双循环流化床烟气悬浮脱硫工艺

第18卷第6期 电 站 系 统 工 程 Vol.18 No.6
2002年11月 Power System Engineering Nov., 2002

文章编号：1005－006X(2002)06－0009－02
双循环流化床烟气悬浮脱硫工艺

哈尔滨工业大学 董 勇
山东大学 马春元 徐夕仁 陈莲芳 李 京

摘 要：
介绍了自主开发的双循环流化床烟气悬浮脱硫技术的定义、工艺流程、工艺特点及应用情况。

关键词：烟气脱硫；流化；分离；双循环
中图分类号：X701.3 文献标识码：
A

Flue Gas Suspension Desulfurization with Double Circulation Fluidized Bed
DONG Yong, MA Chun-yuan, XU Xi-ren, et al.
Abstract: The definition of double circulation and the process principle, characteristics of the flue gas
suspension desulfurization with double circulation fluidized bed (DCFB-FGSD) are presented. Meanwhile the
application of the DCFB-FGSD is introduced.
Key words: desulfurization; fluidized; separation; double circulation

目前，烟道气脱硫技术是脱除SO2的主要方法。
开发占地面积少，初始投资低、运行费用低、脱硫效率高、用水量少、无二次污染、工艺简单、运行维护方便的脱硫技术一直是世界各国研究重点。自80年代以来，美国的CONSOL公司、丹麦的FLS公司、德国Lurgi、WULLF公司等利用循环流化床原理，分别开发出烟气悬浮吸收脱硫工艺和循环流化床烟气脱硫工艺，这两种工艺在国外得到广泛应用。 国内方面，国家有关部门把开发适合国情的半干法脱硫技术列入“九五”、“十五”及“863”计划的重要研究内容。目前，清华大学也开发出自主产权的CFB-FGD技术，并在自备电厂（20 t/h）得到应用。东南大学开发的CFB-FGD技术也在65 t/h锅炉运行。 山东大学在SDA、GSA、CFB-FGD基础上，以降低运行成本、提高脱硫剂利用率及结构优化为目标，进行了多年研究。在机理研究、中试研究基础上，成功开发出拥有自主知识产权的“双循环流化床烟气悬浮脱硫工艺”，已在75 t/h煤粉锅炉上实施，并投入运行。 1 技术定义及特点 研究表明，在半干法脱硫中，单纯地进行石灰浆液喷雾干燥，其脱硫效率及脱硫剂利用率是很低的，脱硫塔出口烟气中夹带了大量未反应的吸收剂颗粒。为了提高脱硫效率及Ca基脱硫剂利用率，进行脱硫飞灰的循环是必要的。 收稿日期: 2002-01-29 董勇（1967-）, 男, 副教授， 博士生。热能工程专业, 150001 本工艺中，在脱硫塔的上部布置了一级惯性分离 器，分离下来的脱硫灰重新返回塔内参与反应，构成
塔内脱硫灰的内循环；经一级惯性分离器分离后的烟
气及飞灰进入塔外的二级分离器，分离下来的脱硫灰
重新输送到塔体下部（回送量大小由塔内压差控制），
由此构成了脱硫灰的外循环。所以，由两级惯性分离
器组成了脱硫灰的内、外双循环结构。其总的分离效
率为：
η=η1+（1－η1）η
2

