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1、CFB脫硫工藝,主講人：張云峰,長沙理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 410076 Zhang_,Circulating Fluidized Bed Flue Gas Desulfurization，簡稱CFB-FGD,前言,20世紀(jì)70年代初，為治理煉鋁設(shè)備、垃圾焚燒爐等尾氣排放中的HCl、HF等有害氣體，德國的LLB(Lurgi Lentjes Bischoff)公司研究開發(fā)了專用的煙氣循環(huán)流化床技術(shù)，并得到了廣泛的商業(yè)應(yīng)用。 20世紀(jì)80年代中期，由于環(huán)保法規(guī)和SO2排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，德國動力工業(yè)對煙氣脫硫設(shè)備有了巨大的需求。為此，LLB公司在原來用于煉鋁等尾氣處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了適用于

2、電站鍋爐的煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝。 經(jīng)過20多年深入的研究和商用經(jīng)驗的積累，以及對工藝化學(xué)過程和工程實踐理解的深化，煙氣循環(huán)流化床脫硫技術(shù)在最近幾年得到了很大的發(fā)展，不僅技術(shù)成熟可靠，而且投資、運行費用也大為降低，為濕法工藝的5070。,目前，煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝已達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用的主要有3種工藝流程： (1) 德國LLB公司開發(fā)的煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝，(CFB)； (2) 德國Wulff公司的回流式煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝，(RCFB )； (3) 丹麥F.L.Smith公司研究開發(fā)的氣體懸浮吸收煙氣脫硫工藝，(GSA),2 工藝系統(tǒng)及流程,無論是LLB公司的CFB工藝、Wulff公司的RC

3、FB工藝，還是F.L. Smith公司的GSA工藝，它們的工作原理基本相似。 工藝系統(tǒng)主要由吸收劑制備、吸收塔、物料再循環(huán)、煙氣及除塵器、副產(chǎn)品處置和儀表控制6個系統(tǒng)組成。,工藝流程圖1,RCFB工藝,1鍋爐；2鍋爐除塵器；3消石灰倉；4反應(yīng)塔；5石灰漿槽；6增濕水箱；7脫硫除塵器；8中間灰倉；9集灰?guī)欤?0煙囪,RCFB工藝特點,與CFB工藝相比，RCFB工藝主要在反應(yīng)塔的流場設(shè)計和塔頂結(jié)構(gòu)上作了較大的改進(jìn)，其主要特點是： (1) 反應(yīng)塔內(nèi)增加了擾流板和塔頂物料回流裝置，強(qiáng)化了內(nèi)循環(huán)，取消了預(yù)除塵器； (2) 吸收劑以干態(tài)的消石灰粉或石灰漿液從反應(yīng)塔底部噴入，屬干法或半干法脫硫工藝； (3)

4、 反應(yīng)塔擴(kuò)散段上安裝了若干個回流式壓力水噴嘴，使吸收劑顆粒與水霧接觸更均勻更充分； (4) 煙氣在塔內(nèi)的停留時間長(4 s以上)。,GSA工藝,GSA工藝特點,GSA工藝的工藝流程見圖3。其主要特點是： (1) 吸收劑以石灰漿液的形式從反應(yīng)塔底部的中心噴入，屬半干法脫硫工藝； (2) 采用高位布置的旋風(fēng)分離器作為預(yù)除塵器； (3)可在較低的趨近絕熱飽和溫度(T=36 )下運行。,3 CFB工藝原理,循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)，在空氣預(yù)熱器和除塵器之間安裝循環(huán)流化床系統(tǒng)，鍋爐排出的未經(jīng)除塵或經(jīng)除塵后的煙氣從脫硫塔底部布風(fēng)板進(jìn)入，脫硫塔下部為一文丘利管，煙氣在喉部得到加速，在漸擴(kuò)段與加入的消石灰粉和噴

