烟气循环流化床脱硫塔设计

收稿日期:2006-12-06作者简介:胡赟(1972-),男,辽宁沈阳人,工程师。

烟气循环流化床脱硫塔设计De sulfurization Tower De sign of Circulating Fluidized Bed for Flue Gas胡　赟1　何　军2(1.沈阳环境科学研究院　沈阳　110016);(2.上海龙净环保科技工程有限公司　上海　200063)摘要　对烟气循环流化床脱硫工艺和脱硫塔设计进行详细的介绍,为设计提供参考。

关键词　烟气脱硫　循环流化床Abstract The desulf urization process and absorber design of flue gas circulating fluidized bed were described in detail to supply reference for design.Key words Flue Gas Desulfurization Circulating Fluidized Bed1　前言循环流化床烟气半干法脱硫技术是20世纪80年代后期开发的一种新的脱硫技术,国际上德国、丹麦、瑞典、美国已陆续将各自开发的烟气循环流化床脱硫技术实现商业化。

目前世界上发达国家和地区采用该技术的工业装置已近40套。

从实际运行情况看,该技术已趋于成熟并有其它工艺无法替代的优良性能,市场需求正在逐步扩大。

烟气循环流化床脱硫技术的主要化学反应如下:Ca (O H )2+SO 2=CaSO 3·1/2H 2O +1/2H 2OCa (O H )2+SO 3=CaSO 4·1/2H 2O +1/2H 2OCaSO 3·1/2H 2O +1/2O 2=CaSO 4·1/2H 2OCa (O H )2+CO 2=CaCO 3+H 2O Ca (O H )2+2HCl =CaCl 2·2H 2OCa (O H )2+2HF =Ca F 2+2H 2O(从上述化学反应方程可以看出,在循环流化床脱硫塔中,Ca (O H )2与烟气中的SO 2和几乎全部的SO 3,HCl ,HF 等酸性气体完成化学反应)与其它脱硫技术相比,烟气循环流化床脱硫技术有如下特点:(1)由于床料循环利用,延长了固体吸收剂粒子停留时间,提高了吸收剂的利用率,增大脱硫效率;(2)脱硫效率高(如对硫份3%以上的煤,也能达到95%的脱硫效率),在相同的脱硫效率下,与传统的半干法比较,吸收剂可节省30%;(3)流化床脱硫反应,固体吸收剂与SO 2间的传热、传质表面积非常大,脱硫反应强烈;(4)运行简单可靠,运行温度在烟气露点以上,低碳钢脱硫塔不需防腐;(5)锅炉负荷在30%～100%内范围波动,脱硫效果仍能满足;(6)结构紧凑,循环流化床反应器不需要很大的空间,占地面积小;(7)脱硫产物以固态排放,便于处置;(8)可实现大型化,投入产出比较高。

2　脱硫工艺流程工艺流程见图1。

从空气预热器出来的含尘和SO 2的烟气由脱硫塔底部的弯头、文丘里管进入脱硫反应器。

生石灰经消化器内加水消化后储存在消石灰仓内。

将一定量的消石灰和水在文丘里喉管上端加入,在脱硫塔内与高温烟气混合向上—41—环境保护科学　第33卷　第3期　2007年6月图1　烟气循环流化床脱硫工艺流程流动,在烟气冷却到稍高于露点以上的温度过程中脱硫剂与烟气中的SO2反应,生成硫酸钙和亚硫酸钙,SO2得以脱除。

烟气携脱硫反应副产物、没参与反应的脱硫剂和粉煤灰进入反应器后部的电除尘器或布袋除尘器,经除尘器除尘后由烟囱排出。

反应副产物、没参与脱硫反应的脱硫剂和粉煤灰被除尘器收集下来以后,大部分通过空气斜槽返回脱硫塔内,再次进行脱硫反应。

该技术能够取得较高的脱硫效率的主要原因是:脱硫剂的循环使用,使脱硫剂在系统中不断地循环累积,提高了脱硫剂的利用率;同时由于在较高的循环灰浓度下工作,使脱硫剂充分分散,反应的表面积增大,烟气能够与脱硫剂充分接触,提高了脱硫反应的速度和程度。

此外,在脱硫剂固体颗粒的内循环和外循环过程中,在脱硫剂表面已生成的亚硫酸钙、硫酸钙又通过固-固间的磨蚀,重新露出反应物表面,继续参与反应,提高了脱硫剂反应的完全程度,也进一步提高了脱硫剂的利用率。

3　脱硫反应塔设计循环流化床烟气脱硫是一个复杂的物理化学过程。

其中包含了复杂的气-液-固三相间的质量传递、热量传递、动量传递和化学反应过程。

烟气循环流化床技术脱硫效率的高低和能否实现大型化取决于塔内呈流态化的气固两相流是否可控,烟气脱硫剂在脱硫塔内截面上是否分布均匀,反应温度是否分布均匀,也就是说保证塔内流场均匀至关重要,其动量传递影响热量传递和质量传递。

