全新一代循環(huán)流化床煙氣脫硫技術
摘要：本文全面介紹中科全新一代循環(huán)流化床煙氣脫硫技術，中科全新一代循環(huán)流化床煙氣脫硫技術能夠克服傳統(tǒng)煙氣脫硫技術面臨的占地面積大、投資運行費用高、脫硫副產物不易處理、運行維護困難等缺點。因而全新一代循環(huán)流化床煙氣脫硫技術最適合火電廠中小機組煙氣脫硫技術改造，并且有大型化的趨勢。該技術在別的行業(yè)煙氣脫硫項目中也得到了越來越廣泛的應用，響應了國家出臺的相關政策。
關鍵詞：循環(huán)流化床；煙氣脫硫；脫硫技術改造；大型化；應用前景
1概述
火電廠排放的二氧化硫形成的酸雨已嚴重危害人類的生存環(huán)境，國家強制要求火電廠必須安裝煙氣脫硫裝置。但是，受技術和經濟等條件的限制，必須發(fā)展脫硫率高、系統(tǒng)可利用率高、流程簡化、系統(tǒng)電耗低、投資和運行費用低的脫硫技術和工藝。在這種形勢下，全新一代循環(huán)流化床煙氣脫硫技術應運而生，較好的解決了煙氣脫硫市場的這種需要。循環(huán)流化床煙氣脫硫技術不僅僅適合中小機組火電廠煙氣脫硫技術改造，并且越來越大型化，目前亞洲最大的循環(huán)流化床煙氣脫硫機組為330MW，循環(huán)流化床煙氣脫硫技術在別的行業(yè)煙氣脫硫項目中也得到了越來越廣泛的應用，響應了國家出臺的相關政策，創(chuàng)造了明顯的社會、經濟和環(huán)境效益，為全面建設和諧社會做出了重要貢獻。
世界上煙氣脫硫技術的發(fā)展經歷了以下3個階段：
1)20世紀70年代，以石灰石濕法為代表第一代煙氣脫硫；
2)20世紀80年代，以半干法煙氣脫硫為代表的第二代煙氣脫硫。主要有煙氣循環(huán)流化床（CFB）、噴霧干燥法、爐內噴鈣加爐后增濕活化（LIFAC）等。這些脫硫技術基本上都采用鈣基吸收劑，如石灰或消石灰等。隨著對工藝的不斷改良和發(fā)展，設備可靠性提高，系統(tǒng)可用率達到97，脫硫率一般為70～95，適合燃用中低硫煤的中小型鍋爐；
3)20世紀90年代，以濕法、半干法和干法脫硫工藝同步發(fā)展的第三代煙氣脫硫。
由于技術和經濟上的原因，一些煙氣脫硫工藝已被淘汰，而主流工藝，如石灰石-石膏濕法、煙氣循環(huán)流化床、爐內噴鈣加爐后增濕活化、噴霧干燥法卻得到了進一步的發(fā)展，并趨于成熟。這些煙氣脫硫工藝的優(yōu)點是：脫硫率高(可達95以上)；系統(tǒng)可利用率高；工藝流程簡化；系統(tǒng)電耗低；投資和運行費用低。
2循環(huán)流化床煙氣脫硫技術
循環(huán)流化床煙氣脫硫技術大部分工藝以石灰為吸收劑，含硫煙氣從循環(huán)流化床底部進入脫硫塔，在脫硫塔內的文丘里段被加速，將噴入塔內的吸收劑和循環(huán)回流的物料吹起，形成沸騰床體，氣體和物料無論處于流化床的過渡段還是穩(wěn)定段，都處于強烈的紊流狀態(tài)，物料之間的碰撞、摩擦、反應、傳熱等物理化學過程非常強烈，任何工況變化所引起的波動都會在這個強烈的傳熱傳質狀態(tài)下迅速達到新的平衡，在這個平衡的過程中煙氣中二氧化硫與石灰進行充分的化學反應，除去煙氣中的SO2等酸性氣體，然后煙氣攜帶部分脫硫劑顆粒（大部分脫硫劑顆粒在脫硫塔內循環(huán)）進入分離器，進行氣固分離。經脫硫后的純凈煙氣從分離器排出，經除塵后排入大氣，脫硫劑顆粒由分離器分離下來后經返料器返回脫硫塔再次參加反應，這樣如此循環(huán)使系統(tǒng)的脫硫效率得到很大提高，循環(huán)流化床煙氣脫硫效率可以接近濕法的脫硫效率水平。
世界上循環(huán)流化床煙氣脫硫主要技術流派：
德國魯奇Lurgi循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(CFB)；
德國Wulff回流式循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(RCFB)；
