CFB-FGD脫硫工藝在玻璃熔窯煙氣脫硫中的應用研究

大氣網訊:摘 要：本文通過對循環(huán)流化床脫硫（CFB—FGD）工藝的分析，結合對目前國內玻璃行業(yè)使用的主流脫硫工藝的綜合對比分析，及通過某運行CFB—FGD脫硫工藝玻璃生產線的運行參數分析，認為循環(huán)流化床脫硫（CFB—FGD）工藝可以作為玻璃熔窯煙氣脫硫的推廣技術。

1前言

眾所周知，我國的玻璃產業(yè)生產規(guī)模為世界首位，是玻璃產量大國。玻璃工業(yè)作為國民經濟的基礎產業(yè)，同時也是高能耗、高污染的行業(yè)之一。其中SO2為主要污染源之一，對于玻璃行業(yè)而言，SO2主要來源于燃料燃燒及原料芒硝的分解。玻璃熔窯煙氣脫硫系統(tǒng)長期穩(wěn)定達標運行是玻璃行業(yè)環(huán)保工作的重點和難點。目前玻璃行業(yè)內采用的脫硫工藝有數十種，如鈉堿單堿法、鈉鈣雙堿法、石灰石法、氨法、氧化鎂法、循環(huán)流化床法、旋轉噴霧干燥法等，其中一部分技術趨于成熟，還有一些技術正在發(fā)展之中。對于目前的玻璃企業(yè)來說，脫硫系統(tǒng)的投資費用、運行費用的高低及運行的穩(wěn)定性是至關重要的。因此，加快創(chuàng)新開發(fā)玻璃熔窯煙氣脫硫，有效解決玻璃熔窯煙氣脫硫存在的技術風險、系統(tǒng)投資高、運行費用高等行業(yè)難題，是玻璃行業(yè)環(huán)境治理急需解決的重要問題。本文主要探討CFB脫硫工藝在玻璃熔窯煙氣脫硫中的應用研究。

2玻璃熔窯SO2產生機制及煙氣特點

2.1玻璃熔窯SO2主要來源于燃料燃燒及原料芒硝的分解

玻璃熔窯的燃料主要為重油、天然氣、煤氣等，燃料中含有的s在高溫條件下與O2反應生產SO2，產生的SO2跟燃料中含硫量有關；

2.2玻璃窯爐煙氣的特點

國內玻璃廠均建有余熱利用系統(tǒng)，進入脫硫系統(tǒng)的煙氣溫度受余熱系統(tǒng)的影響，溫度為160一200oC；

煙氣濕度變化較大，占體積比為8％ 20％ ；進入脫硫系統(tǒng)的煙氣含氧量變化較大，8％ ～20％之間，可以充分利用煙氣中的氧氣氧化反應中間產物；

煙氣含塵顆粒更細，且具有一定的粘性；

玻璃熔窯由于自身的特性，在熔窯壽命期限內，年作業(yè)率高達100％。

3玻璃熔窯脫硫工藝技術

目前玻璃熔窯應用的脫硫技術主要有干法、半干法、濕法脫硫三大類；三種方法在脫硫效率、投資成本、運行維護成本及操作要求等方面相差較大。現階段玻璃熔窯脫硫技術工藝主要有石灰石一石膏法、循環(huán)流化床脫硫法、旋轉噴霧干燥法。

石灰石石膏法是濕法脫硫的一種，也是目前最為廣泛應用的濕法脫硫工藝。采用石灰石／石灰作為脫硫吸收劑，石灰石經破碎磨細成粉狀與水混合攪拌成吸收漿液，當采用石灰為吸收劑時，石灰粉經消化處理后加水制成吸收劑漿液。在吸收塔內，吸收漿液與煙氣觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及鼓入的氧化空氣進行化學反應從而被脫除，最終反應產物為石膏。

循環(huán)流化床法是采用干熟石灰Ca( OH)2作為脫硫劑。其以循環(huán)流化床原理為基礎，通過對吸收劑的多次再循環(huán)，顆粒之問、氣體與顆粒之間劇烈的摩擦形成流化床，通過噴水將脫硫反應器內溫度控制在最佳反應溫度下，達到最好的氣固紊流混合并不斷暴露出未反應的消熟石灰的新表面，延長吸收劑與煙氣的接觸時間，提高吸收劑的利用率和脫硫效率。

旋轉噴霧干燥法一般使用生石灰(CaO)作為吸收劑，生石灰經過消化后制成熟石灰漿液(Ca(OH)2)。消化過程被控制在合適的溫度，使得消化后的熟石灰漿液具有非常高的活性。熟石灰漿液通過泵輸送至吸收塔頂部的旋轉霧化器，在霧化輪的高速旋轉作用下，漿液被霧化成數霧滴。未經處理的熱煙氣進入吸收塔后，立即與呈強堿性的吸收劑霧滴接觸，煙氣中SO2被吸收，同時霧滴的水分被蒸發(fā)，變成干燥的脫硫產物。這3種主流脫硫工藝的優(yōu)缺點見表1。

