爐內噴鈣及尾部增濕(LIFAC)活化脫硫技術
煤是中國的主要能源,中國的大氣環境是典型的煤煙型污染,據統計,中國當前大氣污染物中,SO2的87%,粉塵的71%來自煤燃燒。中國的燃煤裝置、尤其是中國量大面廣的中小型工業鍋爐還無法承受昂貴的煙氣凈化技術。
當前中國廣泛使用的旋風、水膜等除塵器對細微煙塵收集效果很差,煙氣脫硫幾乎還是空白;開發切實可行、低成本燃煤煙氣凈化技術裝備,是中國環保研究開發的迫切任務。
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LIFAC(LimestoneInjecyionintoFurnaceandActivationofUnreactedCalcium)煙氣脫硫工藝即鍋爐爐膛內噴射石灰石粉,并配合采用鍋爐尾部煙道增活化反應器,使CaO通過霧化水進行增濕活化的煙氣脫硫工藝。目前世界許多廠商研究開發的以石灰石噴射為基礎的干法脫硫工藝中,芬蘭Tampella和IVO公司開發的這種脫硫工藝最為典型,并于1986年首先投入商業性運行。
八十年代在技術不斷發展和追求降低費用的基礎上,爐內噴鈣脫硫作為第三代低成本煙氣脫硫技術受到重視,芬蘭LIFAC技術,爐內噴鈣—尾部水合成套技術,脫硫率可達85%~90%以上;
在原國家科委、機械工業部和環保局支持下,哈爾濱電站設備成套設計研究所自“六五”以來,持續開展了噴鈣脫硫成套技術的環保科技攻關研究,證實該項技術工藝流程簡單、占地面積小,設備投資和運行費用低,不僅適用于新建機組,而且特別適用于現有設備的煙氣脫硫技術改造;不僅適用于大型電站鍋爐,而且適用于中小型鍋爐,是當前最適合中國國情的煙氣脫硫技術之一。
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哈爾濱電站設備成套設計研究所和北京輕工業學院、哈爾濱鍋爐廠等單位在協同攻關中,全面掌握了噴鈣脫硫成套技術,并正在開發了濕顆粒層煙氣凈化技術,將增濕水合發展為過飽和增濕、高效除塵、除濕,增濕水合脫硫和高效除塵結合為一體,提高了煙氣凈化效果,簡化了系統,使該項技術在中小型燃燒裝置應用更為現實,同時也為大機組推廣應用奠定了基礎。
爐內噴鈣加尾部煙氣增濕活化脫硫工藝是在爐內噴鈣脫硫工藝的基礎上在鍋爐尾部增設了增濕段,以提高脫硫效率。該工藝多以石灰石粉為吸收劑,石灰石粉由氣力噴入爐膛850~1150℃溫度區,石灰石受熱分解為氧化鈣和二氧化碳,氧化鈣與煙氣中的二氧化硫反應生成亞硫酸鈣。由于反應在氣固兩相之間進行,受到傳質過程的影響,反應速度較慢,吸收劑利用率較低。在尾部增濕活化反應器內,增濕水以霧狀噴入,與未反應的氧化鈣接觸生成氫氧化鈣進而與煙氣中的二氧化硫反應。當鈣硫比控制在2.0~2.5時,系統脫硫率可達到65~80%。由于增濕水的加入使煙氣溫度下降,一般控制出口煙氣溫度高于露點溫度10~15℃,增濕水由于煙溫加熱被迅速蒸發,未反應的吸收劑、反應產物呈干燥態隨煙氣排出,被除塵器收集下來。
該脫硫工藝在芬蘭、美國、加拿大、法國等國家得到應用,采用這一脫硫技術的最大單機容量已達30萬千瓦。
經過分析研究發現,最初開發的爐內增鈣技術,由于鈣基吸著劑的添加方式有誤,在高于1200℃的煙溫區域內,熱解生成的CaO被燒僵,化學活性很差,所能得到的脫硫率很低(20%以下),不能作為有效的煙氣脫硫技術。
國內外的深入研究表明,在優化爐內噴鈣條件下,CaCO3熱解生成高活性CaO,雖然難以直接在爐內得到很高的脫硫率,但爐內未與SO2反應的CaO在鍋爐后部噴水增濕、水合為Ca(OH)2,低溫下可再次與SO2反應,能顯著提高系統脫硫率和鈣基吸著劑利用率。
優化爐內噴鈣條件,使CaCO3熱解生成具有較高化學活性的CaO,爐內脫硫率能夠有一定程度地提高,達40~50%;若使用特制高效鈣基吸著劑爐內脫硫率還可以進一步提高,可達60~70。總的來看,爐內脫硫率和鈣基吸著劑利用率都不夠高,其技術經濟性能的競爭力不夠強。

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