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1、1 烟气循环流化床脱硫CFB-FGD 技术简介1. 概况烟气循环流化床 (CFB)脱硫技术在最近几年中已有所发展，不但用户增多，而且系统的烟气处理能力也比过去增大了，达到950,000Nm3/h ，用于 300MW 机组的烟气脱硫系统。目前，已达到工业化应用的主要有三种流程, 它们是：1. 由德国 Lurgi 公司开发的烟气 CFB 脱硫技术；2. 由德国 Wulff 公司在 Lurgi 技术基础上进行改进后的 RCFB 脱硫技术；3. 由丹麦 F.L.Smith 公司开发的 GSA 烟气脱硫技术。早在七十年代初，擅长于冶金工业工程建设的德国Lurgi 公司就采用了烟气循环流化技术对炼铝设备的
2、尾气进行处理。八十年代中期，由于开始对环境质量的严格控制以及政府的有关法规的强行规定，德国的动力工业对烟气脱硫设备有了巨大的需求。 Lurgi 公司在原来用于炼铝尾气处理的技术的基础上开发了一种新的适用于锅炉和其它燃烧设备的干法烟气脱硫工艺，即烟气循环流化床脱硫工艺。这种工艺以循环流化床原理为基础，通过吸收剂的多次再循环，使吸收剂与烟气接触时间增加，一般可达30分钟以上，从而大大提高了吸收剂的利用效率。这种工艺不但具有干法工艺的许多优点，如流程简单、占地少、投资低以及脱硫副产品呈干态，因而易于处理或综合利用，而且能在很低的钙硫比的情况下(Ca/S=1.1-1.2)达到与湿法工艺相近的脱硫效率(
3、95%)。德国Wulff 公司是一个成立较晚的设计和建造烟气CFB 脱硫工程的小型企业。 它的创始人 R. Graf 原是Lurgi 公司在烟气 CFB 脱硫技术开发方面的主要负责人。脱离 Lurgi 公司后自建了 Wulff 公司，专门从事烟气 CFB 脱硫技术的开发工作，在 Lurgi 技术的基础上开发研制了一种叫做回流式烟气循环流化床的烟气CFB 脱硫技术 , 对烟气 CFB 脱硫技术作了较大的改进，使之更加适用于动力工业( 详见后 )。F.L.Smith公司是丹麦最大的工业企业，在水泥工业及散装物料输送机械制造方面享有很高的声誉。该公司的子公司F.L.Smith Mill专门从事环保设
4、备2 设计和环境工程建设，在静电除尘器及烟气脱硫方面有不少业绩。它们独自开发的气体悬浮吸收 (GSA)烟气脱硫技术在工作原理上和Lurgi 工艺十分类似，并且已在一些垃圾焚烧设备和中小动力锅炉的烟气处理装置上得到了应用。GSA 工艺还作为美国能源部主持的清洁煤技术项目的第二阶段中的一种试验技术在美国的一个 10MW 燃烧装置上进行了试验。下面先对烟气 CFB 脱硫介绍的工作原理进行简要的说明，然后介绍用于电厂锅炉的两个装置的基本情况。2. 烟气CFB 脱硫工艺简介无论是 Lurgi 公司的 CFB 工艺, Wulff公司的 RCFB 工艺还是 F.L. Smith 的GSA工艺，它们在工作原理
5、上都是很类似的。因此我们以Lurgi 公司的 CFB 工艺为基础对烟气 CFB 脱硫工艺作简单的介绍。烟气CFB 脱硫工艺流程由吸收剂制备，吸收塔，吸收剂再循环，除尘器以及仪表控制系统等部分组成，其流程图见图1。烟气CFB 脱硫工艺一般采用干态的消石灰粉作为吸收剂，在特殊情况下也可采用其它对二氧化硫气体有吸收能力的干粉或浆液作吸收剂。由锅炉排出的未经处理的烟气从流化床的底部进入，如果考虑到综合利用的需要，不希望脱硫的副产品与飞灰混在一起，那么必须在吸收塔之前安装一个预除尘器。流化床吸收塔的底部为一个文丘里装置。烟气流经文丘里装置后速度加快，并与很细的吸收剂粉末互相混合。它们之间的相对滑移速度很
