在電廠已成熟應(yīng)用的煙氣循環(huán)流化床(CFB一FGD)半干法脫硫技術(shù)原理是什么？

循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫技術(shù)(CFB-FGD)吸收德國LLAG公司的專利技術(shù)-清潔煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，在電廠的CFB鍋爐有著較好的應(yīng)用。現(xiàn)對這種工藝進(jìn)行介紹:

典型的CFB-FGD工藝系統(tǒng)由吸收塔、脫硫除塵器、脫硫灰循環(huán)及排放、吸收劑供應(yīng)、工藝水以及電氣儀控系統(tǒng)等組成，其工藝流程。

煙氣一般以120～150℃左右，從底部進(jìn)入吸收塔，在吸收塔的進(jìn)口段，高溫?zé)煔馀c加人的吸收劑、循環(huán)脫硫灰充分預(yù)混合，進(jìn)行初步的脫硫反應(yīng)，在這一區(qū)域主要完成吸收劑與HCl,HF的反應(yīng)。煙氣通過吸收塔底部的文丘里管加速，進(jìn)入循環(huán)流化床床體，物料在循環(huán)流化床里，氣固兩相由于氣流的作用，產(chǎn)生激烈的湍動與混合，充分接觸，在上升的過程中，不斷形成絮狀物向下返回，而絮狀物在激烈湍動中又不斷解體重新被氣流提升，使得氣固間的滑落速度高達(dá)單顆粒滑落速度的數(shù)十倍；

吸收塔頂部結(jié)構(gòu)的慣性分離進(jìn)一步強(qiáng)化了絮狀物的返回，且提高了塔內(nèi)顆粒的床層密度及Ca/S比。這樣的一種氣固兩相流機(jī)制，通過氣固間的混合，極大地強(qiáng)化了氣固間的傳質(zhì)與傳熱，為實(shí)現(xiàn)高脫硫率提供了根本的保證。

在文丘里的出口擴(kuò)管段設(shè)一套噴水裝置，噴人的霧化水一是增濕顆粒表面，二是使煙溫降至高于煙氣露點(diǎn)15℃左右，使得SO2與Ca(OH)2的反應(yīng)轉(zhuǎn)化為可以瞬間完成的離子型反應(yīng)。吸收劑、循環(huán)脫硫灰在文丘里段以上的塔內(nèi)進(jìn)行第二步的充分反應(yīng)，生成副產(chǎn)物CaSO3·1/2H2O，還與SO3反應(yīng)生成相應(yīng)的副產(chǎn)物CaSO4·1/2H2O等。

無論煙氣負(fù)荷如何變化，通過清潔煙氣再循環(huán)煙道的調(diào)節(jié)作用，煙氣在文丘里段以上的塔內(nèi)流速均保持在4～6m/s之間，為滿足脫硫反應(yīng)的要求，煙氣在該段的停留時(shí)間至少為3s以上，通常設(shè)計(jì)時(shí)間在8s左右。煙氣在上升過程中，顆粒一部分隨煙氣被帶出吸收塔，一部分因自重重新回流到流化床中，進(jìn)一步增加了流化床的床層顆粒濃度和延長吸收劑的反應(yīng)時(shí)間。

從化學(xué)反應(yīng)工程的角度看，SO2與Ca(OH)2的顆粒在循環(huán)流化床中的反應(yīng)過程是一個(gè)外擴(kuò)散控制的反應(yīng)過程。SO2與Ca(OH)2反應(yīng)的速度主要取決于SO2在Ca(OH)2顆粒表面的擴(kuò)散阻力，或者說是Ca(OH)2表面氣膜厚度。當(dāng)滑落速度增加時(shí)，由于摩擦程度的增加，Ca(OH)2顆粒表面的氣膜厚度減小，SO2進(jìn)入Ca (OH)2的傳質(zhì)阻力減小，傳質(zhì)速率加快，從而加快SO2與Ca(OH)2顆粒的反應(yīng)。

只有在循環(huán)流化床這種氣固兩相流動機(jī)制下，才具有的氣固滑落速度。同時(shí)，吸收塔內(nèi)的氣固滑落速度是否能在不同的煙氣負(fù)荷下始終得以保持不變，是衡量循環(huán)流化床干法脫硫工藝先進(jìn)與否的重要指標(biāo)，也是鑒別干法脫硫能否達(dá)到較高脫硫率的重要指標(biāo)。如果滑落速度很小，或只在吸收塔某個(gè)局部具有滑落速度，要達(dá)到很高的脫硫率是不可能的。

噴人用于降低煙氣溫度的水，以激烈湍動的、擁有巨大的表面積的顆粒作為載體，在塔內(nèi)得到及時(shí)的、充分的蒸發(fā)，保證了進(jìn)入后續(xù)除塵器中的灰具有良好的流動狀態(tài)。由于SO3全部得以去除，煙氣露點(diǎn)將大幅度下降，一般從原煙氣的90℃左右下降到50℃左右，而排煙溫度始終控制在設(shè)定值以上，因此煙氣不需要再加熱，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)也無須任何的防腐處理。凈化后的含塵煙氣從吸收塔頂部側(cè)向排出，然后轉(zhuǎn)向向下進(jìn)入脫硫除塵器。

