循环流化床干法烟气脱硫技术分析
循环流化床烟气脱硫工艺
03
CATALOGUE
循环流化床烟气脱硫工艺的应用
在不同类型电厂的应用
大型煤电基地
循环流化床烟气脱硫工艺适用于大型煤电基地，能够满足 高硫煤的脱硫需求，降低烟气中SO2的排放量。
02
副产物的处理与回收是工艺中 不可或缺的一环，通常采用脱 水、干燥、煅烧等工序将其转 化为有价值的产物。
03Leabharlann 部分副产物可作为建筑材料、 化工原料等再利用，从而实现 资源循环利用。
控制系统
控制系统是循环流化床烟气脱硫工艺的 神经中枢，负责监测、控制整个工艺流 程。
控制系统通常包括传感器、执行器、控制器 等组成部分，能够实现自动化控制和优化操 作。
智能化控制技术
利用先进的传感器、控制 系统和人工智能技术，实 现工艺过程的智能监控和 优化控制。
未来市场前景与竞争格局
市场需求增长
随着环保要求的提高和燃煤发电的增加，循环流化床烟气脱硫工 艺的市场需求将持续增长。
技术竞争加剧
随着技术的进步，竞争将更加激烈，企业需要不断提升技术水平和 创新能力。
跨国合作与技术引进
通过跨国合作和技术引进，推动循环流化床烟气脱硫工艺的国际交 流与合作。
对环境的影响与可持续发展
减少污染物排放
01
循环流化床烟气脱硫工艺能够有效降低SO2等污染物的排放，
减轻对环境的压力。
资源回收与利用
02
通过脱硫副产物的资源化利用，实现资源的有效回收和循环利
用。
节能减排与低碳发展
03
循环流化床烟气脱硫工艺的发展有助于推动节能减排和低碳经
内循环流化床烟气脱硫技术研究
内循环流化床烟气脱硫技术研究一、研究背景随着我国经济的快速发展，工业生产和能源消耗也在不断增加，这导致了空气质量逐渐恶化，尤其是大气中的二氧化硫(SO浓度逐年攀升。
为了改善空气质量，减少污染物排放，我国政府对环境保护和节能减排提出了更高的要求。
因此研究和开发新的烟气脱硫技术显得尤为重要。
内循环流化床烟气脱硫技术是一种新型的环保技术，它可以将烟气中的二氧化硫有效地去除，从而达到降低污染物排放的目的。
这种技术具有操作简便、效率高、能耗低等优点，因此备受关注。
然而目前内循环流化床烟气脱硫技术在实际应用中还存在一些问题，如脱硫效率不高、设备成本较高等，这些问题亟待解决。
1. 国内外内循环流化床烟气脱硫技术的发展现状及存在的问题；内循环流化床烟气脱硫技术作为一种环保的脱硫方式，近年来在国内外得到了广泛的关注和研究。
然而尽管这项技术有很多优点，但在实际应用中仍然存在一些问题和挑战。
首先让我们来看看国内外内循环流化床烟气脱硫技术的发展现状。
在国内这项技术已经取得了一定的进展，但与国外相比还有很大的差距。
目前国内的一些大型钢铁企业已经开始采用内循环流化床烟气脱硫技术，但由于技术和资金等方面的限制，这些项目的运行效果并不理想。
而在国外内循环流化床烟气脱硫技术已经非常成熟，广泛应用于各种工业领域。
那么为什么内循环流化床烟气脱硫技术在国内还存在这么多问题呢？一方面这可能与国内的技术水平和管理水平有关，与国外相比，国内的环保意识和技术水平还有待提高。
另一方面这也可能与国内的投资环境有关，由于环保政策的限制和市场竞争的压力，很多企业可能会选择更为简单和低成本的脱硫方式。
虽然内循环流化床烟气脱硫技术在国内外都得到了广泛的关注和研究，但在实际应用中仍然存在一些问题和挑战。
我们需要进一步加强技术研发和人才培养，同时改善投资环境和管理水平，才能更好地推动内循环流化床烟气脱硫技术在我国的发展。
2. 国家环保政策和法律法规的要求话说这环保事儿，可真是让人头疼。
循环流化床烟气脱硫过程特性分析
文章编号:100520930(2003)20120077209 中图分类号:TK124 文献标识码:A ①循环流化床烟气脱硫过程特性分析颜 岩, 彭晓峰, 贾 力, 王补宣(清华大学热能工程系,北京100084)摘要:在分析循环流化床气相和颗粒相流动特性以及浆滴蒸发和SO 2吸收特性基础上,建立了循环流化床烟气脱硫过程特性的数学模型,考察动力学参数、热力学参数以及化学参数对脱硫效果的影响.结果表明,烟气出口温度与绝热饱和温度之差(ASA T )和浆滴蒸发时间是影响脱硫效果的重要参数,浆滴蒸发时间越长,有效反应时间越长,脱硫效果越好,而ASA T 减小可延长浆滴蒸发时间.动力学、热力学和化学参数对脱硫效果的影响都可归结为改变浆滴的蒸发时间(或ASA T ).模型计算结果与已有实验结果吻合良好.关键词:环2核模型,循环流化床,烟气脱硫,传递现象,数值模拟循环流化床烟气脱硫技术具有脱硫剂利用率高、耗水量少以及脱硫产物为干态等一系列优点[122]而得到广泛应用.循环流化床烟气脱硫涉及床内气相、颗粒相流动,浆滴蒸发和SO 2吸收等复杂过程,影响因素众多.樊保国[2]、冯斌[3]、谢建军[4]、刘海波[5]实验研究了各种热力学、动力学、化学参数对脱硫效果的影响,发现烟气湿度、钙硫比越高,反应温度越低脱硫效果越明显,气相和颗粒相的循环流率等对脱硫效果也有非常重要的影响.理论研究方面,许多计算都基于Karlsson [6\〗、Dantuluri [7]、G erald [8]等建立的喷雾干燥脱硫反应模型,Neathery [9]在假定床内等温和床内流动为平推流基础上建立了一个等温半经验模型,谭忠超[10]则在此基础上建立了一个非等温模型.这些模型主要考虑浆滴蒸发和SO 2吸收过程,不考虑循环流化床内复杂流动过程的影响,而且模型的主要参数仍需要通过实验来确定.为进一步突出循环流化床烟气脱硫技术的特点,增强脱硫效果、降低水耗和能耗,迫切需要从理论上对循环流化床烟气脱硫设备进行更加详细的分析,建立气固流动、浆滴蒸发和SO 2吸收过程的数学模型,为循环流化床烟气脱硫设备的改进和优化设计提供参考.1 数理模型1.1 基本过程典型循环流化床烟气脱硫装置见文献[2].烟气(一般入口温度为120～180℃.)