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1、 1 循环流化床（CFB）脱硫工艺与循环半干法（NID）的技术经济比较 循环流化床（CFB）脱硫工艺与循环半干法（NID）的技术经济比较 为了客观、公正、科学地对循环流化床（CFB）脱硫工艺与循环半干法（NID）脱硫工 艺的技术经济性进行一个比较全面的比较，澄清一些混淆的概念，本文就关系到工艺选择 的十一项主要技术经济指标，逐一说明如下： 1、1、 一次投资： 一次投资： NID：NID：NID 脱硫工艺采用垂直烟道作为脱硫反应器，高度为 15m20m。烟道内的流速大 于 15m/s，为了使从混合槽内的物料进入垂直烟道内能迅速充满整个横截面，因此 NID 工 艺的烟道设计成扁长形，且一个烟道的
2、处理风量不能大于 30 万 m 3/h，只要烟气流量大于 30 万 m 3/h 就必须将一根烟道分成数根，由于混合槽和配套的消化器与烟道一一对应，这 些设备的数量将成倍增加，系统也随之复杂。 图一：NID 烟道反应器（反应器高不到 20m） 图一：NID 烟道反应器（反应器高不到 20m） NID 反应器反应器 增湿混合器增湿混合器 预电除尘器预电除尘器 脱硫后电除尘器脱硫后电除尘器 底部螺旋底部螺旋 2 CFB：CFB：CFB 脱硫工艺采用专门的流化床塔作为脱硫反应器，塔内的流速控制在5m/s 左 右，塔高为 30m60m。600MW 以下机组，不管多大的规模，均只需一个脱硫塔，相应的工 艺
3、设备也只需一套。 图二：CFB 脱硫塔实物照片（塔高 60m） 图二：CFB 脱硫塔实物照片（塔高 60m） 因此，虽然 CFB 的反应塔直径大于 NID 的反应烟道，且高度是 NID 的两倍以上，但当 机组规模大于 25MW 或烟气量大于 30 万 m 3/h 时，由于同样对应一台机组，NID 工艺需要多 个烟道反应器和相配套的工艺设备，而 CFB 只需一套，因此在成本上相差不大。随着机组 3 规模的扩大，与 NID 相比，CFB 工艺的成本优势将越来越大。 另外，由于 CFB 脱硫工艺所能实现的脱硫率远高于 NID，因此在成本上也无法直接对 比。 2、 喷嘴的位置：喷嘴的位置： NID：N
4、ID：NID 工艺配套的水喷嘴的位置位于除尘器灰斗下的混合槽上，一个混合槽配套 4 根普通自来水压力的水喷嘴，水喷入混合槽内，通过搅拌桨将灰和水混合，为了防止混合 槽底部物料粘接，在混合槽底部通入一股流化风。 （如图三、四所示） 混合了水的物料通过混合槽与烟道反应器之间的法兰口，以溢流方式喂入到烟道反应 器内，将温度降低到脱硫反应所需的温度。由于水压低，水的雾化效果差，加上流化风温 度低，因此混合槽内的颗粒容易抱团，混合后喂入到烟道反应器内的物料粒径大，比表面 积小，吸收剂反应不完全。另外由于物料粒径大，在烟道内停留时间短，物料的水分不容 易蒸发，容易对后续的除尘器产生影响，造成电除尘器极板、
5、极线沾灰或布袋除尘器糊袋。 另外，由于水通过与灰混合后在加入到烟道内来实现降温的目的，不能快速响应烟气 温度的变化，因此当烟气温度降低，物料的蒸发效果更差，更容易对后续的除尘器产生影 响。 4 图三：NID 水喷嘴安装位置图 图三：NID 水喷嘴安装位置图 图四：NID 水喷嘴的试验照片 图四：NID 水喷嘴的试验照片 安装位置安装位置 混合槽混合槽 5 CFB：CFB：CFB 工艺配套的水喷嘴插在流化床脱硫塔的流化段，一个脱硫塔配套一只专门的 高压回流式水喷嘴，水的雾化效果好，雾滴粒径小于 50，加上喷入的区域位于流化床脱 硫塔颗粒密度和湍动能最大的区域，雾化水以具有巨大表面积的激烈湍动的颗
