循环流化床锅炉炉内喷钙工艺介绍4(07.09.17)

循环流化床锅炉炉内喷CaO尾部增湿脱硫工艺介绍一、工艺概述循环流化床燃烧技术是一种新型有效的燃烧方式，它具有和煤粉炉相当的燃烧效率，并且其燃烧特点十分适用于炉内喷钙脱硫，原因如下：1.燃烧温度低（850℃～900℃），正处于炉内脱硫的最佳温度段，因而在不需要增加设备和较低的运行费用下就能较清洁地利用高硫煤。2.烟气分离再循环技术的应用，相当于提高了脱硫剂在床内的停留时间，也提高了炉内脱硫剂的浓度，同时床料间，床料与床壁间的磨损、撞击使脱硫剂表面产物层变薄或使脱硫剂分裂，有效地增加了脱硫剂的反应比表面积，使脱硫剂的利用率得到了相应的提高。理论上一般认为，在850℃～900℃的炉膛温度，Ca/S摩尔比为1.5～2.5，石灰石的粒度小于2mm（通常为0.1～0.3mm）时，炉内脱硫效率可达85～90%。但是循环流化床锅炉实际运行中，还存在着一些问题，使得脱硫效率达不到理论脱硫效率，具体原因主要有以下四点：1.国外的循环流化床锅炉循环倍率一般为50～80，而国内一般低于30，低循环倍率下达到高脱硫效率是不现实的。2.为了降低飞灰的含碳量，提高燃烧效率及热效率，实际运行时往往适当提高锅炉的燃烧温度，燃烧温度提高使得炉内脱离了最佳的脱硫温度范围，使炉内脱硫效率降低。3.目前国内循环流化床锅炉的脱硫方法，大部分是采用煤直接掺混石灰石的做法，掺混不均匀使石灰石无法完全发挥功效。4.在炉内硫酸盐化过程中，由于石灰颗粒孔隙的堵塞，阻碍了脱硫剂与二氧化硫接触。以上原因使得国内循环流化床锅炉炉内喷钙脱硫效率仅为50%左右。由于循环流化床锅炉炉内喷钙的高钙硫比和低脱硫效率，使得飞灰中含有大量的未被利用的氧化钙，直接排放造成脱硫剂的巨大浪费，使运行成本增高。鉴于以上因素，为了进一步提高循环流化床锅炉炉内喷钙的脱硫效率和脱硫剂利用率，可以采取四个措施。1.以生石灰粉（CaO）代替石灰石粉（CaCO3）喷入炉内。是否有必要?可以产生多大的功效?增加运行成本？目前，炉内喷钙的脱硫剂大多采用石灰石微粒，石灰石微粒在炉内煅烧的过程中，其中所含的杂质包裹在生成的CaO表面，阻碍CaO与SO2的接触，即使炉内存在着较强的物料碰撞磨损，也无法有效地清除杂质，对脱硫效率和脱硫剂的利用率有较大的负面影响。采用生石灰粉代替石灰石粉喷入炉内，此问题将得到很好的解决。{“CaCO3的煅烧分解温度与炉内CO2的浓度有关，一般炉内CO2的浓度为14%，此时CaCO3的煅烧分解温度为765℃。[1]”“采用压力消化石灰代替石灰石，钙硫比为1.5时，脱硫效率达到80%（煤粉炉）。这是因为用加压水化，在快速缺压出料中，水合物爆裂，形成高速分散的微粒，并且微粒具有较大的比表面积，有利于钙硫的接触。[2]”}2.在烟道尾部适当部位（一般在空气预热器和除尘器之间），设置增湿活化反应器，使未反应的CaO在活化反应器内水合成Ca(OH)2，进一步脱硫。在增湿活化反应器内，飞灰颗粒被雾化液滴捕捉后，水分渗透过颗粒表面的反应产物层，与未反应的CaO内核生成摩尔体积较大的Ca(OH)2，吸收剂颗粒膨胀使致密的颗粒外壳破裂，暴露出内部的CaO，并使颗粒内部空隙率及比表面积进一步增加，有利于CaO与SO2充分接触。当颗粒中含水量达到一定程度，在颗粒表面会形成液膜，这时的脱硫反应机理相对于干燥状态时已经发生了显著变化，反应是在溶液中进行的，反应速度快、反应彻底。3.增设脱硫灰再循环系统，将活化反应器底部和尾部除尘器收集的脱硫灰以干粉或灰浆的状态加入活化器，再循环利用，增大活化器内的脱硫剂浓度，脱硫效率得到相应提高。4.将新鲜生石灰粉加入增湿活化反应器，增大活化反应器内脱硫剂浓度，优化脱硫剂质量，新鲜脱硫剂的加入使脱硫效率进一步提高。二．工艺流程工艺主要有四步构成，如图1、2、3、4。1.向炉内喷射生石灰粉；2.炉后活化反应器内用水或灰浆增湿活化；3.干灰或湿灰再循环。4.灰循环系统中添加新鲜生石灰粉。图1工艺流程图（无灰循环方式）图2工艺流程图（干灰循环方式）图3工艺流程图（湿灰循环方式）图4工艺流程图（灰循环系统中加入新鲜生石灰粉）第一步，将生石灰粉用气力输送方法从生石灰仓喷射到炉膛内，CaO立即与烟气中的SO2和少量SO3反应，生成硫酸钙。反应为：4342221CaSOSOCaOCaSOOSOCaO脱硫剂在循环流化床锅炉内循环往复，循环流化床锅炉炉内喷钙（石灰石粉）的脱硫效率可以达到78%，脱硫剂的利用率达到40%，钙硫比约为1：1.6。