从床第11卷1期2003年3月 应用基础与工程科学学报J OU RNAL OF BASIC SCIENCE AND EN GIN EERIN G Vol.11,No.1March 2003①收稿日期:2002208216;修订日期:2003203217基金项目:国家自然科学基金重点项目(50136020),教育部博士点基金(2000000304)及国家重点基础研究专项经费资助作者简介:颜岩(1974—),男,博士研究生底部进入,携带由伴床而来的床料颗粒向上流动,石灰浆由泥浆泵经雾化喷嘴雾化后喷入床内,大部分附着在床料表面随床料沿床向上运动,实现与烟气的接触.烟气中的热量传递给浆滴并使浆滴中水分逐渐被蒸发,烟气中的SO 2与烟气中的吸收剂发生如下吸收反应Ca (OH )2+SO 2=CaSO 3・12H 2O +12H 2O 图1 环核流动结构示意图Fig.1 Diagram of core annular flow structure in a circulating fluidized bed大量实验表明,循环流化床内部典型流动结构是环2核结构[11212],即分为环形和核心两个区域,如图1所示.床中心部分是稀浓度向上运动的气粒两相流,近壁面环形区颗粒较浓,大多数颗粒向下运动,两区交界面上存在着气体和颗粒的交换.1.2 环核流动模型针对环核流动结构,假定两区内各参数沿径向均匀一致,可得各守恒方程.气相质量平衡方程d (α2ε1U 1ρg )/d x +2αG/R =0(1)d ((1-α2)ε2U 2ρg )/d x -2αG/R =0(2)颗粒相质量平衡方程d (α2(1-ε1)V 1ρp )/d x +2αs/R =0(3)d ((1-α2)(1-ε2)V 2ρp )/d x -2αs/R =0(4)由式(14)及量级分析可以得到简化的气相和颗粒相动量方程-(d P/d x )1=F Gg 1+F D 1+2τgi /αR (5)-(d P/d x )2=F Gg 2+F D 2+2[ατgi -τgw ]/(1-α2)R (6)F D 1=F Gp 1+2τpi /αR (7)F D 2=F Gp 2-2[ατpi -τpw ]/(1-α2)R(8)忽略SO 2和H 2O 在环核两区内浓度差别,各自质量守恒方程分别为d (α2ε1U 1C SO 2+(1-α2)ε2U 2C SO 2)/d x +(α2ε1K SO 2,1+(1-α2)ε2K SO 2,2)C SO 2Se =0(9)d ((α2ε1U 1+(1-α2)ε2U 2)C H 2O )/d x - (α2ε1αD ,H 2O ,1+(1-α2)ε2αD ,H 2O ,2)(C sat -C H 2O )S e =0(10)式(58)中的摩擦力可表示为τgw =0.5f gw ρg ε2U 2U 2τpw =0.5f pw ρp (1-ε2)V 2V 2τgi =0.5f gi ρg ε1(U 1-U 2)U 1-U 2τpi =0.5f pi ρp (1-ε1)(V 1-V 2)V 1-V 2(11)87应用基础与工程科学学报 Vol.11其中f gi =16/Re 1 (Re 1F 2000)0.079/Re 0.3131 (Re 1>2000), Re 1=αD (U 1-U 2)ρg /μgf gw =16/Re 2 (Re 2F 2000)0.079/Re 0.3132 (Re 2>2000), Re 2=(1-α)DU 2ρg /μg f pi =0.046/V 1-V 2f pw =0.046/V 2(12)由两区间等压力梯度,及满足稳定流动的物料平衡条件,有G g =α2ρg ε1U 1+(1-α2)ρg ε2U 2G p =α2ρp (1-ε1)V 1+(1-α2)ρg (1-ε2)V 2ε=α2ε1+(1-α2)ε2(-d P/d x )1=(-d P/d x )2(13)流态化条件U 1-V 1E U tU 2-V 2E U t (14) 一般已知气体质量流率、颗粒质量流率和截面平均空隙率,需要求α,ε1,ε2,U 1,U 2,V 1,V 2.式(13)只有4个方程,需要补充其它条件.文献[13214]提出环核流动结构是气固两相在不均匀流动状态下为使气固之间相互作用最小而形成的.对单位质量颗粒,气固之间相互作用功为E =[α2F D 1ε1U 1+(1-α2)F D 2ε2U 2]/(1-ε)ρp(15) 在式(13),式(14)约束下,寻求合适的α,ε1,ε2,U 1,U 2,V 1,V 2值使式(15)达到最小值,得到循环流化床内气固流动的描述.已知烟气和浆滴入口参数以及床内气固流动参数,联立式(9),式(10)可求得床内SO 2和水蒸气浓度变化.2 参数确定2.1 平均空隙率轴向分布利用Kunii 和Levenspiel [15]颗粒夹带模型可以得到平均空隙率的轴向分布,即在顶部稀相区有:(ε3-ε)/(ε3-εa )=exp (-γ(Z -Z i ))(16)式中各参数的意义及计算参见文献[11,15].2.2 浆滴和烟气间的传热传质水份从浆滴到烟气的传质系数用下述关联式计算[16]S h =1.83+3.26×Sc 13Re 12(17) 水分和浆滴之间的传热系数用下述关联式计算[17]N u =0.03Re 1.3p , 0.1<Re p <100(18) 忽略床壁和外界环境之间的热量交换,床内气相和颗粒相以及浆滴之间满足等焓关97No.1 颜岩等:循环流化床烟气脱硫过程特性分析系,即任意点处气相、颗粒相和浆滴三者焓值的总和保持不变:I g+I p+I s=I ga+I pa+I sa(19) 由于浆滴从烟气中吸热量等于浆滴的蒸发潜热和浆滴焓值变化之和,则m s c P,s(d T s/d t)=αH S e(T g-T s)-αD(C sat-C H2O)S e r(20) 由式(1720),加上流动条件,可以确定浆滴和烟气之间的传热传质量.2.3 SO2传质系数SO2气体的吸收过程包括,SO2气体从主流区扩散到浆滴表面,进入浆滴内反应界面与吸收剂反应,因反应速度远大于传质速度,可认为反应在瞬间完成[729].