6、粒为载体， 通过颗粒之间激烈的碰撞和磨擦， 得以迅速蒸发， 使烟气温度降低到脱硫反应所需的温度。 这种喷水方式，水量受烟气温度的直接控制，对温度变化的响应速度快，因此不会出现颗 粒过湿现象，对后续的除尘器不会产生不利的影响。如图五所示。 图五：烟气循环流化床（CFB）脱硫工艺配套的回流式水喷嘴示意照片 图五：烟气循环流化床（CFB）脱硫工艺配套的回流式水喷嘴示意照片 3、 反应器内粘结：反应器内粘结： NID：NID：NID 垂直反应烟道内的流速高于 15m/s，因此 NID 的反应烟道内壁一般不会粘 结，但由于 NID 工艺的物料再循环是通过混合槽口溢流的方式进入道反应烟道内，在混合 槽口设
7、有一块溢流导向分布板，气流遇到分布板产生涡流，不能有效地冲刷分布板，因此 分布板上的一些部位容易粘结一些物料。 NIDNID 工艺的粘结主要发生在增湿混合器中。众所周知，不脱硫除尘器的灰斗如果保温 6 不好或加热器损坏，灰斗内的粉煤灰常常灰发生搭桥、堵灰。在增湿器内，飞灰+脱硫副 产物+石灰+消石灰+水（35%）搅拌，与混凝土搅拌相似（混凝土含水 6%） 。由于水量与 烟气温度、物料的特性密切相关，在搅拌死角非常容易出现粘结物，这些粘结易在混合槽 内凝固并粘结在混合槽的壁上和角落。如图六、七所示。 位于烟道内的分布板 加水 CaO 灰 烟道烟道 图六：图六：NIDNID 工艺的混合槽示意图工艺
8、的混合槽示意图 图七：图七：NIDNID 工艺的混合槽实物图工艺的混合槽实物图 7 从图七上可以看出，由于增湿混合器通过法兰直接与烟道相连，一旦增湿混合器内出 现粘结，必须停炉清除，对锅炉的正常运行带来了非常大的危害。 增湿混合槽内的凝结物料，通过溢流进入到反应烟道内后，气流无法托起的较重的凝 结物料，将直接掉落到烟道底部，这就是 NID 在烟道反应器底设置螺旋输送机，不间断地 往外排料的原因。烟道底部外排物料造成系统复杂、可靠性下降，还造成了吸收剂的大量 浪费。 CFB：CFBCFB：CFB 工艺采用 40bar 的高压水通过返回式雾化喷嘴，将直径在 50u 左右的雾化水 注入到循环流化床激
9、烈湍动的高浓度颗粒床层内，在非常小的床层空间内瞬间完成水的汽 化（距喷嘴 1.0m1.5m 外不存在温度梯度） 。另外，脱硫塔内不设任何的管撑，因此循环 流化床脱硫塔内不存在粘结问题。山西榆社电厂 300MW 机组配套的流化床脱硫塔，使用 一段时间后停炉检查，塔内没发现任何的粘结现象。 4、 对脱硫后除尘器的影响对脱硫后除尘器的影响 NID：NID：由于 NID 工艺采用烟道作为反应器，从增湿混合器加水混合后进入到烟道反应 器的含水率为 3%5%的物料，与烟气一起以 15m/s 以上的流速通过烟道反应器，在烟道 反应器内的停留时间只有 1 秒左右，物料的水份很难得到有效的蒸发。如果后续配套的是
10、 电除尘器，则采用被捕集的物料很容易粘结极板、极线上，导致电除尘器效率下降；如果 后续配套的是布袋除尘器，则不能有效蒸发的物料将造成布袋除尘器糊袋，导致布袋除尘 器阻力急剧上升，严重的话将造成锅炉被迫停炉。 如上所述，NIDNID 工艺采用水与物料增湿混合后再进入到烟道反应器，这种方式对烟气 温度变化的响应存在较大的滞后，因此在锅炉负荷变化的情况下，布袋除尘器糊袋的情况 将更严重。 CFBCFB：由于 CFB 工艺采用 40bar 的高压水通过返回式雾化喷嘴，将直径在 50u 左右的 雾化水注入到循环流化床激烈湍动的高浓度颗粒床层内，雾化水以剧烈运动的、拥有巨大 比表面积的颗粒为载体，得到迅速
11、的蒸发，加上颗粒在塔内的上升速度为 1m/s，在塔内的 停留时间达 30 秒以上，因此，经脱硫塔排出的物料的含水率很低，不会对后续的除尘器 产生不利的影响。 8 如上所述，CFB 工艺的降温水通过高压喷嘴，直接注入到脱硫塔内，注水量直接受烟 气温度控制，因此对烟气温度变化的响应不存在滞后的问题，锅炉负荷变化不会影响物料 的有效蒸发。 5、 反应器体积：反应器体积： NID：NID：NID 采用烟道作为反应器，烟道高度为 15m20m，烟道截面宽度小于 4m，厚度 小于 1.5m 左右。 NIDNID 的烟道截面宽度不能大于 4m 的原因是：混合槽喂料口通过法兰直接与烟道相连， 烟道的宽度尺寸略
