循環流化床半干法煙氣脫硫超凈排放技術分析

張滌宇（中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司，湖南長沙410007）

循環流化床半干法煙氣脫硫超凈排放技術分析

張滌宇（中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司，湖南長沙410007）

現階段，我國正在投入使用的燃煤鍋爐中，大部分已配套有脫硫設施，但隨著環保標準的不斷提高，需要對鍋爐進行脫硫技術進行進一步改造，使其達到超凈排放的目標。本文就半干法脫硫工藝的特點，對循環流化床半干法煙氣脫硫以及超排凈技術進行了簡要的分析，以期為選擇合適的鍋爐煙氣脫硫技術提供參考。

循環流化床；半干法煙氣；脫硫；排放技術

1 引言

循環流化床半干法煙氣脫硫技術，經過技術引進后的完善改進，在脫硫效率上已經有了極大的提升，由當初引進時的85%提升到了95%以上。與目前研究應用較多的氨法脫硫技術相比，循環流化床半干法煙氣脫硫技術不產生新的（NH4）2SO3氣溶膠污染和氨泄漏等問題，同時具有投資少，運行費用低，容易循環回收利用等優點，特別適用于國內為數眾多的燃用中低硫煤鍋爐和高鈣灰鍋爐的煙氣脫硫工程改造，具有廣泛的應用前景。

2 半干法脫硫工藝特點

根據實際工程運行經驗及與濕法脫硫工藝對比可知，半干法脫硫工藝特點如下：

（1）利用鍋爐排出煙塵中含有的大量未完全反應的CaO作為吸收劑，大幅度降低了運行成本，符合循環經濟的要求。循環流化床鍋爐排出的飛灰中含有約30～50%未反應的CaO，隨煙氣進入流化床塔內，在脫硫工藝注水的作用下，利用煙氣流化床所特有的高密度和激烈湍動的顆粒床層所形成的高傳質傳熱速率，迅速消化生成Ca（OH）2，并與煙氣進行高效脫硫反應。先脫硫后除塵，煙溫降低、煙氣化學侵害能力大幅度減弱，濾袋壽命大幅度延長。另外，利用濾餅層還幫助提高了脫硫效率。

（2）由于循環流化床反應塔，具有SO2，SO3，HCI，HF等多組份污染物凈化能力。因此，經流化床塔凈化后的煙氣，大大降低了對布袋除塵器濾料的化學侵害，進一步延長了濾袋的使用壽命。

（3）煙氣循環流化床干法脫硫的煙囪及煙道可以不需要防腐。循環流化床干法脫硫塔內激烈湍動的高密度顆粒床層所形成的巨大吸附表面積，幾乎脫除所有SO3，HCI，HF等酸性氣體。因此，整個脫硫系統及后續的煙囪無需任何防腐，不但大大節約煙囪防腐的投資，還避免了因煙囪實施防腐出現問題而導致的鍋爐機組停運的損失。

（4）節約水資源。對于燃煤電廠，煙氣循環流化床脫硫工藝的操作溫度高于濕法脫硫工藝20℃以上，可較濕法脫硫節水35%左右。特別是，當煙氣中含水量高時，節水更加明顯。另外，通過添加少量的節水劑，進一步激活煙氣中的水含量，可延長吸收劑Ca（OH）2表面的液膜存續時間，大幅度提高脫硫效率，實現高度節水。這一節水技術的開發對我國富煤缺水地區，特別是缺水地區建設大型煤電一體化基地意義重大。

3 循環流化床半干法煙氣脫硫相關概述

3.1 煙氣脫硫基本原理

吸收過程：堿性脫硫劑+SO2=亞硫酸鹽；氧化過程：亞硫酸鹽+O2=硫酸鹽。堿性脫硫劑吸收SO2，先反應形成亞硫酸鹽，再加氧，氧化成為穩定的硫酸鹽，然后將硫酸鹽加工成所需產品。

3.2 煙氣脫硫脫硫方法

煙氣脫硫的技術方法種類繁多。以吸收劑的種類為標準，可分為鈣法、氨法、鎂法、鈉法、有機堿法、活性炭法和海水法等。目前使用最多是鈣法，氨法次之。鈣法有石灰石-石膏法、噴霧干燥法、爐內噴鈣法，循環流化床法、爐內噴鈣尾部增濕法和GSA懸浮吸收法等，其中用得最多的是石灰石-石膏法。氨法包括硫按法、聯產硫錢和硫酸法和聯產磷按法等，以硫按法為主。按工藝特點又主要分為濕法煙氣脫硫、干法煙氣脫硫和半干法煙氣脫硫。