气相中SO2向浆滴表面的传质N SO2=αD,SO2,g(P SO2-P SO2,i)/R T(21)液相中SO2传质N SO2=φαD,SO2,lC SO2,i(22)浆滴表面处SO2浓度和分压力之间满足Henry关系:P SO2,i=HC SO2,i(23)联立(27)到(29),得到N SO2=φαSO2,lC SO2/(φαSO2,l/αSO2,g+H/R T g)(24)所以,总的SO2传质系数K SO2=φαSO2,l/(φαSO2,l/αSO2,g+H/R T g)(25)2.4 浆滴表面积单位体积内浆滴总表面积是求解床内SO2和水蒸气浓度的重要参数.由于浆滴喷入床内后,部分自由撒布于烟气中,部分附着在循环固体颗粒的表面上,而且浆滴覆盖状态决定于表面张力、颗粒对水的亲和能力、浆滴蒸发情况以及颗粒和浆滴的直径等众多因素,很难直接通过理论或实验来确定表面积.文献[9]从理论和实验证实了脱硫效果与浆滴的总比表面积无关.一般烟气中水蒸气浓度越高、烟气温度越低,浆滴蒸发越慢.不妨假设一种特殊工况,即流化床出口处烟气ASA T等于0,浆滴恰好在出口处被完全蒸发,由此计算出所需要的单位体积内浆滴总表面积,做为基准计算其它工况.3 过程特性分析3.1 流态化特性分析图2a给出了循环流化床空隙率以及核心区无量纲半径沿床高变化,图2b则是气相和颗粒相速度分布曲线.核心区无量纲半径沿床高逐渐增加,空隙率沿床高几乎不变,且非常接近1.环形区空隙率沿床高变化很大,在密相区和稀相区交界附近有一明显降低,然后又直线上升,到床出口附近又开始下降.显然密相区颗粒向上运动,而稀相区壁面附近颗粒向下运动,因此密相区和稀相区交界附近由于颗粒的反向运动形成颗粒的聚集效应;床出口附近,由于存在颗粒的加速运动,再加上颗粒从核心区向环形区析出,使得环形区的空隙率又开始下降.由于床内大部分为核心区,尽管环形区空隙率沿床高变化很大,对床内平均空隙率的影响很小,平均空隙率与核心区比较接近.08应用基础与工程科学学报 Vol.11图2a 空隙率和核心区半径分布曲线Fig.2a The distribution of void fraction anddimensionless radius of core region 图2b 气相和颗粒相速度分布曲线Fig.2b The distribution of velocity for both gas phase and particle phase 核心区内气体流速沿床高几乎不变,说明颗粒相对气相流动的影响可以忽略.环形区内气体流速在接近床出口处有所增加,这是气体从核心区流向环形区和核心区半径增大的结果.在密相区和稀相区交界点附近,由于部分颗粒从环形区向核心区析出,加上核心区半径增大,核心区颗粒相流速在此处明显下降,而在接近床出口附近,部分颗粒从核心区向环形区析出,造成颗粒流速上升,由于气相和颗粒相的返混,在床出口处颗粒相流速又有所下降.图3 U 和G p 对脱硫率和蒸发时间的影响Fig.3 U and G p vs.the desulfurization rate andevaporation period of slurry 3.2 动力学参数的影响图3给出了脱硫效果及浆滴蒸发时间随烟气流速和颗粒相循环量变化曲线.烟气流速增加,烟气和浆滴之间的传热和传质相应增强,浆滴蒸发速度变快,使得有效反应时间变短,虽然烟气流速增加也会使SO 2从烟气到浆滴表面的扩散速度增加,但吸收的主要阻力来自于SO 2在浆滴内的扩散,综合作用效果使得脱硫率随烟气流速的增加而下降.颗粒相循环流率较小时,脱硫率随颗粒相循环流量的增加而波动,且波动幅度较大,当颗粒相循环流率增大到一定程度以后,脱硫率几乎不再发生变化.对比发现二者变化规律及其相似,说明颗粒相循环流量对脱硫效果的影响在于改变了浆滴的蒸发过程.颗粒相循环流量一方面改变了颗粒相和气体之间的滑移速度,另一方面,改变了浆滴在颗粒表面的覆盖情况,二者共同作用下使得浆滴的蒸发速度和脱硫效果发生非常复杂的变化.正因为脱硫率随颗粒相循环流率的这种复杂变化,需要通过计算或者实验来确定合适的颗粒相循环流率以达到最佳的脱硫效果.3.3 热力学参数的影响热力学参数(烟气入口温度和相对湿度)对脱硫效果和过程特性的影响见图4中的结果.入口湿度相同时,温度增加使脱硫率降低,出口烟气ASA T 增加,蒸发时间变短.入口温度相同时,脱硫率随烟气湿度增加,出口烟气ASA T 降低,蒸发时间变长.烟气入口温18No.1 颜岩等:循环流化床烟气脱硫过程特性分析湿度的影响根本原因在于改变了浆滴的蒸发时间,即改变了有效脱硫反应时间.图4a 烟气温湿度对脱硫率的影响Fig.4a The temperature and humidity of fluegas vs.the desulfurization rate 图4b 烟气温湿度对蒸发时间和出口ASA T 的影响Fig.4b The temperature and humidity of flue gas vs.the evaporation period and ASA T 图5 Ca/S 对脱硫率和蒸发时间的影响Fig.5 Ca/S vs.the desulfurization rateand evaporation period3.4 化学参数的影响已有研究证明,钙硫比对脱硫效果有非常重要的影响.图5为烟气入口温度为160℃,相对湿度为0.06时,钙硫比变化时脱硫效果及浆滴蒸发时间变化曲线.钙硫比越高,浆滴的蒸发时间越长,脱硫率越高.钙硫比越大,喷入浆滴量越多,浆滴的蒸发越慢,延长有效反应时间,有利于脱硫反应.4 实验对比如前所述,目前关于循环流化床烟气脱硫的深入详尽的实验研究还很少,文献中的实验数据也非常有限.本文针对文献[2]和[4]的具体情况,应用本模型作了计算分析.图6a 比较了烟气流速与烟气相对湿度变化时模型计算结果与文献[2]实验结果.图6b 则同时给出钙硫比和绝热饱和温差变化时模型计算结果与文献[4]实验数据.