12、大于混合槽的长度尺寸，混合槽的宽度由于机械结构的原因，不能设计 得过大，加上为了烟道内气流均匀分布的原因，烟道截面宽度尺寸也不能设计的太宽。 NIDNID 的烟道截面厚度不能大于 1.5m 的原因是：因为烟道的高度只有十几米，烟气流速 大于 15m/s，烟气在烟道反应器内的停留时间只有 1 秒左右。混合槽内的物料通过烟道喂 料口进入到烟道内，必须在很短的距离内充满整个烟道，不然将有一部分的吸收剂还没有 与烟气接触和反应就排出到后续的除尘器。由于 NID 的烟道截面尺寸受到限制，所以烟气 量大于 30 万 m 3/h 时，需配套多个烟道反应器。 CFB：CFB：CFB 的流化床脱硫反应塔内的流速
13、控制在 5 m/s 左右，为了保证物料和烟气的基 础时间大于 6 秒以上，因此塔径和高度大于 NID。参见图二 CFBCFB 反应塔的体积大于 NID 反应烟道， 只能说明 CFB 的较 NID 可获得更高的脱硫效率。 6、 反应器压降：反应器压降： 反应器压降主要由两部分构成，一部分是固有压降，主要由烟气通过反应器不同的阻 力系数的几何结构产生的烟气压降；另一部分是物料喂入反应器内产生的物料压降，反应 器内有多少物料，对应的压降也就有多少。要求脱硫效率越高，物料量就需要越多，压降 就越大。 NID：NID： 主要是 NID 烟道反应器的下部入口是一个急弯的扁长矩形的 U 形结构 （见图一）
14、， 烟气通过这一部位时产生的阻力损失较大。另外，由于 NID 的反应烟道出口浓度为 1000g/m3，如此高浓度的大质量流烟气，以 15m/s 高速急弯变向进入后续的除尘器时，产 生的烟气压降也较大。 CFB：CFB：CFB 工艺的烟气压降主要为烟气通过文丘里时产生的，这部分的压力损失大于 9 NID 的弯头损失。由于烟气在垂直脱硫塔内的流速只有 5m/s，因此烟气在其它部位产生的 压降较小。CFB 的几何压降略高于 NID。 NIDNID 工艺整个烟道反应器内的颗粒浓度分布上下基本都一样，由于经混合槽内事先与 水混合后的颗粒粒径较大，单位体积的颗粒表面积小； CFBCFB 工艺流化床脱硫塔内
15、的颗粒浓 度分布下大上小，文丘里出口部位的浓度是脱硫塔顶部出口浓度十数倍，水直接注入到反 应塔内气固激烈湍动的高颗粒密度区，水分蒸发效果好，颗粒不会团聚，颗粒物的表面积 大。 因此，假设相同的脱硫效率， NID 的反应器内需要更多的颗粒总量，物料压力降自 然也就大于 CFB。 因此，综合几何压力损失和物料压力损失，CFB 与 NID 相当。 7、 循环倍率：循环倍率： 为了获得高的脱硫率，脱硫反应器内必须保持较高的颗粒密度，加上吸收剂颗粒经过 反应器一次很难完全反应，因此必须通过循环的方法让吸收剂多次通过反应器。所谓循环 倍率，通俗地说就是吸收剂颗粒在脱硫反应器内的总停留时间除于单程停留时间所
16、得的 值。 实际上用循环倍率的大小来说明与脱硫率高低的关系并不全面，反映脱硫率高低和吸 收剂利用率的关键指标是吸收剂在反应器内的总停留时间。停留时间越长，吸收剂的利用 率越高、相应的脱硫率也越高。 NID：NID：在 NID 烟道反应器中，由于颗粒与烟气之间没有相对的滑落速度，均以 15m/s 18m/s 的速度通过烟道反应器，对于 50MW 机组，其配套的反应器的高度不大于 15m，颗 粒一次通过反应器的停留时间是 1 秒左右，NID 工艺往往宣称其循环倍率高达 200 次，但 即使循环 250 次，总的停留时间只是 250 秒。 CFB：CFB：在 CFB 脱硫塔中，烟气流速为5m/s，由于气固间有很大的滑落速度，颗粒上行 平均速度约为 1.0m/s，对于 50MW 机组，CFB 塔高约40m 左右，颗粒一次通过反应器的 停留时间40 秒，即使只循环 50 次，总的停留时间却高达 2000 秒左右。 8、 运行费用：运行费用： 脱硫系统的运行费用主要由电耗和吸收剂的消耗费用。 脱硫系统中，除尘器的电耗占了大部分，其余的工艺设备的电耗所占分额较小。由于 1
