干法脫硫在電廠的運用
摘要：本文結合福建龍凈環保公司引進德國LLAG 公司的煙氣循環流化床（CFB- FGD）干法脫硫技術在甘肅金川熱電廠 2×N150MW 機組的大型化應用實例，介紹大型化CFB- FGD 工程的特點、工作原理及系統組成及干法脫硫技術在火力發電廠中的應用優勢。
關鍵詞：干法脫硫,電廠,運用
我國是燃煤大國，連續多年SO2排放總量超過2000萬噸，已成為世界上最大的排放國。煙氣脫硫是控制SO2 排放最有效、最經濟的手段。由于煙氣脫硫系統的投資和今后的運行、維護費用較高，因此如何因地制宜地選擇相適應的脫硫工藝，以降低投資和運行費用是一件非常重要的決策工作。
目前，我國大型火電廠煙氣脫硫主要采用國外應用較成熟、業績較多的石灰石/石膏濕法工藝和近幾年引進的煙氣循環硫化床干法脫硫工藝，但由于濕法工藝系統復雜、投資較大、占地面積大、耗水較多、運行成本較高，國內企業越來越迫切需要投資少、運行成本低、效率高的煙氣循環流化床干法脫硫工藝（CirculatingFluidized Bed Flue Gas Desulphurization，簡稱CFB- FGD）。煙氣循環流化床脫硫工藝與石灰石－石膏濕法脫硫工藝相比，其主要特點如下：
1)脫硫裝置前無需安裝高效預除塵器；
2)脫硫副產物為干灰；
3)無需煙氣再熱裝置（始終在煙氣露點溫度以上運行）；
4)幾乎100％脫除SO3的酸性氣體，脫硫下游裝置煙氣無酸露點，因此下游裝置無需防腐；
5) SOx脫除率可達90％以上；
6)脫硫塔無需加內襯，采用普通碳鋼材料即可，煙囪也無需防腐；
7)占地面積小；
8)不受煙氣負荷限制，對鍋爐負荷適應性強，運行負荷范圍為0～100％；
9)控制簡單；
10)無廢水產生；
11)一次投資及運行費用低。
由于CFB- FGD干法脫硫工藝具有節水、節能、煙氣無需再熱、煙囪無需防腐、脫硫除塵一體化等優點，應用在我國缺水地區和低硫煤地區大型火電機組煙氣脫硫上，呈現出了良好的技術經濟性。
CFB- FGD工藝以循環流化床原理為基礎，采用生石灰或消石灰為脫硫劑。主要由脫硫塔、脫硫除塵器、吸收劑制備、物料再循環及排放、工藝水、儀表控制等六個部分組成。
鍋爐煙氣從脫硫塔的底部與加入的吸收劑和脫硫灰混合后，通過文丘里管的加速而懸浮起來，形成激烈的湍動狀態，使顆粒與煙氣之間具有很大的相對滑落速度，顆粒反應界面不斷摩擦、碰撞更新，極大地強化氣固間的傳熱、傳質。同時通過向脫硫塔內噴水，濕潤顆粒表面，煙氣冷卻到最佳的化學反應溫度。此時煙氣中的SO2和幾乎全部的SO3，HCl，HF等酸性成分被吸收而除去，生成CaSO3·1/2 H2O等副產物。主要化學反應是：
Ca(OH)2+ SO2=CaSO3·1/2 H2O +1/2 H2O
Ca(OH)2+ SO3=CaSO4·1/2 H2O +1/2 H2O
CaSO3·1/2 H2O+ 1/2O2=CaSO4·1/2 H2O
2Ca(OH)2+ 2HCl=CaCl2·Ca(OH)2·2H2O
Ca(OH)2+ 2HF=CaF2 + 2H2O
Ca(OH)2+ CO2=CaCO3 + H2O
為了降低吸收劑的耗量和穩定流化床的運行，脫硫除塵器收集到的脫硫產物循環回脫硫塔進一步參加反應。由于脫硫塔內具有較高顆粒的床層密度，使得床內的Ca/S比高達50以上， SO2可以得到充分反應。通過控制吸收劑的加入量以及物料與煙氣的接觸時間，可獲得90～98％的穩定SO2脫除效率及99％以上的SO3、HCl、HF脫除效率。由預熱器出來的煙氣進入脫硫塔文丘里底部，在此，煙氣中的酸性氣體如SO3，SO2，HCl，HF 與加入的消石灰反應生成相應的副產物。最佳的反應溫度為高于水露點溫度20～30℃，煙氣的降溫是通過安裝在脫硫塔錐形段的水噴嘴噴水降溫。反應物隨煙氣從脫硫塔頂部進入下游除塵器，下游除塵器可以是布袋除塵器也可以是電除塵器，皆可滿足除塵要求。大部分的脫硫灰通過空氣斜槽循環回脫硫塔進行再反應。為了維持物料平衡，一部分的脫硫灰將作為脫硫副產物排放。脫硫除塵器凈化的清潔煙氣通過引風機，進入煙囪排放。為了使脫硫系統在低負荷時穩定運行，將清潔煙氣循環回脫硫塔上游，以便維持吸收塔最低的煙氣量。
