求干法脫硫工藝技術(shù)分析？？

1.煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀

世界上煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了以下3個階段：?

　　a) 20世紀(jì)70年代，以石灰石濕法為代表第一代煙氣脫硫。?

　　b) 20世紀(jì)80年代，以干法、半干法為代表的第二代煙氣脫硫。主要有噴霧干燥法、爐內(nèi)噴鈣加爐后增濕活化（LIFAC）、煙氣循環(huán)流化床（CFB）、循環(huán)半干法脫硫工藝（NID）等。這些脫硫技術(shù)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(shè)備可靠性提高，系統(tǒng)可用率達(dá)到97%，脫硫率一般為70%～95%，適合燃用中低硫煤的中小型鍋爐

　　c) 20世紀(jì)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(shù)和經(jīng)濟(jì)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(nèi)噴鈣加爐后增濕活化、噴霧干燥法、氣體懸浮吸收脫硫工藝（GSA）以及改進(jìn)后的NID卻得到了進(jìn)一步的發(fā)展，并趨于成熟。這些煙氣脫硫工藝的優(yōu)點(diǎn)是：脫硫率高(可達(dá)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(yùn)行費(fèi)用低。從20世紀(jì)90年代開始，中國先后從國外引進(jìn)了各種類型的脫硫技術(shù)，建成了6個示范工程項(xiàng)目，涉及濕法、半干法和干法煙氣脫硫技術(shù)！

　球本文根據(jù)幾種干法、半干法脫硫工藝的基本原理，對干法工藝的幾個重要方面進(jìn)行分析。?

2.脫硫塔大型化的要點(diǎn)

2.1盡量使用單塔脫硫

　　隨著機(jī)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?yàn)閱我晃账夹g(shù)提高了系統(tǒng)的可靠性和脫硫率，而且初期投資費(fèi)可降低30%～50%。脫硫副產(chǎn)品回收利用的研究開發(fā)，也拓寬了其商業(yè)應(yīng)用的途徑。?

2.2脫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(nèi)流場中溫度的均勻性和調(diào)節(jié)的靈敏性。

a) 塔內(nèi)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(diǎn)的溫度趨于一致，不能有高、低溫差異太大的情況出現(xiàn)。因?yàn)楦邷靥幍腟O2吸收反應(yīng)效果較差，高溫時吸收劑的活性較小，反應(yīng)溫度與煙氣露點(diǎn)溫度的差值較大（AST），反應(yīng)率就低；而低溫處，尤其出現(xiàn)低于露點(diǎn)溫度，即AST＜0時，容易出現(xiàn)局部的結(jié)露、粘連和筒壁腐蝕，這就是為什么有些脫硫工藝需要在反應(yīng)塔內(nèi)加裝內(nèi)襯的原因，其實(shí)，這種情況的危害性較大，反應(yīng)塔可以通過內(nèi)襯防腐，但煙氣下游的設(shè)備和煙氣管道卻難以防腐，且花費(fèi)較大。

　　b) 脫硫塔調(diào)節(jié)的靈敏性要求

　　隨著負(fù)荷、工況的變化，各參數(shù)的負(fù)荷應(yīng)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。?

2.3循環(huán)流化床煙氣脫硫塔?

　　為保證脫硫反應(yīng)塔溫度的均勻性和調(diào)節(jié)靈敏性，要求塔內(nèi)有良好的傳質(zhì)特性。物料的傳質(zhì)往往比傳熱更重要，而且能更快達(dá)到更好的效果，單純的傳熱速度較慢，而且熱力場有熱力梯度，很難使各點(diǎn)的溫度在短時間內(nèi)很均勻，利用循環(huán)流化床的原理而設(shè)計的脫硫塔，在這一方面比較能夠達(dá)到這一要求，它使反應(yīng)塔內(nèi)的傳熱傳質(zhì)非常強(qiáng)烈。?

2.3.1循環(huán)流化床脫硫塔的特點(diǎn)?

　　根據(jù)循環(huán)流化床原理而設(shè)計制造的脫硫反應(yīng)塔，其煙氣進(jìn)入反應(yīng)塔底部時，塔內(nèi)文丘里的加速，將噴入塔內(nèi)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(qiáng)烈的紊流狀態(tài)，物料之間的碰撞、摩擦、反應(yīng)、傳熱等物理化學(xué)過程非常強(qiáng)烈，任何工況變化所引起的波動都會在這個強(qiáng)烈的傳熱傳質(zhì)狀態(tài)下迅速達(dá)到新的平衡。這樣，布置在塔頂?shù)臏囟葴y點(diǎn)產(chǎn)生假信號或幾個測點(diǎn)的溫度信號不一致而使控制系統(tǒng)無法及時進(jìn)行各種物料的調(diào)節(jié)的可能性大為減少，同時也使脫硫設(shè)備出現(xiàn)低溫、結(jié)露、腐蝕的概率大為減少。