5、入的霧化水劇烈混合，SO2、SO3及其它有害氣體，如HCl、HF等與消石灰發(fā)生反應(yīng)，生成CaSO31/2H2O、CaSO41/2H2O和CaCO3等。 反應(yīng)器內(nèi)的脫硫劑呈懸浮的流化狀態(tài)，反應(yīng)表面積大，傳熱/傳質(zhì)條件很多，且顆粒之間不斷碰撞、反應(yīng)。隨后夾帶著大量粉塵的煙氣進(jìn)入除塵器中，被除塵器收集下來的固體顆粒大部分又返回流化床反應(yīng)器中，繼續(xù)參加脫硫反應(yīng)過程，同時循環(huán)量可以根據(jù)負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)。,由于脫硫劑在反應(yīng)器內(nèi)滯留時間長，因此使得脫硫效果和吸收劑的利用率大大提高。另外，工業(yè)水用噴嘴噴入反應(yīng)器下部，以增加煙氣濕度降低煙溫，從而提高了脫硫效率。 循環(huán)流化床煙氣脫硫系統(tǒng)主要包括給料系統(tǒng)、反應(yīng)器系統(tǒng)、

6、物料循環(huán)系統(tǒng)、噴水系統(tǒng)、旁路煙道。,4 典型工藝特點,(1) 吸收劑以干態(tài)的消石灰粉從反應(yīng)塔上游的入口煙道噴入，屬干法脫硫工藝； (2) 采用獨立的煙氣增濕系統(tǒng)，亦即增濕水量僅與反應(yīng)塔出口的煙氣溫度有關(guān)，而與煙氣中的SO2濃度、吸收劑的噴入量等無關(guān)； (3) 采用部分凈化煙氣再循環(huán)的方式來提高系統(tǒng)低負(fù)荷時的運行可靠性和反應(yīng)塔床料的穩(wěn)定性； (4) 采用機(jī)械式預(yù)除塵器。,焦作電廠CFB脫硫工藝,吸收塔噴水系統(tǒng),除塵系統(tǒng),壓縮空氣系統(tǒng),1）磨損小，設(shè)備使用壽命長，維護(hù)量小。 2) 脫硫效率高、運行費用低。 3) 加入吸收塔的消石灰和水是相對獨立的，沒有噴漿系統(tǒng)及漿液噴嘴，便于控制消石灰用量及噴水量

7、，容易控制操作溫度。 4) 單塔處理能力大。 5) 負(fù)荷適應(yīng)性好。 6) 無須防腐。煙氣溫度高于露點20左右，因此吸收塔及其下游設(shè)備不會產(chǎn)生粘結(jié)、堵塞、腐蝕。 7) 良好的操作彈性。 8) 脫硫劑利用率高、脫硫副產(chǎn)物排放少；脫硫副產(chǎn)物流動性好，易于處理。,影響系統(tǒng)脫硫效率的主要因素,有床料循環(huán)倍率、流化床床料濃度、煙氣在脫硫塔和旋風(fēng)分離器中停留時間、鈣硫摩爾比及脫硫塔內(nèi)操作溫度。 隨床料循環(huán)倍率增大，脫硫效率增加； 脫硫效率隨著脫硫塔內(nèi)物料濃度的增加而增大，塔內(nèi)的物料濃度維持在510 kg/m3為宜； 脫硫效率隨煙氣在脫硫塔和旋風(fēng)分離器中停留時間增加而增大； 鈣硫比增大，脫硫效率增大； 脫硫塔

8、內(nèi)操作溫度與煙氣露點越接近，脫硫效率越高。,5 系統(tǒng)布置,在場地緊缺的現(xiàn)有機(jī)組和新建機(jī)組建設(shè)脫硫工程時，煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝是可供選用的、有效的脫硫方案之一。其主要原因是該工藝結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備布置緊湊、且可利用現(xiàn)有的設(shè)備如煙囪、除塵器等，占用場地僅為濕法工藝的30%40%。 采用煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝的脫硫系統(tǒng)在電廠的布置方式主要有5種： (1) 反應(yīng)塔布置在鍋爐和鍋爐/脫硫除塵器之間(指捕集鍋爐原煙氣中的煙塵，同時又捕集脫硫副產(chǎn)物)。采用這種方式時，必須新建鍋爐引風(fēng)機(jī)或改造現(xiàn)有的鍋爐引風(fēng)機(jī)。 (2) 反應(yīng)塔布置在電廠原有的鍋爐除塵器的上游，在鍋爐和原有鍋爐除塵器之間。原有鍋爐除塵器在必要時應(yīng)

