LIFAC烟气脱硫工艺及其应用

LIFAC烟气脱硫工艺及其应用摘要：本文就芬兰坦佩拉动力公司(Tampella)开发的LEFAC脱硫技术在燃煤火电厂的应用做了介绍，并结合优化LIFAC脱硫运行工况的燃烧方式—“LDR—复合射流防渣低污染煤粉燃烧技术”以及在此燃烧技术上所研发的“LDRI—高低温烟气复合脱硫技术”在老厂坏保改造工程中的应用实例，阐述了LIFAC工艺系统，脱硫基本原理，优化LIFAC工况的运行要点以及其经济环保效能，商业应用前景等。

关键词：LIFAC烟气脱硫工艺应用一、国内外燃煤电厂适用的脱硫技术概况：目前，各种脱硫技术累计已有100多种，而成熟的燃煤电厂脱硫技术有以下几种：1、湿式石灰石—石膏法：这是目前应用最广、技术最为成熟的脱硫工艺，在全世界所有烟气脱硫装置中，湿法工艺占86%，它适用于燃中、高硫煤的新建机组，初期投资及运行费用高，但设备运行可靠，钙的利用用率达90%以上，在ca/s=2.O 情况下，脱硫效率可达90%以上，尤其适用于燃高硫煤(S)3%)的电厂。

2、旋转喷雾干燥脱硫工艺：与湿式石灰石—石膏法相比，旋转喷雾干脱硫工艺投资较低，在ca/s=1.2～1.5条件下，脱效率可达78%～84%，适用于燃中、高硫煤矿电厂。

3、炉内喷钙加烟道增湿活化脱硫工艺(LIFAC工艺)该种工艺系统简单,投资和运行费用相对较低，在Ca/S=2～2.5情况下,脱硫率可达80%左右,适用于燃中、低硫煤的电厂。

以上三种脱硫工艺已分别在四川珞璜电厂(35万KW)，四川白马电厂(7000Nm3/h 烟气脱硫工业装置)，南京下关电厂(12.5万KW)投用，除此这外，国外先进的新型脱硫技术还有“气体悬浮吸收法”、“利用煤灰干式脱硫法”、“电子束照射加NH3脱硫法”以及多种“脱硫脱氮联合技术”，其发展趋势是降低投资及运行成本，提高脱硫剂利用率及较高的脱硫率，运行可靠，便于维护。

下表是几种脱硫工艺及其技术经济参数，从中可以看出，LIFAC(炉内喷钙加增湿活化)工艺综合投资相对是最低的，在燃煤火电厂尤其是老厂环保改造工程中得到广泛应用。

表1燃煤电厂脱硫工艺及其技术经济参数脱硫工艺适用范围脱硫效率(%)初投资*元/KW(元/t•SO2)运行费元/t•SO2•yt 旋转喷雾干燥中、高硫煤，主要用于新建机组及有条件的老机组改造 89～90300 3100 300炉内喷钙加增湿活化(LIFAC) 中、低硫煤，适用于老机组改造 60～70 225 2880 240 湿式石灰-石膏法高硫煤适用于新建机组 90～95 430 3950 420循环流化床中、高硫煤，适用于新建机组 80～90 344 3350 190注：以燃煤含硫2%计。

二、LIFAC烟气脱硫工艺1、LIFAC脱硫工艺简述LIFAC(LimestoneIngectionintotheFurnaceandCalciumOxideActivation石灰石炉内喷射及未反应钙基的活化)烟气脱硫工艺是一个把炉内喷钙脱硫与尾部烟气增湿活化相结合的脱硫工艺，在目前世界许多厂商研究开发的以石灰石喷射为基础的干法脱硫工艺中，芬兰TampellatIvo公司开发的这种脱硫工艺，于1986年首先投入商业性运行。

适用于燃煤锅炉的这种新型脱硫系统分两步完成脱硫。

第一步，是向锅炉燃烧室喷入粉状Caco3;第二步是对空气预热器出口烟气喷射雾化水。

1>第一步脱硫过程(炉内喷钙原理)将石灰石粉末喷入炉膛顶部，在理想情况下，喷入点的烟气温度应在800～1250℃之间，石灰石粉末迅速分解成CaO与CO2，部分CaO与烟气中的So2经氧化反应，最终生成CaSO4,CaO与CaSO4及飞灰一起被烟气携带进入锅炉尾部，过程反应式为：Caco3>900℃CaO+CO2SO2+Cao+1/2O2<1250℃CaSO4炉膛内喷入石灰石后的SO2脱除率随煤种、石灰石粉特性，炉型及其空气动力场和温度场特性等因素改变，一般在20%～50%。