3.3 煙氣脫硫技術介紹

3.3.1 石灰石-石膏法

該工藝技術成熟，效率高，鈣硫比低，運行可靠，操作簡單。但脫硫及后續除塵均在濕式環境下，系統存在腐蝕、結垢及堵塞等問題，且有廢水產生。脫硫產物的處理比較麻煩，煙溫降低不利于擴散，傳統濕法的工藝較復雜，占地面積、整體投資及運行成本高。

該技術主要適用于燃用中、高硫煤的熱電廠煙氣脫硫。鍋爐煙氣污染物達到超凈排放標準的協同治理技術路線一般為：低氮燃燒器、煙氣脫硝裝置+煙氣冷卻器+低低溫電除塵器+高效除塵的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置+濕式電除塵器+煙氣再熱器+煙囪。其工藝示意圖如圖1所示。

圖1 石灰石-石膏法工藝圖

3.3.2 氨 法

該工藝采用堿性較強的氨水作為吸收劑，與鈣基吸收劑相比，脫硫效率高、操作彈性大。脫硫副產品硫酸銨是1種常用肥料，可彌補部分運行費用。氨水和硫酸按溶液處在1個封閉的循環回路中，不產生任何廢水等二次污染，可協同脫除部分NOX，但氨易揮發，首先要解決氨逃逸問題。另外易形成亞硫酸錢氣溶膠也是氨法煙氣脫硫技術的短板。

該技術適用于中、高硫煤的煤粉爐，特別適用于合成氨等化工企業鍋爐煙氣脫硫。鍋爐煙氣污染物達到超凈排放標準的協同治理技術路線與石灰石—石膏濕法煙氣脫硫技術類似。

3.3.3 循環流化床

該技術又被稱為循環流化床半干法煙氣脫硫技術即CFB技術，以循環流化床原理為基礎，不但具有干法脫硫工藝的優點，如流程簡單、占地少、投資少、不需煙氣再熱系統、可去除重金屬和SO3、副產品為干態可綜合利用等，而且還能在很低的鈣硫比條件下，達到濕法工藝的脫硫率。鍋爐煙氣污染物達到超凈排放標準的協同治理技術路線一般為：低氮燃燒器、煙氣脫硝裝置+循環流化床半干法脫硫除塵一體化超凈排放技術。

該技術特別適用于循環流化床鍋爐的煙氣二次脫硫。20世紀80年代中后期，德國Lurgi公司研究的循環流化床煙氣脫硫工藝（干法），以循環流化床原理為基礎，通過脫硫劑的多次再循環，使脫硫劑與煙氣接觸時間增加，一般可達30min以上，從而提高了脫硫效率和脫硫劑的利用率。它不但具有干法脫硫工藝的優點，如流程簡單、占地少、投資小及副產品可綜合利用等，而且還能在很低的鈣硫比[m（Ca/S）=1.2～1.5]條件下，達到濕法工藝的脫硫效率（93～97%）。循環流化床煙氣脫硫是一種適合我國國情的脫硫技術，它不僅適合大型，而且對中小型工業鍋爐的SO2污染治理也是一種理想的方法。而我國云南小龍潭發電廠引進FLS公司的GSA工藝已在1臺100MW燃煤機組上投入運行。Wulff公司的RCFB工藝也在廣州恒運集團公司的1臺210MW機組上投入運行。LLB公司正與有關公司商談，擬在1臺300MW的燃煤機組上建設CFB脫硫工藝。

3.3.4 NID技術

NID技術即是所謂的干法煙氣脫硫技術，其應用粉狀或粒狀吸收劑、吸附劑或催化劑來脫除煙氣中的SO2。干法煙氣脫硫定義：噴入爐膛的CaCO3高溫煅燒分解成CaO，與煙氣中的SO2發生反應，生成硫酸鈣；采用電子束照射或活性炭吸附使SO2轉化生成硫酸氨或硫酸，統稱為干法煙氣脫硫技術。NID煙氣脫硫工藝的獨特之處在于將水均勻分配到消石灰和循環灰粒子表面，使其水分含量增加到5%，既有較好的流動性，又克服了傳統半干法煙氣循環流化床脫硫工藝可能出現的粘壁問題。其中CFB技術與NID技術之間的對比如表1所示。