采用双循环结构，用较低的阻力及成本，达到了
较高的分离效率，保证了脱硫灰的循环倍率。
通过脱硫灰的双循环，达到了以下目的：
(1) 通过脱硫灰的双循环，使得飞灰中的未反应
的脱硫剂颗粒经过多次循环，直至反应，提高了脱硫
剂的利用率。
(2) 通过双循环工艺，使得塔内达到了30～40的
循环倍率，塔内既存在新鲜浆液颗粒，又存在以前未
反应的脱硫剂颗粒，使得塔内真实的Ca/S比理论Ca/S
高出很多，从而提高了SO2与脱硫剂颗粒的反应几率。
(3) 由于塔内灰浓度提高，使得喷入的新鲜石灰
浆液覆盖在大量的灰粒表面，增大了脱硫剂的反应面
积；同时，由于浆液覆盖在灰粒表面，并迅速干燥，
避免了浆液直接喷溅到塔壁上，防止塔内壁结垢。
(4) 双级惯性分离、内外双循环结构，配合压差
控制飞灰回送量，使得本工艺不受锅炉负荷的影响，
并保持其脱硫性能的稳定性。
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(5) 双级惯性分离，具有阻力小，消耗动力小等优点。双级惯性分离巧妙布置在烟气必经通道上，进行自然分离，避免了一般飞灰循环系统中庞大的气力输送装置，降低了能耗。 2 工艺流程及特点　2.1 工艺流程 本工艺主要由脱硫塔本体、两级分离器、脱硫灰回送系统、制浆系统、控制系统、管路系统、旁路系统等部分组成，见图。 图 双循环流化床烟气悬浮脱硫工艺流程 烟气经脱硫塔下部文丘里流化，文丘里上方布置有石灰浆液喷嘴，喷出的浆液滴与流化烟气充分混合，从而烟气中的SO2气体与Ca(OH)2迅速反应，并干燥。脱硫灰经一级惯性分离后，重新返回塔内，未反应的脱硫剂经加湿后再次与SO2反应。经一级分离后的烟气进入二级分离器，分离下的脱硫灰落入分配箱，部分（或全部）灰经给料系统重新进入脱硫塔下部，再次参与反应，其回送量由塔体压差控制，剩余部分灰被排走。经两级分离后相对洁净的烟气进入电除尘器，进一步除尘后排放。 2.2 工艺特点 (1) 脱硫及其效率 本工艺以石灰为脱硫吸收剂的（半）干法烟气脱硫系统。其主要反应为： Ca(OH)2+SO2→CaSO3・1/2H2O+1/2H2O CaSO3+1/2H2O→CaSO4 喷入吸收塔的水分或石灰浆的作用是调质，在烟气的干燥下，水分蒸发，脱硫产物为干粉固态。本技术的脱硫效率可达到90%以上，与湿法相当。这决定于悬浮吸收塔内有良好的传热特性，塔内在接近烟气绝热温度的条件下运行，喷入的石灰浆快速干燥，允许烟气的停留时间短，同时产生干态脱硫产物；脱硫灰循环倍率高，塔内颗粒浓，固体颗粒的表面积大，SO2的吸收在颗粒表面进行，传质得到强化。 (2) 接近烟气绝热饱和温度下运行
当烟气接近绝热饱和温度时，脱硫效率及钙利用
率提高。常规的喷雾干燥法不能在烟气过饱和温度（反
应器出口烟温与烟气的绝热饱和温度之差）小于11 ℃
的条件下运行，否则会使颗粒团粘。在悬浮反应塔内，
传质与传热得到加强，使喷入的石灰浆得到彻底的干
燥，从而可在烟气过饱和温度较低的条件下安全运行。
(3) 石灰耗量
钙硫比定义为系统入口的SO2摩尔数除进入系统
钙的摩尔数。因为烟气可在较低的温度下运行，脱硫
效率高、钙利用率高，因而钙硫比低，石灰耗量少。
钙硫比1.1～1.3。
(4) 脱硫副产品
悬浮吸收系统的脱硫副产品为硫酸钙、亚硫酸钙
及锅炉飞灰组成的混合物。脱硫灰的湿度小于1%，脱
硫灰不粘结。对脱硫副产品的处理可以采用与锅炉飞
灰相同的方式进行处置。抛弃处理后脱硫灰的表面形
成一层硬壳，避免向周围土壤的渗透。脱硫灰可做路
基材料等，用于非结构性场合。
3 工程应用

本技术经机理研究、中试研究后，已成功应用于
75 t/h煤粉锅炉的烟气脱硫工程。由于受场地限制，脱
硫塔本体系统采用“M”型结构，呈双脱硫塔布置，
双塔在原有电除尘器入口烟道两侧，烟气到脱硫塔顶
部后相向进入中间的二级分离器，烟气经分离器下部
进入电除尘器。
运行表明，在Ca/S=1.1～1.3，AAST=8 ℃，脱硫
效率η=92%。
应用表明，双循环流化床烟气悬浮脱硫工艺符合
中国国情，投资少，占地面积小，脱硫效率高，运行
维护方便，此外还具有用水量少、无二次污染等优点。
本工艺适合中小电站锅炉烟气脱硫以及原有机组的脱
硫改造，具有广阔的应用前景。 □

参 考 文 献
[1] 《化学工业手册》编辑委员会. 化学工程手册（4）[M]. 化
学工业出版社, 1989.
[2] 国家环保局. 大气污染防治技术研究[M]. 科学出版社,
1993.
[3] P, 巴苏, 弗雷泽 S A. 循环流化床的设计与运行[M]. 北京:
科学出版社, 1994.
[4] Kunio Kato, et al. Effective dry desulfurization by a
powder-particle fluidized bed [J]. Journal of Chemical
Engineering of Japan, 1994, 27(3).
编辑：霄 珉