱硫技术( c z d f g d ) t 2 ”， 2 2 1 ，口3 】 有限区域弥散烟气脱硫技术c z d f g d ( c o n f i n e dz o n ed i s p e r s i o nf l u e g a s d e s u l f u r i z a t i o n ) 是美国能源部洁净煤计划中由b e c h t e l 公司开发的。 在c z d f g d 工艺中，一种雾化的非常细的活性石灰浆液喷入空气预热 器与e s p 之间的烟气中。石灰浆液由可以产生锥型雾化区的喷嘴喷入烟道中 心，脱硫效率大于5 0 。随着喷雾向下游流动与扩张过程中，在锥型区的烟 气被冷却，s 0 2 被液滴迅速吸收。液滴与热烟气混合，迅速蒸发。这种快速 干燥能阻止湿颗粒在烟道内结垢，并帮助把于反应物及未反应的石灰带到 e s p 。 该工艺在宾悉法尼亚电力公司s e w a r d 电站的l 台1 4 7 m w 机组上，利用 一半烟气进行了不同吸收剂、不同s 0 2 浓度的脱硫性能试验。喷雾喷嘴设在 一级和二级e s p 中间一段加长了的管道内。要达到5 0 以上的脱硫率，烟气 山东人学硕+ 学位论文 温度必须大于1 4 9 。c ；对于一种特定的吸收剂，当浆液浓度超过一定范围， 脱硫率不再提高；在烟温为1 4 9 1 5 4 。c ，停留时间为2 s ，采用9 含量的加 压消化石灰的条件下，脱硫效率大于5 0 。对于5 0 0 m w 燃煤含硫量4 的机 组，达到5 0 的脱硫效率，其投资不大于3 0 美元t ，运行费用为3 0 0 美元 ts 0 2 ( 1 9 9 4 年价) 。该工艺如能引进并消化吸收，实现国产化后，价格能进一 步降低。适用于以燃用低硫煤，脱硫效率要求中等，脱硫设备布置受限制的 电厂。 ( 4 ) 颗粒喷动床烟气脱硫工艺( p o w d e r - p a r t i c l es p o u t e db e d ) 2 s l ， 2 6 】 x m a 等用石灰石作为脱硫剂、在喷动床上、在半干法脱硫工艺条件下进 行了实验室脱硫试验。跟以往的脱硫工艺相比，这套装置有三个不同之处： 脱硫刘为很细的石灰石颗粒( 粒径为几个微米) ；反应器为一个喷动床( 床体 直径为5 3 5 c m ；床高为6 4 5 c m ；烟气入口管为1 4 3 c m ；烟气入口管与床体 锥角为6 0 ) ：在浆液雾化方式上，抛弃了以往的雾化方式，采用滴浆的方 式，这样使得液滴较以往更大，而且节省了雾化动力，液滴唐接滴在喷动床 的床料上。试验表明，在近绝热饱和温度5 ，钙硫比很低的情况下，可以 达到9 0 的脱硫效率。如果该工艺能够大型化的话，无疑可以可以解决半干 法烟气脱硫工艺不能用石灰石作脱硫剂的历史，不仅降低了脱硫剂运行成本， 提高了脱硫剂利用率，而且节省了雾化动力，不失为一种新型脱硫工艺。 ( 5 ) 国内的循环流化床烟气脱硫工艺 在半干法循环流化床烟气脱硫技术中，以浆液的形式喷入脱硫反应塔内 的国内脱硫技术主要有： 山东大学在s d a 、g s a 、c f b f g d 基础上以降低运行成本、提高脱硫剂 利用率及结构优化为目标，开发了双循环流化床烟气悬浮脱硫工艺 ( d c f b f g d ) 2 7 1 ，f 2 8 。系统如图1 3 。 烟气双循环流化床半干法悬浮脱硫装置是一种两级惯性分离、内外双重 循环的烟气循环流化床悬浮脱硫装置。其主要构成：文丘里流化及浓相悬浮 脱硫反应塔、顶部惯性分离器、与分离器配套的下排风式低阻旋风分离器( 或 百叶窗惯性分离装置) 、脱硫灰同送及脱硫剂添加机构。该技术构成了脱硫灰 的内循环、外循环的双重循环特征；构成了两级惯性分离串联的气固分离特 征。