2>第二步脱硫过程(尾部烟气增湿活化脱硫原理)大量的测试结果表明，燃烧室脱硫效率低于50%，如图1所示，为了弥补节一步脱硫低的缺陷，充分利用燃烧室未反应完的cao，设计了第二步脱硫，使其一般综合脱硫率不低于70%。

a尾部烟气增湿脱硫机理可概括为：烟气中大部分未及时在炉膛内参与反应的cao被雾化水增湿进行水合反应生成Ca(OH)2,Ca(OH)2再与烟气中的SO2反应生成CaSO3，部分CaSO3被氧化成CaSO4,CaSO4和CaSO3最终被ESP从烟气中脱除，具体地说，喷雾增湿脱硫技术由以下四个过程方面完成：①增具活化烟气飞灰中CaO等高碱性残留物与烟气中SO2反应;②雾化液滴吸收烟气中SO2，并通过蒸发使SO2固着于飞灰表面;③增湿液相中电站排污废水所含的碱金属离子、CaO及粉煤灰吸收烟气中的SO2。

④飞灰颗粒被电除尘器捕集从而达到最终脱除SO2。

b.化学反应机理：H2O+SO2→H2SO3H2O+Cao→Ca(OH)2Ca(oH)2+SO2→CaSO3+H2OCaSO3+1/2O2→CaSO4事实上，喷雾增湿脱硫反应过程与反应产物是极其复杂的，以上表述的过程，仅是以CaO为例的理想过程，其中并未包括MgO、Na2O、K2O等物质的反应，在反应产物中，亦未表述反应率，结晶水等方面的因素。

喷雾增湿脱硫过程设置在空气预热器和电除尘器之间的活化反映器内完成，在活化反应器内，雾化水受热接近饱和温度而使排烟冷却，此时的排烟温度约比饱和温度高10℃，在反应器内，大部分CaSO3被氧化为CaSO4，通过合理地控制反应条件，在飞灰/水颗粒还在悬浮时，其中的水便被蒸发掉，然后这些经过硫化和干燥的混合物随烟气进入除尘器，最后与飞灰一起被除去。

第一阶段、第二阶段脱硫效率及总脱硫效率图(略) 第二阶段脱硫效率高低取决于雾化水量、液滴粒径、水雾分布和烟气流速、出口烟温等，通常在4%-6%范围内，LIFAC工艺系统的脱硫效率η为炉膛脱硫效率η1和活化反应器脱硫率η2之和，即：η=η1+(1-η1)•η2一般为60%～85%2、LIFAC烟气脱硫工艺中的几个影响因素：a、炉内喷钙工艺主要影响因素1)Caco3粉本身品质，在炉内喷钙工艺对吸收剂的技术要求中，石灰石中cao 的含量应>52%(相当于纯度93%的石灰石),Al2o3和Sio2会使cao成为熔融态,从而降低吸收剂的活性,因此Al2o3和Sio2合计总含量≯5%,铁在还原气氛中会成为助熔剂,对脱硫不利,故其含量应控制在1%;为了防止炉内喷钙工艺最终副产品的二次污染,以及对其进行综合利用,要求吸收剂中So3的含量为0.5%,氯对锅炉运行不利,会造成锅炉尾部腐蚀,要求氯含量≯0.5%,下表是炉内喷钙工艺对吸收剂化学成份的要求。

炉内喷钙工艺吸收剂化学成份表% 水份 Cao MgO Al2o3+Sio2 Fe2O3 Na2O+K2O SO2 Cl石灰石<1>52<5<5<1 <1<0.5<0.05消石灰 <1>70<5<5<1<1<0.5<0.052)CaCO3粉末的粒径(CaCO3粉末表面积)，CaCO3粉末一般要求其平均粒径<30μm，这样才能保证CaCO3粉末反应的表面积足够大，在炉膛内分布均匀并迅速混合，其相应地扩散阻力明显减少，有助于烟气与吸收剂的接触，提高了气固相的混合率与对SO2的吸收率。