6、大, 加上吸收剂颗粒的密度很大，因此颗粒之间、气体与颗粒之间有着剧烈的摩擦，对 SO2的吸收反应的传热传质过程十分有利。吸收剂与烟气中的 SO2反应，生成亚硫酸钙，经脱硫后带有大量固体颗粒的烟气由吸收塔的顶部排出。排出的烟气进入再循环除尘器中，再循环除尘器实图1. 烟气CFB 脱硫工艺流程3 化装置吸收塔静电除尘器烟囱灰除尘器际上是一个机械式除尘器，也可以是一个安装在电气除尘器前面的机械式预除尘器。烟气中的大部分固体颗粒都被再循环除尘器分离出来，被分离出来的颗粒则经过一个中间灰仓返回到吸收塔。由于大部分的颗粒都被循环多次，因此，固体吸收剂在脱硫系统中的滞流时间很长，一般可达三十分钟以上。中间灰
7、仓出灰装置根据吸收剂的供给量以及除尘效率, 按比例排出固体颗粒进入再循环回路。从再循环除尘器排出的烟气如不能满足排放标准的要求，则需要再安装一个除尘器 ( 静电除尘器或布袋除尘器)。经除尘后的洁净烟气通过引风机、烟囱排入大气。以干粉的形式输入流化床吸收塔的吸收剂，同时还要喷入一定量的水以提高气体和固体物的反应能力。对脱硫效率来说，一个很重要的因素是烟温与水露点温度之差，该差值越小则系统的脱硫效率越高。由于吸收剂是干的, 所以注水量与加入的吸收剂的量、烟气的温度以及烟气中的SO2浓度无关。这样就可以使喷水后的烟气温度与水露点十分接近，使得CFB 烟气脱硫工艺可以适用于燃料含硫量从 0.3 -6.
8、5 的各种锅炉（包括燃煤锅炉和燃油锅炉），并在各种运行条件下均有很高的脱硫效率。CFB 工艺的吸收剂是以石灰在现场进行干消化所得到的干的氢氧化钙细粉。由于消石灰粉颗粒很细 , 一般在 10微米以下，因此不需要进行磨细，既节省了购买磨机等大型设备的投资费用，也减少了能源消耗，使运行费用大为降低。4 同时因为 CFB 工艺是一种干法流程，所以不象湿法、半干法那样需要有许多庞大的存储罐和易磨损的浆液输送泵等组成的复杂的吸收剂制备、输送系统，只要一台干消化器用来制备消石灰粉，然后用空气斜槽进行输送就可以了，从而大大简化了工艺流程。在各种负荷条件下， CFB 烟气脱硫系统都能很好地适应. 当负荷从 10
9、0% 变化到10% ，系统称仍能很好地工作，这使得CFB 工艺既能由于调峰机组，又能用于带基本负荷的机组。CFB 工艺所产生的脱硫副产品呈干粉状，非常便于处置。其化学组成与喷雾干燥工艺的副产品相类似，主要CaSO3、CaSO4 以及未反应完的吸收剂 (Ca(OH)2)等构成。脱硫副产品中是否含有大量的飞灰，则取决于在CFB 烟气脱硫系统强是否安装了前级除尘器。 CFB 烟气脱硫系统的脱硫副产品的处置方法也与喷雾干燥的副产品基本相同。 CFB 工艺的副产品在加水后会硬化，硬化后的屈服强度可达15-18N/mm2，压实密度为 1.28g/cm3，而其渗透率则与黏土类似，约为3X10-11。由此可见
10、该副产品的强度与混凝土接近，很适合作矿井回填、道路基础。如能进一步加以开发，可能成为良好的建材工业的原料。典型的 CFB 烟气脱硫反应的脱硫灰的成分如下；飞灰约 60%-70% CaCO3 7%-12% Ca(OH)2 2%-4% CaSO3 12%-18% CaSO4 2%-5% 水 85 86-88(Max.97) SO3 浓度 mg/Nm3 73 75-80图6. RCFB吸收塔工作原理16 2. 物料消耗及其它保证条款Ca/S 化学计量比1.41 1.25 脱硫灰中的活性 CaO 97.3 98.1 该系统累计运行 ( 到1995年3月) 已超过了 10,000小时，系统可用率达到 9
11、8% ：处理后的烟气满足了规定的排放标准 (SO2400 mg/Nm3，尘50 mg/Nm3) ：在运行 10,000小时后对系统的清洁烟气烟道和钢烟囱进行了检查，未发现裸露的钢制部件上有任何可觉察到的腐蚀；运行初期曾在布袋除尘器中与烟气接触的金属部分发现了腐蚀现象，但在17 改进涂料配方后未再出现；由于在 RCFB 吸收塔的入口烟道上增加了脱硫风机，在一定程度上减少了吸收塔压力波动对锅炉负压的影响；电厂对该 FGD 系统的性能十分满意，并计划在1996年对现有的系统作进一步改进，开发名为高级回流式烟气循环流化床(ARCFB) ，希望进一步提高其脱硫效率和脱除其它污染物的能力。4. 经济比较为