2.3.2回流式循環(huán)流化床煙氣脫硫塔的特點(diǎn)

　　尤其是德國WULFF公司的回流式煙氣循環(huán)流化床（RCFB），其獨(dú)特的流場和塔頂結(jié)構(gòu)設(shè)計，在RCFB吸收塔中，煙氣和吸收劑顆粒的向上運(yùn)動中會有一部分因回流（Reflux）而從塔頂向下返回塔中。這股向下的回流固體與煙氣的方向相反，而且，它是一股很強(qiáng)的內(nèi)部湍流，從而增強(qiáng)了煙氣與吸收劑的接觸時間。實(shí)際上可以認(rèn)為這是一種與外部再循環(huán)相似的內(nèi)部再循環(huán)。在內(nèi)部再循環(huán)的作用下，RCFB工藝的脫硫效率得到了優(yōu)化。也許很多脫硫工藝都很難避免腐蝕情況的出現(xiàn)，但這種概率和趨向則可以把握。?

2.4脫硫塔內(nèi)煙氣濕度的控制

　　溫度的控制，實(shí)質(zhì)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。例如爐內(nèi)噴鈣尾部增濕工藝，其爐內(nèi)噴鈣脫硫效率為25%～35%，尾部增濕效率為40%～50%，總效率為75%左右，這說明了煙氣濕度對脫硫效率的影響。在相對濕度為40%～50%時，消石灰活性增強(qiáng)，能夠非常有效地吸收SO2，煙氣的相對濕度是利用向爐內(nèi)給煙氣噴水的方法來提高。半干法煙氣脫硫工藝中，水和石灰以漿液的狀態(tài)注入煙氣，漿液中固態(tài)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%～50%，而干法脫硫工藝，如RCFB和NID，加入的水量相同，但水分布在粉料微粒的表面，用于蒸發(fā)的表面積很大。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(diǎn)溫度10～20 ℃(實(shí)踐中，這一溫度范圍為65～75 ℃)，激活消石灰吸收SO2。SO2是煙氣中反應(yīng)較慢的成分，保持床溫接近露點(diǎn)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(jìn)SO2和Ca2化學(xué)成分之間的反應(yīng)，使吸收的程度和石灰的利用率達(dá)到最佳。SO3和鹵化酸類（HCl、HF等）的酸性比SO2強(qiáng)，所以SO3，HCL，HF成分在裝置中的去除率達(dá)99%，因其活性強(qiáng)，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(diǎn)溫度的另一好處。

3.干法脫硫工藝的運(yùn)行調(diào)節(jié)

　　干法脫硫工藝的系統(tǒng)控制和調(diào)節(jié)主要取以下3個信號，用以前饋或反饋到各個調(diào)節(jié)回路，相互配合，達(dá)到脫硫的最佳工況條件，保證脫硫的效果。

3.1控制好脫硫塔內(nèi)的溫度及高度重視塔內(nèi)的加水方式

　　a) 監(jiān)測脫硫塔內(nèi)的溫度，以此來調(diào)節(jié)噴水系統(tǒng)的開度和噴水量的大小，保持適當(dāng)?shù)腁ST值，使床溫在各種負(fù)荷和工況條件下，煙氣的酸露點(diǎn)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(xué)反應(yīng)，提高脫硫率。

　　在大型化商業(yè)運(yùn)行的脫硫塔中，溫度的控制是比較困難的，它是制約脫硫裝置大型化發(fā)展的主要因素之一。當(dāng)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，目前，干法、半干法脫硫裝置還沒有在較大容量機(jī)組上使用的業(yè)績，與此有很大關(guān)系。較為成熟的脫硫技術(shù)，如旋轉(zhuǎn)噴霧法，GSA法，其單塔容量一般都在100 MW機(jī)組以下，單塔直徑4 500 mm以下，而NID法則做得更小一些。各國公司都在圍繞干法、半干法脫硫裝置大型化發(fā)展進(jìn)行開發(fā)和研究，德國WULFF公司利用流化床和帶內(nèi)回流的循環(huán)流化床技術(shù)（RCFB），在解決傳熱傳質(zhì)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300 MW機(jī)組煙氣脫硫并獲得成功。

　　b) 給脫硫塔內(nèi)加水的方式頗為講究。在旋轉(zhuǎn)噴霧，GSA半干法中，由于吸收劑以漿液形式噴入時帶有水，運(yùn)行時又需加調(diào)節(jié)，造成由溫度信號而引起的水路調(diào)節(jié)變得復(fù)雜化，因?yàn)樵趪姖{工藝中，所加入的水與吸收劑的量有比例關(guān)系，使噴水調(diào)節(jié)受其它因素影響。NID法的水完全與吸收劑、再循環(huán)料一道加入反應(yīng)塔（視垂直煙道為反應(yīng)塔）。RCFB法吸收劑直接以干粉形態(tài)噴入，水路另外單獨(dú)噴入，就噴水調(diào)溫而言，RCFB法顯然要更方便一些。?