在惯性分离器下方的收缩出口结构可以强化循环流化床锅炉出口端头效 山东大学硕士学位论文 应| 2 ，也就增大了内循环。由于在文丘里部位喷浆会使水分在脱硫反应塔上 部蒸发，这不利于脱硫，所以在文丘里卜方采用多层直接喷浆。在喷雾区， 颗粒被涂抹上石灰浆液，大大增加了气液接触面积，s o ：更易于扩散至浆液 表面，而且只要颗粒的湿含量大于临界值，就能使脱硫反应以快速的液相离 子反应进行，塔内中心区域相当于浓相湿法脱硫。至塔出口附近，颗粒干燥 至平衡湿含量，表面自由水不存在，整个旋风分离器的脱硫反应相当于稀相 干法脱硫。因此，这种综合了湿法和干法脱硫机理的系统，可在较低c a s 下， 使得效率与典型的湿法脱硫工艺相当。 在青岛热电厂7 5 t h 煤粉炉上建成了工业示范装置，进行了工业试验研 图卜3 脱硫系统工艺流程： l 、文丘里2 、脱硫反应塔3 、惯性除尘器4 、旋风除尘器 5 、脱硫扶回送装置6 、静电除尘器7 、引风桃 究，脱硫装置的处理烟气量为1 4 0 0 0 0 m 3 h ，在c a s = i 3 时，脱硫效率大于 9 0 。 清华大学在常温循环流化床烟气脱硫试验台上的喷石灰浆试验研究表 明：当c a s = i 4 时，脱硫效率接近8 0 3 0 ) 。 广州中绿环保有限公司在无锡化工厂一台6 5 t h 燃煤锅炉设计建造了一 套循环流化床烟气脱硫装置，烟气处理是为1 2 6 2 0 0 m 3 h ，采用废电石渣为脱 硫剂，当c a s = 1 5 时，脱硫效率可以达到9 0 以上3 1 。 山东大学硕+ 学位论文 1 4 国内半干法脱硫工艺应用概况 近年来，随着我国政府对环境保护工作的日益重视，在制定了一系列政 策、法规的基础上，加大了烟气脱硫的治理力度。在具体实施过程中，除了 组织科研院所进行科研攻关，以开发适合我国国情的、具有自主知识产权的 烟气脱硫外，相继引进了发达国家的多种半干法烟气脱硫工艺。如表1 1 所 示。这些先进脱硫工艺在我国的科研开发过程中起到了重要的示范作用。同 时也应该看到，很多引进项目大多重硬件、轻软件，忽视消化吸收和二次创 新，使得设备运行过程中总出现这样或那样的问题，影响了设备的正常运行。 因此，在半干法烟气脱硫技术的科研开发、设备国产化上，还有很多难题需 要我们去解决。 表1 - 1 我国半干法装置应用情况 脱硫效 实施单位脱硫工艺规模投运时间设计单位 率( ) 沈阳黎明旋转喷雾干燥3 5 t ，l l 锅炉丹麦n i r o 公司 8 51 9 9 0 仨 公司电厂( s d a )5 0 0 0 0 n m 3 h 四川自马旋转喷雾干燥 7 0 0 0 0n m 3 h8 01 9 9 0 篮 西南电力设计院 电厂( s d a ) 山东黄岛旋转喷雾干燥2 1 0 m w 机组 7 01 9 9 5 生 日本三菱重工 电厂( s d a )3 0 万n m 贵州轮胎炉内喷钙尾部2 0 t h _ t 业层哈尔滨电站设备 增湿活化燃炉8 01 9 9 0 年成套所、北京轻 5 0 0 0 0n m 3 h 工学院 山东德州荷电干式吸收 电厂剂喷射法7 5 t ，h 锅炉 7 51 9 9 5 年美国a l a n c o 公司 ( c d s d 杭卅【钢铁荷电干式吸收 集团第二剂喷射法3 5 t ，1 1 锅炉 7 11 9 9 6 焦 美国a l a n c o 公司 热电厂( c d s i ) 南京下关炉内喷钙氧化 2 1 2 5 m w7 51 9 9 9 芷芬兰f o r t u m 公司 电厂钙活化( l i f a c ) 浙江钱清炉内喷钙氧化 1 2 5 m w6 51 9 9 9 年芬兰f o