脱硫率随烟气流速、相对湿度、钙硫比和绝热饱和温差(AS图6a U 和相对湿度对脱硫率影响Fig.6a Predicted vs.experimental desulfurizationrate for different flowrate andhumidity 图6b Ca/S 和ASA T 对脱硫率影响Fig.6b Predicted vs.experimental desulfurization rate for different Ca/S and ASA T 28应用基础与工程科学学报 Vol.11A T )变化的实验结果和计算结果在变化趋势非常一致,二者相当吻合,说明模型具有很好的可靠性.5 结束语本文针对循环流化床内环核流动结构结合最小能量原理描述床内流动、浆滴蒸发和SO 2吸收过程,提出循环流化床烟气脱硫过程的数学描述.(1)循环流化床内存在非常复杂的气固两相流动,其流动特性,如烟气流速、颗粒相循环流率等对脱硫效果有着非常重要的影响.(2)脱硫率随着烟气流速的增加而降低;降低烟气入口温度,提高烟气入口相对湿度,可增强脱硫效果;提高入口烟气中SO 2浓度和钙硫比也会提高脱硫率.(3)浆滴的蒸发时间和烟气出口温度与绝热饱和温度之差(ASA T )是影响脱硫效果的重要参数,动力学参数、热力学参数和化学参数对脱硫效果的影响都可以归结为改变了浆滴的蒸发时间(或者ASA T ).符号表a无因次核心区半径a D 对流传质系数(m/s )a H 对流换热系数(kJ/m 2K )C气体摩尔浓度(mol/m 3)C D 曳力系数c p 定压比热(kJ/K )d p颗粒直径(m )Sc Schmidt 数Sc =μg /ρg D H 2O f 摩擦系数g重力加速度G 质量流率(kg/(m 2・s ))T 温度(K )I比焓值(kJ/kg )K 总传质系数(m 2/s )m 质量(kg )N 传质速率(mol/(m 2・s ))N u Nusselt 数N u =αH d p /λP 压力(Pa )r 汽化潜热(kJ/kg )R 床半径(m ),理想气体常数Re 雷诺数Re =ρg d p U/μg s 区间固相传递速率(kg/(m 2・s )) D 床径(m ),气体扩散系数(m 2/s )E 由气固相互作用能耗(J/(kg ・s ))S e 单位体积中浆滴总表面积(m 2/m 3)S hSherwood 数,S h =αD ,H 2O d p /D H 2O F D 、F G 曳力和重力(N/m 3)H 床高(m ),亨利系数((N ・m )/mol )U 、V 局部气体固体速度(m/s )希腊符号ε 空隙率 τ 剪切应力(N/m 2) ρ 密度(kg/m 3)μ气体粘度(Pa ・s )γ衰减常数φ增强因子下标1 核心区 2 环状区 a 入口 g 气相 i 界面p 固相s 浆滴sat 饱和状态w 床壁面参考文献[1] 毛健雄,毛健全,赵树民.煤的清洁燃烧[M ].北京:科学出版社,1998:5245Mao J X ,Mao J Q ,Zhao S M.Clean combustion of coal[M ].Beijing :Science Press ,1998:5245[2] 樊保国,项光明,祁海鹰,等.常温循环流化床烟气脱硫技术的研究[J ].能源技术,2000,2:73277Fan B G ,Xiang G M ,Qi H Y ,et al.Experimental study on flue gas desulfurization in ambient temperature circulating fluidized bed[J ].Energy Technology ,2000,2:73277[3] 冯斌,李大冀,周志良,等.循环流化床烟气脱硫模拟中试试验研究\[J ].东南大学学报,2001,31(2):38No.1 颜岩等:循环流化床烟气脱硫过程特性分析48应用基础与工程科学学报 Vol.1172276Feng B,Li D J,Zhou Z L,et al.Experimental research on a pilot2scale circulating fluidized bed for flue gas desulfurization[J].Journal of Southeast University,2001,31(2):72276[4] 谢建军,钟秦.循环流化床烟气脱硫实验研究[J].南京理工大学学报,2001,25(6):6222625Xie J J,Zhong Q.A study on the flue gas desulfurization in a circulating fluidized bed[J].Journal of Nanjing University of Science and Technology,2001,25(6):6222625[5] 刘海波,杨学富,钱枫,等.相对湿度对烟气脱硫效率的影响[J].北京轻工业学院学报,2000,18(1):124Liu H B,Y ang X F,Qian F,et al.Effect of flue gas desulfurization′s efficiency by relative humidity[J].Journal of Beijing Institute of Light Industry,2000,18(1):124[6] K arlsson H T,K lingspor J.Tentative modeling of spray2dry scrubbing of SO2[J].Chemical Engineering technology,1987,10:1042112[7] Dantuluri S R,Davis W T,Counce R M,et al.Mathematical model of sulfur2dioxide absorption into a calcium hydroxide slurry in a spray dryer[J].Separation Science Technology,1990,25(13215):184321855[8] G