3.2監(jiān)測SO2排放量

　　監(jiān)測SO2排放量信號，用于調(diào)節(jié)脫硫劑的加入量。當(dāng)SO2排放量較大時，就應(yīng)加入更多的吸收劑去吸收更多的SO2；當(dāng)SO2的排放量較小時，就應(yīng)減少吸收劑的使用，使系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)合理，降低成本。

3.3監(jiān)測吸收塔的壓降

　　監(jiān)測吸收塔的壓降，用于調(diào)節(jié)再循環(huán)量的大小，使脫硫渣的循環(huán)量和循環(huán)次數(shù)控制在設(shè)計范圍之內(nèi)，這樣既可控制下游脫硫除塵器的入口灰塵的質(zhì)量濃度和煙囪煙塵質(zhì)量濃度的排放，又可提高吸收劑的利用率，降低堿酸比。

　　控制這三個監(jiān)測量及其相關(guān)的信號去調(diào)節(jié)各運(yùn)行回路，使脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行達(dá)到最優(yōu)化，這是干法、半干法脫硫工藝控制系統(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(dú)立，各行其是，互不影響則最理想，而RCFB技術(shù)的控制原理最能符合這一要求，由于其吸收劑、水和脫硫渣的再循環(huán)是獨(dú)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)量而增大堿酸比的情況。當(dāng)然，以上三個參數(shù)總是相互影響、協(xié)同調(diào)節(jié)的，但三路系統(tǒng)的參數(shù)分別調(diào)節(jié)，會更方便靈活一些。?

4.預(yù)除塵器設(shè)置的探討

　　對于是否使用預(yù)除塵器，很多文獻(xiàn)或資料并沒有詳細(xì)說明。據(jù)國外一些資料指出，一般干法或半干法都設(shè)有預(yù)除塵器，但國內(nèi)很多電廠沒有設(shè)預(yù)除塵器。不設(shè)預(yù)除塵器，筆者認(rèn)為起碼會影響以下2方面。?

4.1不利于燃料灰和脫硫灰的再循環(huán)

　　根據(jù)計算，鍋爐燃煤產(chǎn)生的燃料灰的量比較多，而用于脫硫產(chǎn)生的脫硫灰的量比較少，通常前者是后者的三倍左右。以200 MW機(jī)組為例，耗煤量約95 t/h，產(chǎn)生的燃料灰約22 t（灰分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以25%計），而脫硫灰量（硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以0.85%計）約7 t；以300 MW機(jī)組為例，耗煤量約140 t/h，產(chǎn)生的燃料灰約32 t，而脫硫灰量約11 t。這就是說，如果沒有預(yù)除塵器，當(dāng)脫硫灰和燃料灰混在一起再循環(huán)時，將有75%的再循環(huán)物是燃料灰，而這些大量的燃燒灰對提高脫硫率和降低堿酸比值并沒有幫助，還會減少吸收劑、脫硫灰與SO2的接觸，消耗動力，增大反應(yīng)塔容量；由于再循環(huán)量變大，還會提高煙氣噴射的初始速度以達(dá)到同樣的流化狀態(tài)，這一初始速度的提高，還會帶來以下2個問題：

　　a) 減小煙氣在塔內(nèi)的停留時間，使氣體很快通過吸收塔，降低了塔內(nèi)的反應(yīng)率，將部分脫硫反應(yīng)留在了下游設(shè)備中。

　　b) 一般燃料灰比脫硫灰要粗一些，燃料灰的平均粒徑大致為15μm±5μm，脫硫灰的平均粒徑大致為10μm±5μm；燃料灰的體積質(zhì)量一般為700～1 000 kg/m3，而脫硫灰的體積質(zhì)量一般為500～1 000 kg/m3，煙氣流速的加大，將大量的細(xì)微粒帶出了反應(yīng)塔，不利于吸收劑的有效利用，影響了堿酸比。?

4.2影響脫硫塔下游的脫硫除塵器?