通過表1可以看出，循環(huán)流化床脫硫工藝相比較其它主流工藝有著自身的優(yōu)勢。

4循環(huán)流化床脫硫工藝技術介紹

4.1工藝原理

首先經過余熱鍋爐后的煙氣(160～200oC)從底部進入脫硫塔，在此處煙氣與循環(huán)灰充分預混合，進行初步的脫硫反應。然后煙氣通過脫硫塔下部的文丘里管的加速，進入循環(huán)流化床床體；物料在循環(huán)流化床里，氣固兩相由于氣流的作用，產生激烈的湍動與混合，充分接觸，在上升過程中，不斷形成絮狀物向下返回，而絮狀物在激烈湍動中又不斷解體重新被氣流提升，形成類似循環(huán)流化床鍋爐所特有的內循環(huán)顆粒流，使得氣固間的滑落速度高達單顆粒滑落速度的數十倍；脫硫塔頂部結構進一步強化了絮狀物的返回，提高了塔內顆粒的床層密度，使得床內SO2充分反應。這種循環(huán)流化床內氣固兩相流機制，極大地強化了氣固間的傳質與傳熱，為實現高脫硫率提供了根本保證。

在文丘里的出口擴管段設有噴水裝置，噴人的霧化水用以降低脫硫反應器內的煙溫，使煙溫降至高于煙氣露點20℃左右，從而使得SOz與Ca(OH)2的反應轉化為可以瞬間完成的離子型反應。吸收劑、循環(huán)灰在文丘里段以上的塔內進行第二步的充分反應，生成副產物CaSO4，此外還有與SO2、HF和HCl反應生成相應的副產物CaSO4 、CaF2、CaCl2·Ca(OH)2·2H2O等。

煙氣在上升過程中，顆粒一部分隨煙氣被帶出脫硫塔，一部分因自重重新回流到循環(huán)流化床內，進一步增加了流化床的床層顆粒濃度和延長吸收劑的反應時間。從化學反應工程的角度看，SO2與氫氧化鈣的顆粒在循環(huán)流化床中的反應過程是一個外擴散控制的反應過程，SO2與氫氧化鈣之間的反應速度主要取決于SO2。在氫氧化鈣顆粒表面的擴散阻力，或說是氫氧化鈣表面氣膜厚度。當滑落速度或顆粒的雷諾數增加時，氫氧化鈣顆粒表面的氣膜厚度減小，SO2進入氫氧化鈣的傳質阻力減小，傳質速率加快，從而加快SO：與氫氧化鈣顆粒的反應。

只有在循環(huán)流化床這種氣固兩相流動機制下，才具有最大的氣固滑落速度。同時，脫硫反應塔內能否獲得氣固最大滑落速度，是衡量干法脫硫工藝先進與否的一個重要指標，也是鑒別干法脫硫工藝能否達到較高脫硫率的一個重要指標。當氣流速度大于10m/s時，氣固間滑落速度很小或只在脫硫塔某個局部具有滑落速度，要達到很高的脫硫率是不可能的。噴人的用于降低煙氣溫度的水，以激烈湍動的、擁有巨大的表面積的顆粒作為載體，在塔內得到充分的蒸發(fā)，保證了進入后續(xù)除塵器中的灰具有良好的流動狀態(tài)。

由于流化床中氣固間良好的傳熱、傳質效果，SO2全部得以去除，加上排煙溫度始終控制在高于露點溫度20cI=以上，因此煙氣不需要再加熱，同時整個系統(tǒng)也無須任何的防腐處理。凈化后的含塵煙氣從脫硫塔頂部側向排出，然后轉向進入脫硫后除塵器進行氣固分離，再通過引風機排人煙囪。經除塵器捕集下來的固體顆粒，通過除塵器下的脫硫灰再循環(huán)系統(tǒng)，返回脫硫塔繼續(xù)參加反應，如此循環(huán)。多余的少量脫硫灰渣通過氣力輸送至脫硫灰?guī)靸龋偻ㄟ^罐車或二級輸送設備外排。

在循環(huán)流化床脫硫塔中，Ca(OH)2與煙氣中的SO2和幾乎全部的SO3，HCl，HF等完成化學反應，主要化學反應方程式如下：

4.2工藝流程

CFB脫硫工藝主要由吸收劑系統(tǒng)、脫硫塔系統(tǒng)、循環(huán)灰系統(tǒng)、注水系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等組成。一般采用干態(tài)的熟石灰粉作為吸收劑。工藝流程如圖1。

5運行數據分析

某玻璃生產線CFB脫硫投運后，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，脫硫效果明顯，達到設計要求。脫硫系統(tǒng)參數見表2。

從表2中可以看出，通過對煙氣參數5天平均值的分析，SO2初始濃度平均為729mg／Nm3，經過CFB脫硫后SO2濃度平均為67.2mg／Nm3，脫硫效率位90.78％，達到設計要求。

6結束語

循環(huán)流化床脫硫(CFB—FGD)工藝不僅能夠很好的滿足玻璃熔窯脫硫指標的要求，而且該技術投資成本低、占地面積小、運行穩(wěn)定、操作維護簡單；在當前環(huán)保形勢下，結合企業(yè)的運營壓力，循環(huán)流化床脫硫工藝是玻璃行業(yè)的一個很好的煙氣治理技術。