erald H N,John K R.Modeling the SO22slurry droplet 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on the sulfur removal efficiency.The sulfur removal efficiency increases with the decreasing of flue gas velocity,or the molar ratio between Ca and S.The sulfur removal efficiency increases through decreasing the flue gas temperature or increasing the relative humility.The approach2to2saturation temperature(ASA T) and the evaporation period of slurry are two very important parameters to the desulfurization process.The longer evaporation period,which means the longer effective reaction time,the higher sulfur removal efficiency can be acquired.The evaporation period can be prolonged through decreasing ASA T.The influences of operating condition to the sulfur removal efficiency can be summed up as the varieties of the evaporation period.The predictions were compared with available experimental result in the open literature,and they are in very good agreement with each other.K eyw ords:core annular model,circulating fluidized bed,flue gas desulfurization, transport phenomena,simulation 58No.1 颜岩等:循环流化床烟气脱硫过程特性分析。
循环流化床烟气脱硫技术分析及工程应用
出现 的 问题 进 行 了分析 ， 烟 气 循环 流化 床 脱 硫 工 艺的 选择 和运 行 提 供 参 考 。 为
关 键 词 ： 环 流 化 床 ； 气 脱 硫 ；技 术 分 析 ； 程 应 用 循 烟 工
Ａｂｓ ｒ ｔ Ｂａｓ ｈｅ ｄｅ ｏｐｍ ｅｎｔｓｉ ｔ ｔａｃ ： ｅｄ ｏｎ ｔ ｖｅｌ ｔ ｉ ａｎｄ ｔ ｕａ ｏｎ ｅｃｈ ｏｇｙ ｃ ｎｏｌ ｈａｒ ｃ ｅｒ ｉｓ ｏｆｃｉ ａｔ ｌ ｄｉｅｄ ｂｅ ｌｅ ｇａｓ ａｔ ｉ ｃ ｒ ｓｔ ｃｕｌ ｉ ｆ ｎｇ ｕｉ ｚ ｄ ｆｕ
湿 法 脱 硫 媲 美 等 特 点 具 有 广 阔 的应 用 前 景 。本 文 从
循 环流化 床烟气 脱硫 的发展 现状 、 艺特点 、 工 国内外
工程应用 以及工 程运行 过程 出现 的问题等 方面进 行 分析 研究 ， 为烟气 循 环流 化 床脱 硫 工 艺 的选 择 和运
行提供 参考 。
ｄ ｓ ｌ ａ ｉ ｎ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｔ ｅ ｅ ｇ ｎ ｅ ｉｇ ａ ｐｉａ ｉｎ ａ ｏ ｎ ｂ ｏ ｄ ｏ ｉ ｕａ ｉｇ ｆ ｉ ｉｅ ｅ ｒ ｔ ’ ｅ ｕｆ ｒ ｔ ｅ ｈ ｏｏ ｙ， ｎ ｉｅ ｒ ｐ ｌ ｔ ｔｈ ｍｅ ａ ｄ ａ ｒ ａ ｆ ｒ ｌｔ ｌ ｄｚ ｄ ｂ ｄ ｗｅ ｅ ｉ ｒ ｕｉ ｏ ｚ ｈ ｎ ｃ ｏ ｃｃ ｎ ｕ ｎ ｏ
ｄｕ ｃｅｄ． Ｔｈｅ ｐｒ ｌ ｓ ｗ ｈｃｈ ａｐｐ ｏｂｅｍ ｉ ｅａｒ ｎ ｔ ｅ ｐｒ ｅｓ ｐｅｒ ｔｏｎ ｗ ｅｒ ｓ ｓｓ ｅｄ ｉ ｈ ｏｃ ｓ ｏｆｏ ａｉ ｄｉｃｕ ｅｄ． ｈｉ ｏｖｄｅｄ ｒ ｅｒ ｃｅｓ ｆ ｅ ｗ ｃｈ ｐｒ ｉ ｅｆ ｅｎ ｏｒ
２１ ０ Ｏ年 ４月
电 力 科
烟气循环流化床(CFBFGD)干法脱硫工艺介绍.
2.5
%
CaCO3 etc
2.3
%
Ca(OH)2
0.4
%
CaCl2·2H2O
0.3
%
CaF2
0.1
%
飞灰和中性成分
85.9
%
自由水分
0.5
%
成分为估计值，并随飞灰，SO3和CaO中的中性成分的量的变化 而变化。
谢谢观赏！
撰写：郑彬，万驰
6.09
Vol%
备注 标准、湿 标准、干
4．3 烟气中有害成分量 (相对于含氧6%，标准，干基)
SO2 SO3 HCl HF 灰分
原烟气 净化烟气 单位 效率 (-%)
2251
225
90
0
mg/m3
99
50
2.5
mg/m3
95
20
1
mg/m3
95
30000
200
mg/m3
99．9
4.4消耗量
参数
三 循环流化床脱硫技术特点及其运用范围
1) 塔内没有任何运动部件，磨损小，设备使用寿 命长维护量小。
2) 脱硫效率高、运行费用低。 3) 加入吸收塔的消石灰和水是相对独立的，没有
喷浆系统及浆液喷嘴，便于控制消石灰用量及喷 水量，容易控制操作温度。 4) 负荷适应性好。由于采用了清洁烟气再循环技 术，以及脱硫灰渣循环等措施，可以满足不同的 锅炉负荷要求。锅炉负荷在10%～110%范围内变 化，脱硫系统可正常运行。
在文丘里出口扩管段设一套喷水装置，喷入的雾化 水一是增湿颗粒表面，二是使烟温降至高于烟气露点 20℃左右，创造了良好的脱硫反应温度，吸收剂在此 与SO2充分反应.