經(jīng)脫硫除塵器捕集下來的固體顆粒，大部分通過脫硫灰循環(huán)系統(tǒng)，返回吸收塔繼續(xù)參加反應(yīng)，如此循環(huán)可達(dá)數(shù)百次，多余的少量脫硫灰渣則通過氣力輸送系統(tǒng)輸送至脫硫灰?guī)?，再通過罐車或二級輸送設(shè)備外排。脫硫灰大量循環(huán)，脫硫除塵器的人口煙氣粉塵濃度為500～1000kg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，帶有大量脫硫灰的煙氣經(jīng)脫硫除塵器進(jìn)行除塵，凈化后的清潔煙氣經(jīng)脫硫引風(fēng)機(jī)排人煙囪。塔內(nèi)生成的脫硫灰的主要成分為CaSO3·1/2H2O、 CaSO4、1/2H2O、CaCO3、CaF2、CaCl2及未反應(yīng)的Ca(OH)2和雜質(zhì)等。這些脫硫灰目前的主要用于廢礦井填埋、高速公路路基、吸聲材料制作、水泥摻合料等。

吸收塔是整個(gè)脫硫反應(yīng)的核心。CFB-FGD吸收塔為文丘里空塔結(jié)構(gòu)，為建立良好的流化床，預(yù)防堵灰，吸收塔內(nèi)部氣流上升處均不設(shè)內(nèi)撐。吸收塔采用文丘里噴嘴形式。吸收塔底部及轉(zhuǎn)彎處均設(shè)有氣流分布裝置及壓縮空氣吹掃系統(tǒng)。由于文丘里段的流速達(dá)50m/s以上，經(jīng)文丘里段加速，流化床內(nèi)的物料被完全托起，只有非常少量的大顆粒沉降回吸收塔進(jìn)口煙道，通過進(jìn)口煙道輸灰機(jī)排放。

布袋除塵器系統(tǒng)采用脫硫?qū)Ｓ玫蛪夯剞D(zhuǎn)脈沖布袋除塵器，布置在吸收塔之后，從吸收塔出來的煙氣采用上進(jìn)風(fēng)方式進(jìn)入布袋除塵器，其中粗顆粒粉塵利用重力原理直接進(jìn)入灰斗(見圖3-8)。布袋除塵器主要由灰斗、煙氣室、凈氣室、進(jìn)口煙箱、出口煙箱、低壓脈沖清灰裝置、電控裝置、閥門及其他等部分組成，并配有布袋清灰風(fēng)機(jī)。整套布袋除塵器系統(tǒng)采用不間斷脈沖清灰方式，利用不?；剞D(zhuǎn)的清灰臂對濾袋進(jìn)行脈沖噴吹，保證脫硫除塵器出口粉塵濃度≤50mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))。

布袋除塵器可采用上進(jìn)風(fēng)方式，降低人口粉塵濃度。由于進(jìn)口煙道煙氣流速較低，含塵煙氣中的粗顆粒自然沉降分離，并利用布袋除塵器的自平衡性，使進(jìn)入各個(gè)室的氣流分布均勻。這一結(jié)構(gòu)既可減小煙氣的運(yùn)行阻力，又可以充分利用重力，使CFB-FGD脫硫產(chǎn)生的凝聚“鏈團(tuán)結(jié)構(gòu)”顆粒直接進(jìn)入灰斗，減少濾袋的負(fù)荷和磨損，提高濾袋的使用壽命。布袋除塵器可采用經(jīng)特殊表面處理的聚苯硫醚(PPS)改性濾料。

采用經(jīng)特殊表面處理的進(jìn)口PPS改性濾料，可很好地適應(yīng)長期使用要求，持續(xù)運(yùn)行溫度為70～150℃。采用不間斷回轉(zhuǎn)的脈沖清灰方式，利用不停旋轉(zhuǎn)的清灰臂輸送反吹脈沖空氣，對準(zhǔn)整個(gè)室的每一條濾袋口，進(jìn)行周期性的脈沖噴吹，使所有濾袋的壓差基本相等。橢圓形的濾袋結(jié)構(gòu)沿同心圓分圈輻射形布置，限度地利用了袋室的空間，減少了占地。在同等的面積情況下，比常規(guī)的逐行脈沖噴吹清灰方式減少了30%左右。

從以上煙氣循環(huán)流化床(CFB-FGD)半干法脫硫技術(shù)脫硫原理可看出，如將該技術(shù)應(yīng)用于催化裂化會出現(xiàn)：

①   收劑和催化劑無法有效分離的情況；

②   催化劑有極強(qiáng)的吸水性，其比表面積在100～300m2/g，一旦接觸水后催化劑會迅速吸水并變得粘稠，很容易吸附在設(shè)備表面并結(jié)垢；

③   催化劑對設(shè)備的磨損能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鍋爐的灰分，會對設(shè)備具有極強(qiáng)的磨損破壞能力。

④   催化裂化的操作調(diào)整較為頻繁，不同的氣速下還出現(xiàn)不同的脫硫率，難以實(shí)現(xiàn)隨加工量變化進(jìn)行穩(wěn)定脫硫的要求，而且一旦催化出現(xiàn)停煙機(jī)或高溫取熱設(shè)備發(fā)生“爆管”，吸附劑很可能會和催化劑一樣大量跑損，也可能造成催化裂化裝置憋壓的情況。不過布袋除塵的煙道設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)或許值得催化裂化再生煙氣選擇性催化還原(SCR)技術(shù)進(jìn)行借鑒。

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