丹麥FLS.Miljo的氣體懸浮吸收煙氣脫硫技術(GSA)；
ABB公司增濕灰循環(huán)脫硫技術（NID）。
3中科全新一代循環(huán)流化床煙氣脫硫技術
3.1中科全新一代循環(huán)流化床煙氣脫硫技術工藝簡介
中科全新一代循環(huán)流化床煙氣脫硫技術是在傳統(tǒng)循環(huán)流化床煙氣脫硫技術基礎上發(fā)展起來的擁有自主知識產權和獲得多種技術獎勵的煙氣脫硫技術，與傳統(tǒng)循環(huán)流化床煙氣脫硫技術相比主要有以下特點：
1)脫硫塔設計使脫硫塔內傳熱傳質速度更快，物料運行達到平衡時間更短，運行更加穩(wěn)定；
2)強調內循環(huán)的同時也注重外循環(huán)，獨特的旋風設計（帶有一定程度偏心度）能夠讓飛灰和脫硫劑更加有效分離，提高脫硫劑的利用率，提高系統(tǒng)的脫硫效率；
3)旋風和返料裝置合二為一，使系統(tǒng)占地面積更小，脫硫系統(tǒng)布置更加靈活，完全可以解決現有火電廠中小機組煙氣脫硫技術改造項目沒有預留脫硫場地等這些難題。
中科全新一代循環(huán)流化床煙氣脫硫技術有以下特點：
1)由于系統(tǒng)工藝簡單，設備少，能耗小，所以系統(tǒng)投資和運行費用很低；
2)系統(tǒng)占地面積小，非常適合現有沒有預留脫硫場地煙氣脫硫技術改造項目；
3)脫硫產物以干態(tài)形式排放，容易處理；
4)系統(tǒng)維護簡單，操作方便，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，調節(jié)靈活；
5)系統(tǒng)脫硫效率高，脫硫效率≥85，可滿足不同用戶對脫硫總量和脫硫效率控制的不同要求。
3.2中科全新一代循環(huán)流化床煙氣脫硫工藝控制概述
中科全新一代循環(huán)流化床煙氣脫硫有三個主控制回路：脫硫劑加入量控制回路，主要根據脫硫塔入口SO2實時在線監(jiān)測數據和入口煙氣流量及設定的Ca/S比和脫硫效率來確定；循環(huán)灰加入量控制回路，主要根據脫硫塔壓差通過調節(jié)循環(huán)灰返回量和外排灰量來確定；脫硫塔加水量控制回路，主要是根據脫硫塔出口煙氣溫度來確定。
3.2.1脫硫塔內脫硫劑加入量的控制
監(jiān)測SO2排放量信號，用于調節(jié)脫硫劑的加入量。當SO2排放量較大時，就應加入更多的吸收劑去吸收更多的SO2；當SO2的排放量較小時，就應減少吸收劑的使用，使系統(tǒng)運行經濟合理，降低成本。
3.2.2脫硫塔內循環(huán)灰量的控制
監(jiān)測脫硫塔的壓降，用于調節(jié)再循環(huán)量的大小，使脫硫灰的循環(huán)量和循環(huán)次數控制在設計范圍之內，這樣既可控制下游脫硫除塵器的入口灰塵的質量濃度和煙囪煙塵質量濃度的排放，又可提高吸收劑的利用率，降低Ca/S比。
3.2.3脫硫塔內煙氣溫度的控制
溫度的控制，實質上是對煙氣濕度的控制。脫硫工藝中，煙氣的濕度對脫硫效率的影響很大。在相對濕度為40～50時，石灰活性增強，能夠非常有效地吸收SO2，煙氣的相對濕度是利用向脫硫塔內給煙氣噴水的方法來提高。煙氣濕度的提高，可以使煙氣脫硫操作溫度接近或高于露點溫度10～20℃(實踐中，這一溫度范圍為65～75℃)，激活石灰吸收SO2。SO2是煙氣中反應較慢的成分，保持脫硫塔內溫度接近露點溫度（即較高的相對濕度），可以保持微粒表面的濕膜有較長的停留時間，促進SO2和脫硫劑化學成分之間的反應，使吸收的程度和脫硫劑的利用率達到最佳。SO3和鹵化酸類（HCl、HF等）的酸性比SO2強，所以SO3、HCL、HF成分在裝置中的去除率達99，因其活性強，幾乎能全部與SO2同時被吸收，適量的鹵化酸類因鈣的吸濕性、因霧滴在濕潤環(huán)境中的干燥時間較長，有助脫除SO2，這也是采用接近露點溫度的另一好處。字串7