净化后的含尘烟气从吸收塔顶部侧向排出，然后进 入脱硫除尘器（可根据需要选用布袋除尘器或电除尘 器），再通过引风机排入烟囱。由于排烟温度高于露 点温度20℃左右，因此烟气不需要再加热，同时整个 系统无须任何的防腐。
CFB干法烟气脱硫技术的应用
循环流化床干法烟气脱硫技术的应用1. 概况烟气脱硫技术按脱硫产物的干湿形态，可以分为湿法、半干法、干法工艺，循环流化床烟气脱硫属于干法脱硫工艺，较多运用于国内小机组的烟气脱硫改造项目中。
南昌发电厂装机容量2×125MW，配2台420t/h燃煤锅炉，采用循环流化床干法脱硫工艺、一炉一塔脱硫装置，烟气尾部安装布袋除尘器。
该装置于2007年7月完成系统调试，8月进入试运行，脱硫效率达到85%以上,烟尘出口浓度小于50mg/Nm3，目前该脱硫装置运行稳定。
2. 工艺流程循环流化床脱硫工艺采用干态的消石灰作为吸收剂，通过二氧化硫与粉状消石灰氢氧化钙在Turbosorp反应器内发生反应，去除烟气中的SO2，通过吸收剂的多次再循环，延长吸收剂与烟气的接触时间，提高烟气脱硫效率。
锅炉炉膛燃烧后的烟气通过空气预热器出口，进入静电除尘器ESP 预除尘。
经过静电除尘预除尘之后，烟气从锅炉引风机后的主烟道上引出从底部进入Turbo反应器并从上部离开。
烟气和氢氧化钙以及返回产品气流，在通过反应器下部文丘里管时, 受到气流的加速而悬浮起来,形成流化床,烟气和颗粒之间不断摩擦、碰撞,强化了气固之间的传热、传质反应。
通过向反应器内喷水,使烟气温度冷却并控制在70 ℃左右，达到最佳的反应温度与脱硫效率。
与烟气接触发生化学反应剩下的烟尘和烟气一起离开反应器并进入下游的布袋除尘器。
经过布袋除尘器净化后的烟气经增压风机和出口挡板门后排入210m高度烟囱。
工艺流程见图1 所示。
3. 设计参数3.1 煤质分析南昌电厂燃用煤种较多，矿点主要分布在萍乡、丰城、高安一带。
表1为2×125MW 机组设计燃用煤种的煤质分析结果。
3.2 设计烟气参数烟气主要参数见表2。
3.3 生石灰参数石灰成分见表3。
4. 影响脱硫效率的因素及对策4.1 反应温度运行过程中反应塔的温度变化对脱硫效率的影响较大，反应塔烟气温度越低,脱硫效率越高。
控制脱硫反应温度是通过向反应塔内喷入工艺水来调节的。
CFB-FGD、NID、RCFB-FGD三种脱硫工艺的比较
CFB-FGD、NID、RCFB-FGD三种脱硫⼯艺的⽐较CFB-FGD、NID、RCFB-FGD三种脱硫⼯艺的⽐较⼀、烟⽓循环流化床⼲法脱硫技术（CFB-FGD）：烟⽓循环流化床⼲法脱硫技术是德国鲁奇能捷斯（LLAG）公司最早在上世纪七⼗年代末开始了循环流化床烟⽓脱硫技术的研究，经过近三⼗年的不断改进（主要是在90年代中后期），解决了烟⽓循环流化床⼲法脱硫技术在负荷适应性、煤种适应性、物料流动性、可靠性、⼤型化应⽤等⽅⾯的问题，使烟⽓循环流化床脱硫技术得以成熟地进⾏⼯业应⽤。
德国鲁奇能捷斯（LLAG）公司是世界上最早从事烟⽓治理设备研制和⽣产的企业，已有⼀百多年的历史（静电除尘器的除尘效率计算公式---多依奇公式，就是该公司多依奇先⽣在上世纪初发明的）。
迄今为⽌，德国LLAG公司的循环流化床⼲法脱硫技术在全世界已有约50多套应⽤业绩。
其中包括世界上成功运⾏的300MW机组配套配套业绩。
从已投运装置的情况看，LLAG的烟⽓循环流化床技术，在脱硫率、Ca/S⽐、负荷适应能⼒、系统阻⼒、可控性、系统配置灵活性、可靠性等多项技术指标上，居于世界领先⽔平。
德国LLAG公司的烟⽓循环流化床脱硫技术的主要特点说明如下：1、采⽤流化床脱硫塔，⼀炉⼀塔。
2、塔内烟⽓流速约5m/s，烟⽓与脱硫剂的接触时间⼤于8秒钟以上，有利于脱硫效率的保证和脱硫灰⽔分的充分蒸发，提⾼整个系统的可靠性。
另外，长达8秒的接触时间为⾼脱硫率提供了的保证。
3、将物料和⽔分开单独加⼊到吸收塔内，加⽔的位置位于流化床颗粒浓度最⼤和湍动能最⼤的区域，采⽤单根回流式⾼压喷嘴，注⼊到塔内的雾化⽔的粒径⼩于200µ，通过⽓流和以⼤量激烈湍动的颗粒，促使脱硫反应的降温⽔得到有效的蒸发。
4、采⽤回流式⾼压喷嘴单喷嘴，⽔泵的出⽔设计量是喷嘴注⽔量的数倍，适应烟温变化的能⼒较强。
5、脱硫灰和吸收剂均从⽂丘⾥下部烟⽓⾼温段注⼊，抑制和减少了强吸⽔性物质的产⽣，提⾼了脱硫灰的流动性，解决了脱硫灰过度抱团、黏结的问题。
干式循环流化床烟气脱硫设备技术说明
干式循环流化床烟气脱硫设备技术说明我国的能源以燃煤为主，其中燃煤产生的烟气是造成我国生态环境破坏的最大污染源之一。
随着人们环保意识的不断增强，减少污染源、净化空气、保护人类生的存环境等问题正在被亿万人们所关注，寻求解决污染措施，亦成为当代科技研究的重要课题之一。
湿法烟气脱硫技术是控制SO2以及酸雨危害最有效的手段之一，按照工艺特点可分为湿法烟气脱硫、干法烟气脱硫和半干法烟气脱硫。
干法脱硫技术与湿法相比具有投资少、占地面积小、运行费用低、设备简单、维修方便、烟气无需再热等优点，但存在着钙硫比高、脱硫效率低、副产物不能商品化等缺点。
1、电子射线辐射法烟气脱硫技术该法工艺由烟气冷却、加氨、电子束照射、粉体捕集四道工序组成。
在反应室前端根据烟气中SO2及NOX的浓度调整加入氨的量，然后混合气体在反应器中经电子束照射，在很短时间内被氧化成硫酸和硝酸分子，被与周围的氨反应生成微细的粉粒，粉粒经集尘装置收集后，洁净的气体排入大气。
2、炉内喷钙循环流化床反应器烟气脱硫技术该技术的基本原理是：在锅炉炉膛适当部位喷入石灰石，起到部分固硫作用，在尾部烟道电除尘器前装设循环流化床反应器，炉内未反应的CaO随着飞灰输送到循环流化床反应器内，从而提高了整个系统的脱硫率。
本工艺流程的脱硫效率可达95%以上，造价较低，运行费用相对不高，是一种较有前途的脱硫工艺。