　　是否設(shè)置預(yù)除塵器，對脫硫塔下游的脫硫除塵器會產(chǎn)生較大的影響。如果沒有預(yù)除塵，大量燃煤灰混在脫硫灰中一起循環(huán)，使得循環(huán)量變大，脫硫除塵器的入口質(zhì)量濃度也隨之增大，在除塵器排放指標(biāo)一定的情況下，脫硫除塵器的入口質(zhì)量濃度是有限度的，太高的入口粉塵質(zhì)量濃度也會使除塵器的造價上升，這樣勢必減少循環(huán)次數(shù)，降低吸收劑利用率，使堿酸比值變大。如果有預(yù)除塵器，這一情況將得到改善。這就可以解釋GSA，NID脫硫工藝，在沒有預(yù)除塵器時，循環(huán)次數(shù)只有30～50次；而CFB，RCFB脫硫工藝，由于設(shè)置了預(yù)除塵器，循環(huán)次數(shù)就可以達(dá)到100～150次。?

5.脫硫除塵器的設(shè)置

　　干法、半干法脫硫用的除塵器有別于火力發(fā)電廠的常規(guī)除塵器，大型火力發(fā)電廠一般1臺爐配2臺除塵器，而脫硫裝置如果是配單塔脫硫，則通常只配一臺除塵器。除了設(shè)備數(shù)量的不同使得脫硫除塵器變大外，其差別還主要在于除塵器入口質(zhì)量濃度的不同。火力發(fā)電廠所配除塵器的入口質(zhì)量濃度通常在35 g/m3左右（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），若煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)以200 mg/m3計（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），則效率通常為99.4%左右，而脫硫除塵器的入口質(zhì)量濃度由于脫硫渣的多次再循環(huán)而變得很大，通常達(dá)到0.6～1 kg/m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）。要達(dá)到相同的排放質(zhì)量濃度，除塵效率通常要求達(dá)到99.97%以上。如使用RCFB技術(shù)的廣州恒運(yùn)集團(tuán)公司的以大代小1×210 MW機(jī)組的煙氣脫硫系統(tǒng)，脫硫除塵器的入口質(zhì)量濃度為800 g/m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），除塵效率要求達(dá)99.975%；使用NID技術(shù)的浙江巨化股份有限公司的230 t/h煙氣脫硫用除塵器的入口質(zhì)量濃度為1 kg/m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），除塵效率要求達(dá)99.98%。凡利用循環(huán)技術(shù)進(jìn)行干法、半干法脫硫的工藝，其脫硫除塵器的入口質(zhì)量濃度都很高。如GSA，NID等工藝，由于循環(huán)量較大，一般循環(huán)次數(shù)為30～40次時，脫硫除塵器的入口質(zhì)量濃度便達(dá)到了1 kg/m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）。如采用預(yù)除塵器，由于再循環(huán)量減少了大約70%，其循環(huán)次數(shù)在100～150次左右時，脫硫除塵器的入口質(zhì)量濃度可達(dá)到600～800 g/m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），如RCFB工藝。對于高粉塵質(zhì)量濃度的除塵器，國外有用布袋式的，也有用靜電式的。由于布袋除塵價格較高，檢修強(qiáng)度較大，更換頻率快，且系統(tǒng)壓降較大，廠用電高，我國趨向于使用靜電除塵器。靜電除塵器處理高質(zhì)量濃度粉塵在結(jié)構(gòu)上有其特殊的地方，各種工藝所采取的辦法也不盡相同，如GSA工藝，在煙氣進(jìn)靜電除塵器之前，先通過旋風(fēng)分離器進(jìn)行機(jī)械預(yù)除塵；NID脫硫工藝，在靜電除塵器上加一段機(jī)械預(yù)除塵和小灰斗；lurgi公司采用上進(jìn)氣方式，通過煙氣回轉(zhuǎn)折流預(yù)除塵；德國WULFF公司在進(jìn)口及第一電場采取預(yù)除塵措施的同時，又在振打清灰，改善放電極線形式，加大放電強(qiáng)度，提高放電電流強(qiáng)度，防止二次飛揚(yáng)等方面做工作，并取得了較好的效果，獲得了很高的除塵效率。盡管脫硫除塵器的入口質(zhì)量濃度很高，但由于脫硫灰分的組成主要是鈣的化合物，不會有燃煤灰中的Al2O3和游離SiO2等難以捕捉的物質(zhì)，且脫硫灰的粉塵較細(xì)、比電阻較小，含濕量相對高一些、溫度較低等因素，還是對除塵有利。但是，脫硫除塵器是干法、半干法脫硫工藝一個非常主要的設(shè)備。因?yàn)椴粌H有部分脫硫反應(yīng)在除塵器中完成，而且除塵器還與脫硫塔的再循環(huán)聯(lián)系在一起。嚴(yán)格意義上講，脫硫除塵器是干法、半干法脫硫工藝的一個組成部分，與脫硫塔密不可分，實(shí)際上，國外所講的干法脫硫工藝系統(tǒng)，就包括了脫硫除塵器。?