根據這三個控制回路監(jiān)測量及其相關的信號去調節(jié)各運行回路，使脫硫系統(tǒng)的運行達到最優(yōu)化，這是循環(huán)流化床煙氣脫硫工藝控制系統(tǒng)的基本要求。就控制的靈敏性、可靠性而言，如果三個控制回路能完全獨立，各行其是，互不影響則最理想，而全新一代循環(huán)流化床煙氣脫硫技術的控制原理最能符合這一要求，由于其脫硫劑、水和脫硫灰的再循環(huán)是獨立加入到脫硫塔的，這樣就避免了其它工藝三者的互相牽連，避免了增加脫硫劑時附加了水而使溫度下降或加水降溫時附加了脫硫劑，從而增加再循環(huán)量而增大Ca/S比的情況。當然，以上三個控制回路總是相互影響、協(xié)同調節(jié)的，但三路系統(tǒng)的參數分別調節(jié)，會更方便靈活一些。
4循環(huán)流化床煙氣脫硫大型化探討
4.1盡量使用單塔脫硫
隨著機組容量的增大，脫硫塔的直徑也隨著增大。在能使用單塔的情況下，盡量不要使用雙塔和多塔，因為單一脫硫塔技術提高了系統(tǒng)的可靠性和脫硫率，而且初期投資費可降低30～50。
4.2硫塔大型化的主要問題
脫硫塔大型化最主要的問題是要保證塔內流場中溫度的均勻性和調節(jié)的靈敏性。
1)塔內流場中溫度均勻性的要求：在塔的高度方向的各個斷面上，各點的溫度趨于一致，不能有高、低溫差異太大的情況出現。因為高溫處的SO2吸收反應效果較差，高溫時吸收劑的活性較小，反應溫度與煙氣露點溫度的差值較大（AST），反應率就低；而低溫處，尤其出現低于露點溫度，即AST＜0時，容易出現局部的結露、粘連和筒壁腐蝕，這就是為什么有些脫硫工藝需要在脫硫塔內加裝內襯的原因，其實，這種情況的危害性較大，脫硫塔可以通過內襯防腐，但煙氣下游的設備和煙氣管道卻難以防腐，且花費較大。監(jiān)測脫硫塔內的溫度，以此來調節(jié)噴水系統(tǒng)的開度和噴水量的大小，保持適當的AST值，使脫硫塔內溫度在各種負荷和工況條件下，煙氣的酸露點溫度始終保持在較高處，這樣，吸收劑的活性最佳，能夠較好地捕捉SO2，并發(fā)生化學反應，提高脫硫率。在大型化商業(yè)運行的脫硫塔中，溫度的控制是比較困難的，它是制約循環(huán)流化床煙氣脫硫裝置大型化發(fā)展的主要因素之一。當脫硫塔直徑越來越大時，要各個大面積截面上的溫度保持均勻性，需采取大量的有效措施。各國公司都在圍繞循環(huán)流化床煙氣脫硫裝置大型化發(fā)展進行開發(fā)和研究，德國WULFF公司利用流化床和帶內回流的循環(huán)流化床技術（RCFB），在解決傳熱傳質這一問題上，取得了一定的成績，效果明顯。目前，RCFB單塔用于奧地利1臺300MW機組煙氣脫硫并獲得成功，中國華能榆社電廠也成功的將德國lurgi循環(huán)流化床煙氣脫硫應用在300MW機組上運行。
2)脫硫塔調節(jié)的靈敏性要求：隨著負荷、工況的變化，各參數的負荷應變時間短，較少滯后，使脫硫效率隨著工況的變化而變化，從而保證各種工況下脫硫率穩(wěn)定。
中科全新一代循環(huán)流化床煙氣脫硫技術能夠很好的克服上述問題，所以中科全新一代循環(huán)流化床煙氣脫硫技術可以大型化，目前亞洲循環(huán)流化床煙氣脫硫應用的最大機組為330MW。
5結論
由于全新一代循環(huán)流化床煙氣脫硫工藝在占地、造價、操作、調節(jié)、維護、副產品無二次污染等方面的優(yōu)點，這種工藝越來越受到業(yè)主方的廣泛青睞，F在各國都在積極研究循環(huán)流化床煙氣脫硫技術，并使之逐步向設備大型化、系統(tǒng)簡單化、控制自動化發(fā)展，所以國內循環(huán)流化床煙氣脫硫技術應用的比例也在逐步提高。隨著對循環(huán)流化床煙氣脫硫工藝的深入認識、研究和改進以及對脫硫灰綜合利用的開發(fā)，循環(huán)流化床煙氣脫硫工藝將會有更加廣闊的應用前景。
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