表1 CFB與NID脫硫技術對比

4 循環流化床煙氣脫硫超凈排放技術

4.1 技術優勢

循環流化床煙氣脫硫工藝又稱之為GSA法煙氣凈化系統，其是以循環流化床原理為基礎，以干態消石灰粉Ca（OH）2為脫硫劑，通過脫硫劑的多次循環，使脫硫劑與煙氣接觸時間增加，一般可達30min以上，從而提高了脫硫率和脫硫劑的利用率。

4.2 反應過程

循環流化床脫硫塔內的化學反應非常復雜，增濕的煙氣與噴入的消石灰吸收劑強烈混合，煙氣中大量的SO2和極少量的SO3與Ca（OH）2反應生成CaSO3和CaSO4，部分CaSO3與煙氣的過剩氧生成CaSO4。一般認為消石灰、工藝水和燃煤煙氣同時進入流化床中。煙氣中的CO2，SO3，HCl和HF等酸性氣體也會同時被Ca（OH）：脫除，而且SO3和HCl的脫除率高達95%，遠大于濕法脫硫工藝中SO3和HCl的脫除率，總反應為：

4.3 工藝原理及流程

典型GSA法煙氣凈化系統原理圖如圖2所示。該系統由脫硫劑制備、脫硫塔、脫硫劑再循環和布袋除塵器組成。經脫硝工藝完成NO、脫除后，未經或經除塵后的煙氣從脫硫塔下部進入，脫硫塔下部為文丘里管，煙氣在喉管得到加速，在漸擴段與加入的干消石灰粉和噴入的霧化水劇烈混合，在塔內煙氣與流化狀態的脫硫劑充分接觸，在噴水降溫共同作用下，煙氣中SO2，SO3，HCl和HF等酸性氣體被完成反應脫除，再經過旋風分離器及布袋除塵器，最后通過引風機從煙囪排出。同時，湍動流化床塔內，煙氣中細微粉塵顆粒和重金屬汞等物質通過凝并作用，匯集成較粗顆粒，進入后級配套布袋除塵器后，利用織密濾袋及表面濾餅層過濾脫除。脫硫劑為生石灰消化后的消石灰，經螺旋給料機按給定的鈣硫比連續加入。布袋除塵器除下的一部分脫硫灰經循環灰斗和螺旋給灰機進入反應器中再循環。在文丘里管中有噴水霧化裝置，通過調節水量來控制反應器內溫度。

圖2 GSA法煙氣凈化系統原理圖

4.4 技術應用

脫硫技術的成熟程度是具體工程選擇的重要依據之一，只有成熟的、已商業化運行的系統才有可能保障今后運行的可靠性，所以選擇脫硫技術時必須考慮該脫硫技術裝置的運行業績，一般要求在同類相當規模的鍋爐上至少有2a及2臺以上的運行經驗。

5 結語

總而言之，在脫硫工程建設中，脫硫技術種類繁多，項目的具體情況決定一種脫硫技術的適應性，項目所在地的環保法規、環境狀況、環境容量與外部資源、燃煤鍋爐的容量、硫分、副產品處置、建設難度等重要因素決定了脫硫技術的選擇。因此，脫硫技術的選擇除考慮脫硫工藝自身技術因素外，還要根據項目的具體要求，因地制宜、因廠制宜，選用最適用的工藝。

[1]黃敏清，朱小兵.“循環流化床半干法”實現超潔凈排放[J].中國石化，2015（9）：57.

[2]丁彩麗，焦志波，劉立考.循環流化床半干法煙氣脫硫超凈排放技術分析[J].西部煤化工，2015（2）：32～34.

[3]王雪峰.淺析循環流化床半干法煙氣脫硫工藝與技術[J].礦業工程，2015（3）：30～32.

X701.3

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2095-2066（2016）05-0041-02

2016-1-20

張滌宇（1986-），男，工程師，主要從事常規火力發電廠鍋爐專業設計工作。