CFB- FGD脫硫塔內的粉塵濃度較高，大概是1～10 公斤 /m3，但僅為CFB鍋爐濃度的十分之一。值得注意的是，并不是所有流態化的高粉塵濃度系統都是循環流化床，如濃相氣力輸送同樣也是一個高粉塵濃度系統，但不是循環流化床。只有具備高滑落速度（氣流速度與物料速度的差值）才是循環流化床的標志性特征。另外，循環流化床內粉塵濃度分布呈上稀下濃狀。
1 脫硫塔
脫硫塔為文丘里空塔結構，是整個CFB脫硫反應的核心。由于煙氣中幾乎所有的SO3完全被脫除，且煙氣溫度始終高于露點溫度20℃左右，因此脫硫塔內部及下游設備無需任何防腐，塔體由普通碳鋼制成即可。干法脫硫屬于氣固兩相反應，塔內的氣固兩相流產生最大的氣固滑落速度，增強氣固之間的傳質、傳熱，煙氣停留時間要保證5 秒以上，以確保良好的脫硫效果，為適應大型化應用，脫硫塔流化床的入口采用七個文丘里管結構。
2 脫硫除塵器
脫硫除塵器采用高粉塵濃度的電除塵器（或布袋除塵器），由于物料的不斷循環使脫硫除塵器的入口粉塵濃度高達600～ 1000g/Nm3，是常規電除塵器的20～30倍，為了滿足50mg/Nm3的煙塵排放要求，脫硫除塵器的除塵效率必須到達99.99%以上。
3 吸收劑制備系統
CFB- FGD所需的脫硫劑一般為Ca(OH)2，其來源有兩種方式：一是直接采購符合要求的消石灰Ca(OH)2粉，二是采購滿足要求的粉狀CaO由密封罐車運到脫硫島并泵入生石灰倉。然后經過安裝在倉底的干式石灰消化器消化成Ca(OH)2干粉，通過氣力輸送至消石灰倉儲存。根據脫硫需要，通過計量系統向脫硫塔加入Ca(OH)2干粉，生產的消石灰粉含水率低于1.5%。
4 物料再循環及排放系統
脫硫除塵器收集的脫硫灰大部分通過空氣斜槽返回脫硫塔進行再循環，一般設有兩條循環空氣斜槽，通過控制循環灰量調節脫硫塔的壓降；清潔煙氣再循環系統，通過電動調節閥流量的調整，控制再循環煙氣量，保證脫硫系統在低負荷時穩定運行；在脫硫除塵器的灰斗總共設有2 個外排灰點，采用正壓濃相氣力輸送方式，輸送能力按實際灰量的200%設計，對應配套兩條輸送管道將脫硫灰輸送到脫硫灰庫貯存。
5 工藝水系統
脫硫除塵島的工藝用水包括煙氣溫度冷卻用水和石灰消化用水。前者通過高壓水泵以一定的壓力通過回流式噴嘴注入脫硫塔內，使水霧化良好，在回流管上設有回水調節閥，通過脫硫塔出口溫度控制水量的調節；石灰消化用水采用計量泵，其根據消化器入口生石灰的加入量進行控制，確保消石灰是干態的。
6 控制系統
CFB- FGD的工藝控制過程主要有三個控制回路（如圖1），三個回路相互獨立，互不影響。(1)SO2控制：根據脫硫島入口SO2、脫硫島出口SO2濃度和煙氣量等來控制吸收劑的加入量，以保證達到按要求的SO2排放濃度；(2)脫硫塔反應溫度的控制：通過控制噴水量可以控制脫硫塔內的反應溫度在最佳反應溫度70～ 80℃；(3)脫硫塔壓降控制：通過控制循環物料量，控制脫硫塔整體壓降在800～1200Pa左右。
采用DCS控制系統，操作簡單，畫面豐富，準確靈活，與鍋爐主機通訊可靠暢通。
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7 總結
CFB- FGD系統集“脫硫、除塵、除灰”三位一體，同時占地面積相對較小，投資運行費用較低，脫硫、除塵效果好，尤其是老電廠改造工程，停機時間短，具有良好地發展前景。
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