12、了比较 CFB 工艺与其它主要烟气脱硫工艺在经济上的优缺点，国外的有关单位作了一些分析研究工作，在相同或可比的条件下，把CFB 脱硫工艺喷雾干燥工艺以及石灰石 - 石膏法的投资与运行费用作了比较，得出了以下的结论。首先， CFB 工艺由于流程比较简单，因此基建投资仅为石灰石-石膏流程的25% 左右。 其次， CFB 流程的固定运行维护费用也比其它两种工艺低许多，这是因为流程简单，所需的维修人工数量很少。综合来看，CFB 工艺的单位容量的投资加运行费用只有石灰石-石膏工艺 60% 。5. 结论根据以上介绍的情况，可以认为该工艺有如下的特点：1) 系统简单，因而投资低、运行费用低、可靠性高；2)
13、脱硫效率高，可与湿法相当；3) 锅炉负荷变化时 , CFB烟气脱硫系统有很好的跟随特性，并且能在很低的负荷工况下工作（ 10100）；4) 占地小，适合于现有电厂的改造；5) 为得到高的脱硫效率和除尘效率，需要在吸收塔内喷水，本工艺的喷水量与脱硫所需的消石灰喷入量无关，因此适用于含硫量范围很宽的燃料（0.5 6.5 ）；18 6) 无论未处理的烟气中的 SO2的含量如何，处理后的烟气总能达到规定的标准；7) 脱硫副产品呈干粉状，便于处置，不会造成二次污染，对综合利用和堆放均非常有利；8) 本工艺除了对 SO2有很高的脱除效率外，同时还可除去100的SO3，HF 、HCl的脱除效率效率均在 90
14、以上；9) 由于CFB 烟气脱硫系统的出口烟温可以通过调剂喷水量进行调整，另外烟气中的SO3含量很低，因此不会象湿法烟气脱硫工艺那样造成对烟囱的腐蚀问题，因而可以不采用湿烟囱设计。这对于现有电厂的烟气脱硫改造非常有利；10) 电耗低，约为湿法工艺的 50；11) 研究表明，如果在吸收剂中加入少量的铁基催化剂，可得到90的脱氮效率，在统一装置中实现脱硫和脱氮的目标。问题与讨论尽管本工艺有许多吸引人的优点，但是也存在一些缺点和待解决的问题：1) 采用石灰作为吸收剂。由于在大多数发达国家中石灰工业十分发达，高质量的商品化石灰飞散容易得到，因此以石灰作为吸收剂不会有任何供应上的问题。但是我国优质石灰的
15、供应尚有不少问题，如石灰品位低、质量不稳定、供应量不足、供应源分布不均，造成运输距离过长、价格过高等。由于石灰对于人体健康有一定的危害，因此采用石灰作为吸收剂必须保证系统有良好的密封和安全措施。否则会给电厂的安全文明生产带来困难。为了解决采用石灰作为吸收剂所带来的问题，目前已经开发了炉内喷钙与CFB 烟气脱硫工艺相结合的炉内喷钙CFB 烟气脱硫工艺。该工艺利用石灰石作为吸收剂，将石灰石粉喷入锅炉炉膛内，在炉内煅烧后生成CFB 工艺所需要的 CaO并吸收烟气中一部分 SO2。CFB 工艺的吸收塔必须设置在空预器和除尘器之间。炉内喷钙 CFB 烟气脱硫工艺已经安装在奥地利的St. Andru 电厂
16、的 100MW 机组上运行了多年。在 Ca/S1.5 时系统的脱硫效率为 85。19 2) 脱硫副产品的综合利用。本工艺的副产品中含有较多量的亚硫酸钙。亚硫酸钙的化学性能不稳定，在自然环境下会逐渐氧化为硫酸钙，同时体积会增大。这就对原有的粉煤灰的综合利用途径受到影响。因此对于CFB 烟气脱硫工艺的副产品必须结合电厂当地的实际情况进行可行性研究，切实做好脱硫副产品的处置或综合利用工作；3CFB 烟气脱硫系统的压降较大。CFB 系统的总压降约为 20003000Pa ，一般现有电厂的引风机的压头裕量不能克服如此大的压降，需要增加心得脱硫风机。高的压降损失还使得运行费用增加；4）CFB 吸收塔的压降波动较大。由于吸收塔内的大量物料不断湍动，因此吸收塔的压降有较大波动，可能会影响锅炉炉膛内的负压的稳定。一般可把脱硫增