9、進(jìn)行改造，并新建鍋爐引風(fēng)機(jī)或改造現(xiàn)有的鍋爐引風(fēng)機(jī)。,(3) 反應(yīng)塔布置在鍋爐除塵器(指捕集鍋爐原煙氣中煙塵的除塵器)和新建的脫硫除塵器之間，并在反應(yīng)塔前增加脫硫風(fēng)機(jī)； (4) 反應(yīng)塔和新建的脫硫除塵器(指捕集脫硫副產(chǎn)物專用的除塵器)均布置在煙囪之后，并在新建的脫硫除塵器后增加脫硫風(fēng)機(jī)。 (5) 反應(yīng)塔和新建的脫硫除塵器均布置在鍋爐房的頂部，并在新建的脫硫除塵器后增加脫硫風(fēng)機(jī),6 技術(shù)優(yōu)點,(1) 脫硫效率高：在鈣硫比為1.11.5時，脫硫效率可達(dá)90%以上，是目前各種干法、半干法煙氣脫硫工藝中最高的，可與濕法工藝相媲美； (2) 工程投資費用、運行費用和脫硫成本較低，為濕法工藝的50%70%。

10、 (3) 工藝流程簡單，系統(tǒng)設(shè)備少，為濕法工藝的40%50%，且轉(zhuǎn)動部件少，從而提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了維護(hù)和檢修費用； (4) 占地面積小，為濕法工藝的30%40%，且系統(tǒng)布置靈活，非常適合現(xiàn)有機(jī)組的改造和場地緊缺的新建機(jī)組。 (5) 能源消耗低，如電耗、水耗等，為濕法工藝的30%50%。 (6) 能有效脫除SO3、氯化物和氟化物等有害氣體，其脫除效率遠(yuǎn)高于濕法工藝，達(dá)90%99%，因而對反應(yīng)塔及其下游的煙道、煙囪等設(shè)備的腐蝕性較小，可不采用煙氣再熱器，對現(xiàn)有的煙囪可不進(jìn)行防腐處理，直接使用干煙囪排放脫硫煙氣。,(7) 對鍋爐負(fù)荷變化的適用性強(qiáng)，負(fù)荷跟蹤特性好，啟停方便，可在30負(fù)荷時投用

11、，對基本負(fù)荷和調(diào)峰機(jī)組均有很好的適用性。 (8) 對燃煤硫分的適應(yīng)性強(qiáng)，可用于0.3%6.5%的燃煤硫分。且應(yīng)用于中低硫煤時(2%)，其經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于濕法工藝。 (9) 無脫硫廢水排放，且脫硫副產(chǎn)品呈干態(tài)，不會造成二次污染，對綜合利用和處置堆放有利。 (10) 脫硫后煙塵既可用靜電除塵器，也可用布袋除塵器捕集。 (11) 已有10多年的運行經(jīng)驗，工藝已成熟、可靠，且最大配套機(jī)組容量已達(dá)300 MW。 (12) 在脫硫吸收劑中加入少量的鐵基催化劑，可脫除60%90%氮氧化物，具有脫硫脫氮一體化的發(fā)展?jié)摿?7 存在的缺點和有待解決的問題,(1) 采用高品位的石灰作為吸收劑。 由于發(fā)達(dá)國家石灰工業(yè)發(fā)達(dá)，

12、易得到高質(zhì)量的商品石灰，因此以石灰作為吸收劑不會有任何供應(yīng)上的問題。但我國石灰的供應(yīng)尚存在品位低、質(zhì)量不穩(wěn)定、供應(yīng)量不足、供應(yīng)源分布不均、價格過高等缺陷。 另外，石灰對人體有一定的危害，因此采用石灰作為吸收劑必須保證系統(tǒng)有良好的密封性和安全措施，否則會給電廠的安全文明生產(chǎn)和工業(yè)衛(wèi)生達(dá)標(biāo)帶來困難。 (2)脫硫副產(chǎn)品的綜合利用。 本工藝的脫硫副產(chǎn)品中含有一定量的亞硫酸鈣。亞硫酸鈣的化學(xué)性能不穩(wěn)定，在自然環(huán)境下會逐漸氧化為硫酸鈣，同時體積會增大，將有可能影響原粉煤灰的綜合利用。如要保持原粉煤灰的綜合利用，則脫硫系統(tǒng)必須布置在鍋爐除塵器之后，且必須增設(shè)用于捕集脫硫副產(chǎn)品的脫硫除塵器。,目前，國內(nèi)外對脫