3、炉内喷钙脱硫尾部增湿烟气脱硫技术炉内喷钙尾部增湿也作为一种常见的干法脱硫工艺而被广泛应用。
同时与烟气中的SO2反应生成CaSO3。
由于单纯炉内喷钙脱硫效率往往不高，脱硫剂利用率也较低，因此炉内喷钙还需与尾部增湿配合以提高脱硫效率。
4、干式循环流化床烟气脱硫技术干式循环流化床烟气脱硫技术是20世纪80年代后期发展起来的一种新的干法烟气脱硫技术，该技术具有投资少、占地小、结构简单、易于操作，兼有高效除尘和烟气净化功能，运行费用低等优点。
其工艺流程：从煤粉燃烧装置产生的实际烟气通过引风机进入反应器，再经过旋风除尘器，最后通过引风机从烟囱排出。
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2007年第22卷第2期电力学报Vol.22No.22007 (总第79期)JOURNAL OF ELECT RIC POWER(Sum.79)文章编号:1005-6548(2007)02-0204-03循环流化床干法烟气脱硫技术分析X麻瑜(山西大学工程学院,山西太原030013)Analysis of Dry Desulphating Fumes Through Circulating Fluidized BedMA Yu(Engineering College of Shanxi U niversity,T aiyuan030013,China)摘要:对循环流化床干法烟气脱硫技术从原理和技术经济2方面进行了分析论证,表明这项技术是1项高效、低能耗、低成本的脱硫技术。
关键词:循环流化床;干法烟气脱硫;脱硫效率中图分类号:X701.3文献标识码:BAbstr act:T he paper,both in aspects of principle and economy,analyses and expounds the technique of dry desulphating fumes through circulating fluidized bed and proves that the technique is high in effective2 ness low in energy consuming and cost.Key Words:circulating fluidized bed;dry flue gas desulfunization;effectiveness of dusulfuration环境污染已成为我国可持续发展的制约因素之一。
我国是燃煤大国,全国SO2排放总量的90 %由燃煤产生。
我国每年发电耗煤约占全国煤炭消费总量的60%,连续多年SO2年排放总量超过2000万吨,已成为世界上最大的排放国。
SO2的大量排放,造成的酸雨、酸雾等污染加重,每年给国家造成的经济损失高达1000亿元以上,因此,控制燃煤电厂SO2的排放是我国控制SO2污染的重点。
燃煤脱硫技术有3种方式,一是燃烧前脱硫;二是燃烧过程中(炉内)脱硫;三是燃烧后脱硫技术,即烟气脱硫(FG D)。
由于燃烧前和炉内脱硫效率较低,难以达到较高的环保要求,因此目前火电厂,特别是大型火电机组烟气脱硫主要采用烟气脱硫工艺。
1主要的烟气脱硫技术及特点燃煤电厂锅炉烟气脱硫技术一般分为湿法脱硫、干法脱硫和半干法脱硫3类。
湿法脱硫系统位于除尘器之后,脱硫过程、反应副产品及其再生和处理均在湿态下进行,脱硫过程的反应温度低于露点。
由于湿法脱硫过程是气液反应,故反应速度快,脱硫效率高,钙利用率高。
在Ca/S=1时,可达到90%以上的脱硫效率,适合于大型电厂锅炉的烟气脱硫。
主要有石灰石/石灰)))石膏湿法,氨洗涤脱硫和海水洗涤脱硫等。
目前,我国大型火电厂烟气脱硫主要采用国外应用较成熟、业绩较多的湿法(石灰石/石膏法)脱硫工艺,但由于湿法脱硫工艺系统复杂、投资较大、占地面积大、耗水较多、运行成本较高,在一些应用场合并不是1种最佳选择。
干法烟气脱硫,是指无论加入锅炉尾部烟道中的脱硫剂是干态的或湿态的,脱硫的最终产物都是干态的。
也有的资料将单纯炉内喷钙,电子束辐照烟气脱硫脱氮等脱硫技术称为干法脱硫技术,而将脱硫反应中有增湿活化脱硫剂环节或脱硫剂是湿态,而最终产物是干态的脱硫技术称为半干法。
如喷雾干燥法,炉内喷钙加尾部增湿活化法,循环流X收稿日期:2007203210修回日期:2007205209作者简介:麻瑜(1953-),女,山西繁峙人,实验师,热能动力。
化床烟气脱硫法等[1]。
干法脱硫一般工艺流程简单,不产生废水,占地较少,可靠性较高,初投资较低,脱硫效率在80%~85%。
但系统运行费用较高,石灰脱硫剂耗量比湿法脱硫大,脱硫的钙硫摩尔比为1.5左右。
2 循环流化床烟气脱硫技术[2]德国卢奇能捷斯集团(LLAG)公司最早在20世纪70年代末开始研制循环流化床烟气脱硫技术,率先将流化床工艺技术用于烟气脱硫,形成了1种有别于石灰石/石膏湿法的全新的干法脱硫工艺。
经过近30年的不断改进(主要是90年代中后期),解决了烟气循环流化床脱硫技术在负荷适应性、煤种适应性、物料流动性、可靠性、大型化应用等方面的问题,使烟气循环流化床脱硫(干法)技术得以成熟地进行工业应用。
2.1 循环流化床烟气脱硫系统如图1所示,来自锅炉的烟气由循环流化床反应器下部通过文丘里式布风装置进入反应器。
在反应器下部渐扩段有干态消石灰Ca(OH)2喷口,干粉由此喷口喷入反应器,以很高的传质速率在反应器中与烟气混合,并与烟气中的SO 2、SO 3和其它有害气体如H CL 和H F 等进行反应,生成CaSO 4和CaSO 3等反应产物,这些干态的反应产物随烟气从反应器上部的出口进入百页窗式分离器及与之相联系的电除尘器,从百页窗分离器及电除尘器下收集的干灰,一部分送回循环床反应器的再循环灰入口,另一部分相当于消石灰粉给料量的排灰则送至飞灰储存场。
