烟气循环流化床脱硫技术的试验研究.doc

烟气循环流化床脱硫技术的试验研究前言 烟气循环流化床脱硫是八十年代后期开发的一种新的脱硫技术，该技术具有投资少、占地小、结构简单、易于操作，兼有高效除尘和烟气净化功能，运行费用低等特点，因而，国内外许多研究单位对该技术的反应机理、反应过程的数学模型等进行了理论和实验研究1-4。为了尽快把烟气循环流化床脱硫技术进行国产化，用于中国燃煤炭电站烟气脱硫，在国家电站燃烧工程技术研究中心建立了烟气循环流化床脱硫热态试验装置。通过把（CRF）燃烧试验装置与烟气循环流化床脱硫热态试验装置相结合就可以对不同煤炭种的烟气循环流化床脱硫进行试验研究。本文利用实际煤炭种燃烧所产生的烟气，通过试验研究的方法对脱硫剂的不同加入方式、不同脱硫剂、反应器内温度、反应器内循环灰物料浓度、钙硫比以及反应器内流速等因素对脱硫率的影响进行了研究，在试验研究的基础上，找出影响脱硫效率的主要因素，给出最佳的脱硫工艺路线，为大型热态试验以及实际工程设计提供数据。 2 试验系统 烟气循环流化床脱硫试验系统由烟气源的煤炭粉燃烧装置CRF（Combustion Research Facility）和循环流化床脱硫烟气（FGD-CFB）试验装置组成。煤炭粉燃烧装置是用来对试验煤炭种进行燃烧来产生所需要的烟气，该燃烧装置可以提供烟气量为300600Nm3/h、温度为140-180的烟气。煤炭粉燃烧装置主要由制粉系统、燃烧系统、数据采集和控制系统以及烟气取样在线系统组成，通过对煤炭粉燃烧装置进行调节来满足烟气循环流化床脱硫试验的要求。 烟气循环流化床脱硫试验装置系统示意图如图1所示，主要包括： 1) 循环流化床反应器，循环流化床反应器高度为16m，直径为160mm； 2) 由引风机、调节风门和管道组成的烟气引风系统； 3) 由两级旋风分离器、布袋除尘器、锁气器和管道组成的物料分离系统； 4) 由循环灰斗、星型给料机和反应剂螺旋给料机组成的物料回送及填料系统； 5) 由水槽、浆槽、计量泵、软管泵、空压机及喷嘴等组成的喷水雾化系统； 6) 由在线烟气成分分析系统、温度测量、压力测量、PLC、工业计算机组成的数据采集系统。 从煤炭粉燃烧装置产生的实际烟气通过引风机进入反应器，再经过一级、二级旋风除尘器，最后通过引风机从烟囱排出。脱硫剂为从回转窑生产的高品质石灰粉，用螺旋给粉机按给定的钙硫比连续加入。旋风除尘器除下的一部分脱硫灰经循环灰斗和螺旋给灰机进入反应器中再循环。在文丘里管中有喷水雾化装置，通过调节水量来控制反应器内温度。脱硫系统的压力损失由布置在反应器入口前、旋风除尘器后以及反应器内的压力传感器进行在线测量，利用布置在反应器内不同高度、反应器入口和出口的温度传感器进行整个系统的温度测量；试验过程中，采用德国TESTO公司生产的TESTO350烟气成分分析仪测量进口烟气成分（烟气成分包括SO2、CO、NO、和O2），采用德国西门子公司生产的U-23在线分析仪测量出口烟气成分。整个系统的脱硫效率定义为为在特定含氧量条件下，进出反应系统的烟气中的SO2折算浓度之差与进入系统的烟气中的SO2折算浓度之比。采用的干脱硫剂有生石灰（CaO）和熟石灰（Ca(OH)2），脱硫剂的加入方法均采用变频调速螺旋加入和计量。干脱硫剂螺旋给料量标定结果如图2所示。在本试验中，循环物料的浓度通过控制循环物料返回系统的流量来控制，固体循环床料螺旋标定结果如图3所示。3 试验结果及分析 试验过程用燃煤炭为合山煤炭与抚顺煤炭的混煤炭，其混合比例为2：1，混煤炭的煤炭质分析如表1所示。试验过程中，反应器入口烟气温度控制在160180，烟气量为400600Nm3/h，入口烟气二氧化硫浓度为37144286mg/m3（O2=10%左右时）。 