13、硫副產(chǎn)品的綜合利用已積累了不少經(jīng)驗，新的利用途徑也正在開發(fā)之中。 (3) 系統(tǒng)的壓力降較大(1 5002 500 Pa)。 一般現(xiàn)有電廠引風(fēng)機(jī)的壓頭裕量難以克服如此大的壓降，需要增加新的脫硫風(fēng)機(jī)。高的壓力損失還將使得運行費用有所增加。 (4) 反應(yīng)塔的壓力降波動較大。由于反應(yīng)塔內(nèi)大量物料不斷地湍動，因此反應(yīng)塔的壓力降有較大波動，對鍋爐爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定性有一定影響。如將脫硫增壓風(fēng)機(jī)設(shè)置在脫硫系統(tǒng)上游，可適當(dāng)減小影響,8 經(jīng)濟(jì)性分析,表1 4種脫硫工藝經(jīng)濟(jì)比較的基本參數(shù) 項 目 CFB RCFB GSA 濕法拋棄 機(jī)組容量/MW 100 100 100 100 處理煙氣量萬/Nm3h-1 45 45

14、 45 45 燃煤硫分/% 3 3 3 3 鈣硫比 1.30 1.30 1.20 1.05 脫硫效率/% 90 90 90 90 反應(yīng)塔出口溫度/ 7075 7075 70 7075 循環(huán)灰量/kgNm-3 1 1 1 / 電耗/(kWh)h-1 480 450 540 1 550 水耗/th-1 20 20 29 45 吸收劑消耗/kgh-1 3 452 3 452 3 186 4 696 設(shè)計壽命/a 20 20 20 20 年運行時間/h 6 500 6 500 6 500 6 500,以新建100 MW燃煤機(jī)組、脫硫設(shè)備全部考慮進(jìn)口為基礎(chǔ)，對CFB、RCFB和GSA 3種煙氣循環(huán)流化床

15、脫硫工藝與石灰石石膏濕法拋棄工藝的經(jīng)濟(jì)比較見表1。,項 目 CFB WCFB GSA 濕法拋棄 工程總投資/萬元 3 500 3 400 3 800 5 802 單位容量投資/元(kWh)-1 350 340 380 580.2 年運行費用/萬元 1 079 1 039 1 098 1 766 壽命期內(nèi)脫除SO2的成本/元t-1 714.9 688.4 727.5 1 170.1 脫硫增加電價/元(kWh)-1 0.008 3 0.008 0 0.008 5 0.014 0 工程總投資或單位容量投資 0.603 0.586 0.655 1 脫除SO2的成本或脫硫增加電價 0.611 0.588

16、 0.622 1,表2 4種脫硫工藝的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及比較,由表2可見，煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝的工程投資和脫除SO2的成本均為濕法拋棄工藝的60%70%。,8 在我國的應(yīng)用前景,根據(jù)我國脫硫?qū)＜覍煔庋h(huán)流化床脫硫技術(shù)發(fā)展的跟蹤研究，認(rèn)為它是一種較適合我國國情的脫硫工藝。其脫硫效率高、投資低、占地面積小的特點，使它既適用于新建機(jī)組的脫硫工程，更適用于現(xiàn)有機(jī)組的脫硫改造工程；既適用于燃用高硫煤的機(jī)組，更適用于我國大量的燃用中低硫煤的機(jī)組；既適用于中小型燃煤機(jī)組，也適用于大容量燃煤機(jī)組；而且在脫除SO2的同時，通過添加一定的催化劑，還能脫除氮氧化物。是值得并廣泛推廣應(yīng)用的脫硫工藝之一。 目前，我國云南小龍?zhí)栋l(fā)電廠引進(jìn)FLS公司的GSA工藝已在1臺100 MW燃煤機(jī)組上投入運行，WULFF公司的RCFB工藝也在廣州恒運集團(tuán)公司的1臺200 MW機(jī)組上開始建設(shè)，LLB公司正與有關(guān)公司商談，擬在1臺300 MW的燃煤機(jī)組上建設(shè)CFB脫硫工藝?？梢灶A(yù)見：隨著我國脫硫市場的拓展，今后幾年內(nèi)，將有更多的電廠在100300 MW的現(xiàn)有機(jī)組或新建機(jī)組上建設(shè)脫硫工程，煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝是具有強(qiáng)大競爭力的脫硫工藝之一，因而具有廣闊的應(yīng)用前景 。,