脱硫塔结构决定了塔内流体的流体力学行为,进而影响脱硫反应的传质和传热。

脱硫塔通常可以认为由入口弯头、文丘里段、反应器段、出口弯头四部分组成。

在这四部分中入口弯头和文丘里段设计极其关键,它决定了烟气、脱硫剂和循环灰在反应器是否分布均匀,脱硫塔压力损失的大小,脱硫效率的高低,甚至脱硫系统能否稳定运行。

烟气循环流化床技术的创始人德国鲁奇公司对该技术经过30多年努力使该技术不断完善,目前已趋于成熟,并成功地应用于300MW燃煤机组。

为了使单塔能适应大烟气量处理,保证进入塔内的烟气流场均匀分布,脱硫塔内采用一组文丘里(七个小文丘里管,)。

为使脱硫塔内循环灰不掉到脱硫塔底部和尽可能降低文丘里管带来的压力损失,小文丘里管喉管流速通常按50～60m/s左右设计。

为了解决脱硫塔布气不均匀造成塔内固体颗粒分布不均匀的问题,鲁奇公司对脱硫塔底部的进气方式进行了不断改进和完善,烟气循环流化床脱硫塔入口结构的演变与发展示意见图2。

入口结构由20世纪90年代初底部两股气流同时水平进气的方式(图2中的Ⅰ)发展成流线型的单股进气结构(图2中的Ⅳ)。

广州某电厂一台200MW燃煤机组脱硫塔底部进气方式采用的是图2中Ⅰ的形式。

内蒙某热电厂130t/h锅炉脱硫塔底部进气方式采用的是图2中Ⅲ的形式。

山西某电厂2×300MW燃煤机组脱硫塔底部进气方式采用的是图2中Ⅳ的形式。

从这三个工程的运行情况来看,以山西该电厂的脱硫塔运行的最好。

流线型进气结构可以看成是由两个45°弯头组成,在弯头的转角处布置有导流板,以避免或尽可能减少烟气在转角处形成涡流而引起的压力损失。

图2　脱硫塔入口结构的演变与发展示意反应器段为直管段,脱硫塔烟气流速按4～6m/s左右设计,烟气在反应器段停留时间按5～7s设计。

脱硫塔上部通常是将反应器由圆截面变成方截面,出口为方形截面,出口烟气流速按6m/s左右设计。

脱硫塔出口示意图见图3。

脱硫塔后除(下转第19页)烟气循环流化床脱硫塔设计　胡　赟表2　现场应用净化结果污染物吸附剂量g·m-3空气流速m3·h-1时间h处理前mg·m-3处理后mg·m-3标准mg·m-3甲醛4195801153010510110氨4195801520010420120苯41958011180105501114　结论(1)硅藻土复合材料要比普通硅藻土净化效果好,在很宽的污染物范围内对甲醛和苯的去除率分别稳定在67%和53%左右,对氨的去除率存在最佳值为91%。

(2)硅藻土复合材料对甲醛、氨和苯的平衡吸附量分别为132μg/g、95μg/g和87μg/g,其中氨的平衡吸附量比甲醛小,但去除率大于甲醛。

(3)污染物存在着最高去除率和与之相对应的最佳流速,具有高效去除率的流速范围在160m3/h ～230m3/h;硅藻土复合材料对污染物的净化时间存在最佳值为3～4h;对污染物的去除率随吸附剂用量的增大而增大,但增加幅度不大,选择3～8g/ m3吸附剂的量就能得到比较好的净化效果。

参　考　文　献1.周松颖.沈阳市室内空气污染现状与控制对策[J].环境保护科学,2005,31(1):42～43,46.2.A.P.Jones.Indoor air quality and healt h[J].At mospheric Envi2 ronment,1999,33(28):4535～4564.3.Wan Kuen Jo,J ung Hoon Park,Hee Dong Chun.Photocatalytic destruction of VOCs for in-vehicle air cleaning[J].Journal of Photochemistry and Photobiology A:Chemistry,2002,148:109～119.4.G B/T18883～2002室内空气质量标准[S].5.白志鹏,韩　,袭著革.室内空气污染与防治[M].北京:化学工业出版社,2006.6.环境保护总局.空气和废气监测分析方法.[M].第四版.北京:中国环境科学出版社,2003.7.王淑勤,樊学娟.改性活性炭治理室内空气中甲醛的实验研究[J].环境科学与技术,2006,29(8):39～40.8.高立新,陆亚俊.室内空气净化器的现状及改进措施[J].哈尔滨工业大学学报,2004,36(2):199～201.9.G B/T15516～1995空气质量-甲醛的测定-乙酰丙酮分光光度法[S].10.G B/T18204.25～2000公共场所空气中氨检验方法-纳氏试剂分光光度法[S].11.G B/T11737～1989居住区大气中苯、甲苯和二甲苯卫生检验标准方法-气相色谱法[S].12.高鸿宾.有机化学导论[M].天津:天津大学出版社,1987.13.C.H.Ao,bination effect of activated carbon wit hTiO2for t he photodegradation of binary pollutant s at typical in2 door air level[J].Journal of Photochemistry and Photobiology A:Chemistry,2004,161:131～140.14.董永春,白志鹏,张利文,等.纳米TiO2负载织物对室内空气中氨的净化[J].中国环境科学,2005,25(增刊):26～29.15.张全萍,李德生.活性炭纤维过滤器在室内空气净化中的试验研究[J].环境工程,2000,18(5):32～35.(上接第15页)图3　脱硫塔出口示意尘方式不同,与除尘器接口的脱硫塔出口方式也不同。

由于脱硫塔出口粉尘浓度高达1000g/m3(标态),远远高于常规电除尘器处理的浓度(入口粉尘浓度≤40g/m3),因此,通常在电除尘器处理前先采用机械除尘的方式预先除去一部分粉尘,以减少进入电除尘器的粉尘量。