图1 循环流化床干法烟气脱硫系统工艺流程图该项技术用Ca(OH)2作为脱硫剂时,为达到最大的脱硫效率,在反应器中的最佳反应温度应该尽可能地接近露点。
因此,也需要向反应器内喷水增湿,由于喷水量不受烟气的进口温度及烟气中的SO 2浓度制约,因而在任何工况下都可以通过对喷水量的调节使反应器内的温度尽可能接近露点,从而可以保证最佳的脱硫效率。
利用流化床作为脱硫反应器的最大优点是可通过喷水将床温控制在最佳反应温度下,达到最好的气固间紊流混合并不断暴露出未反应消石灰的新表面,而通过固体物料的多次循环使脱硫剂具有很长的停留时间,因而大大提高了脱硫剂的钙利用率和反应器的脱硫效率。
因此,循环流化床干法烟气脱硫系统能够处理高硫煤的脱硫,并在Ca/S=1.1~1.5时达到90%~97%以上的脱硫效率,如图2所示。
图2 循环流化床反应器的脱硫率与Ca/S 和烟气中SO 2的关系2.2 循环流化床内的反应机理循环流化床内大量的固体颗粒在流化介质中处于强烈的湍动状态,具有极好的传热、传质及气固间和固体间的混合条件。
循环流化床技术应用于烟气脱硫,以烟气为流化介质,脱硫剂为固体颗粒,脱硫反应在脱硫剂颗粒的表面进行,流态化下的气固两相充分的接触将大大提高脱硫反应的速度和反应的程度。
物料在循环流化床内进行内外循环,使得脱硫剂的利用更加充分,并且提高了脱硫效率。
从锅炉的空气预热器出来的一般为120e ~180e 左右的烟气,从底部通过文丘里管进入吸收塔流化床内。
在文丘里管出口扩管段设一套喷水装置,创造了良好的脱硫反应温度,在循环流化床内主要化学反应原理如下:a.在自然界垂直的气固两相流体系中,在循环流化床状态(气速4~6m/s)下可获得相当于单颗粒滑落速度数十至上百倍的气固滑落速度。
由于SO 2与Ca(OH )2的颗粒在循环流化床中的反应过程,是1个外扩散控制的化学反应过程,通过气固间大的滑落速度,强化了气固间的传质,传热速率205第2期 麻 瑜:循环流化床干法烟气脱硫技术分析和气固混合,从而满足了SO2与Ca(OH)2高效反应的条件要求(当气速>10m/s时,气固滑落速度相当于单颗粒滑落速度)。
b.吸收塔流化床中巨大表面积的、激烈湍动的颗粒,为注水的快速汽化和快速可控的降温提供了根本保证,从而创造了良好的化学反应温度条件(露点以上20~30e),使SO2与Ca(OH)2的反应转化为瞬间完成的离子型反应,如果没有循环流化床中大量颗粒的参与,注入的水需要数十倍的空间来完成水分充分的挥发。
c.通过颗粒的激烈湍动导致颗粒之间的碰撞,使脱硫剂Ca(OH)2颗粒的表面得到不断的更新,以及脱硫灰的不断在循环使用,从而大大提高了Ca (OH)2的利用率。
d.再循环流化床内,SO2与Ca(OH)2的反应生成副产物CaSO3#12H2O,同时还与SO3、H F和HCl反应生成相应的副产物CaSO4#12H2O、CaF2、CaCI2等主要化学反应方程式如下:Ca(OH)2+SO2=CaSO3#12H2O+12H2O,Ca(OH)2+SO3=CaSO4#12H2O+12H2O,CaSO3#12H2O+12O2=CaSO4#12H2O,Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O,Ca(OH)2+2HCI=CaCI2#2H2O(~75e)(强吸潮性物料),2Ca(OH)2+2HCI=CaCI2#Ca(OH)2#2H2O (>120e),Ca(OH)2+2H F=CaF2+2H2O。
从上述化学方程式可以看出,Ca(OH)2应尽量避免在75e左右,与HCI反应抑制和减少强吸潮性物质的产生,避免脱硫灰的过度抱团、黏结,提高脱硫灰的流动性。
e.循环流化床烟气脱硫区别于其它诸如烟道反应器脱硫(烟气流速在烟道反应器内的流速高达15m/s以上,几乎没有滑落速度)、旋转喷雾法脱硫(颗粒粒径大于200L m,缺少足够的表面积)的1个很大特点是:吸收塔内颗粒巨大的表面积和激烈的湍动,将烟气中的SO3、CI$等完全去除,保证了后续设备特别是电除尘器或布袋除尘器不发生腐蚀。
3循环流化床烟气脱硫工艺在技术经济方面的主要优势与其他脱硫工艺相比,主要的技术经济优势如下:a.系统简单,占地面积小,约为湿法的1/2,造价较低。
以2@300MW机组为例,以整个工程静态总投资估算,循环流化床干法脱硫工艺折合260元/kW,(含脱硫塔前1级电除尘器),同等容量的石灰石/石膏湿法脱硫,380元/kW。
b.运行维护费用较低。
以上述机组为例,循环流化床烟气脱硫装置年运行成本约0.5分/kW#h,年维护费用约占总投资的1%。
而湿法脱硫的运行费用约为0.75分/kW#h,年维护费约占总投资的2.5%。
c.钙的消耗量和脱硫效率。
循环流化床脱硫工艺的钙硫比约为1.2,脱硫效率在90%~97%,最高为99.7%。
湿法脱硫钙硫比约1.05,脱硫效率在97%左右。
d.循环流化床烟气脱硫工艺,整个系统均为干态,因此无需任何防腐措施,无需废水处理。
排烟温度一般不低于75e,无需烟气再热。
4结束语循环流化床干法脱硫技术在我国已成功地应用于大型火电机组,为缺水地区火力发电厂的脱硫提供了1条新的途径。
目前我国对火电厂排污治理越来越重视,高效、低能耗、低成本的脱硫技术必将受到青睐。
在对引进的这项脱硫技术的国产化过程中,该项技术在不断完善,并得到了较迅速的发展。
参考文献:[1]毛健雄,毛健全,赵树民.煤的清洁燃烧[M].北京:科学出版社,2000.[2]阎维平.洁净煤发电技术[M].北京:中国电力出版社,2002.[责任编辑:任云丽]206电力学报2007年。