清华大学超细粉剂制备专利技术设备可使其平均粒径<10μm，脱硫效果得到明显改善。

3)喷入的脱硫剂量Ca/S摩尔比是指进入系统石灰石中钙的摩尔数与进入系统烟气中So2摩尔数之比大量试验表明，随着Ca/S的增加，脱硫效率也随之增大，其增加的幅度由大到小，最后趋于平稳，过量的钙粉将使吸收剂含固量、粘度、反应生成物浓度同时增大，有碍于So2的脱除反应。

因此，对于不同的烟气脱硫系统都有一个合适的Ca/S范围，在此范围内，脱硫率达到最佳，运行费用较低。

4)炉内温度与CaCO3的喷入部位：炉内喷钙工艺的适宜温度为800～1250℃，如果将CaCO3喷入超过1250℃的高温区域，则CaSO4将分解(CaSO4分解温度<1250℃)，脱硫效率将下降。

CaCO3粉的喷射部位直接影响炉内喷钙工艺，传统的喷射部位选择在炉膛顶部喷入，在CaCO3喷入较大时，易造成炉内结渣沾污，CaO“烧结”、“钝化”率高，脱硫率下降。

所以，根据具体的锅炉特性改进燃烧器、采用有利于脱硫率的燃烧方式(如采用燃烬风OFA•OverFiveair)是十分必要的，“甘肃电力燃烧工程技术研究中心”开发的LDR—复合射流防渣低污染煤粉燃烧技术”在喷射点的布置上充分利用了双区燃烧态势的特点改变了传统单一在炉膛顶部喷射点的布置形式，极大地改善了炉内喷钙工艺过程。

5)反应时间在SO2+CaO+1/2O2<1200℃→CaSO4反应中，脱硫反应约在800～1200℃间进行，较长的反应时间对脱硫是有利的，完成这种反应时间约1S。

炉内SO2的脱除率对吸收剂的喷射条件非常敏感，烟气温度、停留时间、O2及SO2的条件在吸收剂粒子运行于炉内的自始自终都必须是合适的，在LIFAC工艺的实际应用中，必须全面寻求最佳运行条件，优化LIFAC运行工况，达到较高的脱硫率。

b尾部烟气增湿脱硫工艺主要影响因素①活化反应器出口烟气温度对脱硫率的影响活化反应器出口烟温越低其脱硫率越高，当其它条件接近时，反应器出口烟温越低，说明浆液中的含水量越大，SO2脱除反应的基本条件是吸收剂雾液必须含有水份，当水份含量较高时，料雾与烟气一接触即迅速降低了烟气温度,从而使蒸发率降低，延长了化学反应时间，有利了so2的吸收;另一方面，雾滴的干燥速度还受到烟气中水蒸气分压的影响，当水蒸气分压接近于相同温度下的饱和蒸汽压(即相对温度接近于100%)时，吸收so2的时间可大幅度增加，使脱硫率明显增加。

事实上，当烟气温度接近于绝热饱和温度时，so2吸收率及石灰石的利用率都上升。

一个主要判断指标是烟气过饱和温度(AST)即反应器出口烟温与绝热饱和温度之差。

常规喷雾增湿活化系统的烟气过饱和度>10℃运行相对可靠。

②灰渣再循环对脱硫率的影响由于活化反应器出口烟气中还含有一部分可利用的钙化物，为提高钙的利用率，采用飞灰再循系统把部分ESP捕捉的飞灰再循环入LIFAC反应器中再利用，亦即脱硫灰的再循环利用。

实验表明，在吸收剂浆液中掺入一部分脱硫灰(即灰渣再循环)，将能进一步提高吸收剂的利用率，同时改善了传统传热条件，有利于雾粒干燥，在提高脱硫率的同时，改善了活化反应器壁结垢的趋势。

③雾化水的喷入量与雾化程度、喷射层的设置尾部烟气增湿脱硫工艺对水的喷入量要严格控制，且必须保证其有足够高的雾化程度，一方面要最大限度地延长液滴在烟气流中的寿命，为烟气/吸收剂能在最佳温度下接触创造良好氛围，另一方面又必须保证它们在接触到反应器的顶部前被蒸发掉。