试验过程中，对烟气循环流化床脱硫系统进行了阻力测试，并在该试验装置上，对反应器内温度（喷水量）、钙硫比、循环灰浓度、烟气流速影响脱硫效率的因素进行了多工况的试验，也对在反应器内加入不同脱硫剂和循环灰并喷雾增湿及喷浆脱硫方法进行了比较试验。下面分别对上述试验结果进行讨论。 3.1 烟气循环流化床脱硫系统阻力 在烟气循环流化床脱硫试验装置上对单相和两相流动阻力进行了试验，反应器底部为Y型排渣装置，其系统阻力试验结果如图4所示。由图可以看出，单相流动时，其系统压力损失随着流量的增加而增大，系统压力损失与流量基本为二次方关系。对于两相流动，随着流量的增加，其系统阻力增大。当流量相同时，系统两相流动阻力要比单相系统阻力大。3.2 各种因素对脱硫效率的影响 图5是以活性石灰为脱硫剂，采用喷水降温，在钙硫比、反应器内流速一定时，反应器内循环物料浓度时分别为1500g/m3，1700g/m3，2000g/m3时的脱硫效率与反应温度之间的关系曲线。由图5可以看出，当钙硫比、循环物料浓度一定时，脱硫效率随着反应器内温度的下降而上升（或随着喷水量的增加而增大）。反应器内温度对脱硫效率的影响实际上是通过系统出口烟气温度与绝热饱和温度的差值T来实现的。T在很大程度上决定了液膜的蒸发干燥特性和脱硫特性，从脱硫角度来看，T越小越好，因为液膜蒸发缓慢，存在时间延长，SO2与脱硫剂的反应时间增加，脱硫剂利用率和脱硫效率都能得以提高。但系统出口温度过低会对整个系统运行不利。图6是以CaO为脱硫剂，采用喷水降温，在反应器内流速、循环物料浓度一定时，试验温度分别60、65、75时钙硫比与脱硫效率之间的关系曲线。由图6可以看出，当反应器内温度、速度和循环物料浓度一定时，随着钙硫比的增加，系统脱硫效率增大。在钙硫比较低时，脱硫效率随着钙硫比的增加而上升很快，但钙硫比达到1.4后，脱硫效率随着钙硫比的增加趋缓。因此，在实际设计时，为了达到一定脱硫效率，必须要合理地选用钙硫比，这样才能充分地利用脱硫剂。 图7是以CaO为脱硫剂，采用喷水降温，当钙硫比、反应器内流速一定时，试验温度分别为70、75时循环物料浓度与脱硫效率之间的关系曲线。由图7可以看出，随着反应器内循环物料浓度增加，系统脱硫效率增加。循环物料浓度越高，循环倍率越大，则反应器内脱硫剂含量越大，因此系统脱硫效率越高。此外，随着循环物料浓度的增加，脱硫剂与循环物料粒子之间碰撞、摩擦机会加大，使脱硫剂露出新鲜表面，扩大了脱硫剂有效反应表面积，从而提高了脱硫剂的反应效率。4 结论 1) 通过对烟气循环流化床脱硫试验研究表明，影响脱硫效率的主要因素为反应器内温度、钙硫比和循环灰物料浓度，当选择合适反应器温度、钙硫比和循环灰物料浓度时，烟气循环流化床脱硫系统的脱硫效率可达85%以上； 2) 通过烟气循环流化床脱硫的试验研究，找出影响脱硫效率的主要因素以及最佳的工艺运行参数，为大型热态试验以及实际工程设计提供数据。 3) 通过运行试验表明，此种FGD-CFB工艺具备了多种脱硫技术的优点，是用于燃煤炭电站烟气脱硫优选技术之一。 参考文献 1. 樊保国等，循环流化床烟气脱硫机理研究，环境科学，1998，19（3）：14-17。 2. 潭忠超，项光明等，循环流化床排烟脱硫模型，环境科学，1999，20（3）：21-25。 3. 吴颖海，张建平等，变速循环流化床烟气脱硫实验和机理分析，环境科学，2000，21（2）：54-57 4. 吴颖海，冯斌等，循环流化床烟气脱硫的实验及其数学模型，热能动力工程，1999，14（4）， 284-286 5. James K Neathery, Model for flue gas desulphurization in a circulating dry scrubber, AIChE. Journal, 1996,42(1): 259-268. 作者简介 李振中，男，教授，1956年10月生，国家电站燃烧工程技术研究中心，常务主任。