[3]炉内喷入生石灰粉，脱硫效率将达到70%。第一步投资占整个脱硫系统总投资的10%左右，对于脱硫效率要求不高、排放标准低的循环流化床锅炉机组，单独的炉内喷生石灰已足以满足要求，无需再进行尾部增湿。第二步，在安装于空气预热器与除尘器之间的增湿活化反应器内完成，如图1。在活化器内，炉膛内未反应的CaO与喷入的水反应生成Ca(OH)2，SO2与生成的新鲜的Ca(OH)2快速反应生成CaSO3，然后又部分的被氧化为CaSO4。反应为：42323222221)()(CaSOOCaSOOHCaSOSOOHCaOHCaOHCaO由于烟气自身较高温度的蒸发作用，该过程的反应产物呈干粉状态。趋近绝热饱和温度值Δt和烟气在活化器内的滞留时间是影响着脱硫效率的重要因素。增加尾部增湿活化器之后，整个脱硫系统的脱硫效率将达到90%以上。加水增湿活化部分的投资约占整个系统总投资的85%。第三步，活化器内的反应完成后，大部分的CaSO3、CaSO4和未反应的CaO、Ca(OH)2与飞灰一起进入除尘器被捕集，其余部分从活化器底部分离出来，与除尘器捕集物中的一部分以干粉的状态返回到活化器内，循环利用，以提高脱硫剂的利用率，如图2。也可以将除尘器捕集的部分物料加水制成灰浆喷入活化器内增湿活化，如图3。经除尘器捕集未反应的CaO加水后，在灰浆中预先形成Ca(OH)2，由灰浆泵打入活化器。与干灰循环的过程相比，Ca(OH)2与SO2可以更迅速更完全的发生反应，使系统的脱硫效率进一步提高。同时，灰浆中含有的水可以起到增湿活化再循环干灰的作用，无需再向活化器内喷水。灰浆循环系统增加的投资约占整个脱硫系统总投资的5%。第四步，如果燃烧煤种的含硫量较高，增加活化塔和灰循环系统也无法将SO2的排放浓度控制在要求范围内，可以将部分生石灰粉加入灰循环系统，随循环灰一起进入活化反应器，如图4。新加入的生石灰粉与炉膛中未反应的CaO共同与水反应生成Ca(OH)2，增大塔内脱硫剂的浓度，提高脱硫剂的活性，使脱硫剂与SO2更容易发生反应。以上几步可以分步实施，每增加一步，则投资和脱硫效率相应增加，运行费用则相应降低。分步实施可以在原有装置上进行，不需要更换原有设备，这可以使用户在计划自己的投资和满足今后更加严格的排放标准方面有很好的灵活性；同样，在选择所使用的燃料方面也更为灵活。三.工艺系统组成1.生石灰粉系统包括生石灰粉的制备、计量、运输、储存、分配和喷射等设备。生石灰粉可以购买成品，也可以建设生石灰粉厂提供，储存于生石灰仓中。为适应锅炉负荷和煤种的变化，生石灰粉喷射器沿炉高分多层布置。生石灰粉经计量仓称量后，通过气力输送到分配器再进入各个喷射器。为保证生石灰粉能与炉膛内烟气均匀混台，还需空气预热器来的热风做二次风。在喷射系统出现堵塞故障或设备检修时，通过专用的气力吹扫管道进行清扫。一部分生石灰粉从生石灰仓输送到活化反应器的灰循环系统中，随循环灰进入活化反应器内参与反应。2.增湿活化反应器系统包括活化水的雾化、烟气与水混合反应下部碎渣与除渣、器壁防结垢等设备。烟气从活化器下部进入，顶部排出。烟气从下部穿过气液二相流形成的水雾区(液滴直径约为5O～100μm)，水与烟气中CaO接触发生反应。塔体底部采用文丘里结构，使进入塔体的烟气更加均匀地与水雾接触。活化器中一些粗大颗粒会落入活化器底部，即所谓活化器底渣。底渣中一些较大的颗粒不能随烟气带走，落人烟道下部的料斗中排出，用汽车外运等方式处置。为了清除活化器壁上可能产生的结垢，在活化器壁上可安装气动振打器。3.脱硫灰再循环系统包括活化器底渣回送，除尘器下部集获、贮存、输送等装置。在活化器底渣中，含有未反应的CaO和Ca(OH)2，故可将此底渣经过破碎输送到烟道中，依靠烟速携带再次进入活化器，进行再循环。除尘器收集的飞灰，通过负压集中方式收集在的集灰库内，库底设有气化装置，以改善脱硫灰的流动性能。集灰库收集的飞灰，由风机吹入活化器进口烟道，实现再循环。如采用湿灰循环方式，则需在集灰库之后安装灰浆制备系统，再由灰浆泵打入增湿活化器内。再循环灰量可根据负荷变化或活化器工况的需要进行在线调节。4.辅助系统包括压缩空气系统、雾化水系统、电器系统和自动控制系统等。四.工艺特点1.脱硫效率高，脱硫剂利用率高。由于脱硫剂在循环流化床锅炉内和增湿活化器内的循环利用，可以达到很高的脱硫效率和脱硫剂利用率。2.煤种、锅炉容量适用广。根据整个脱硫系统的分步实施，可以很好的适用于各种硫含量的煤种和各种容量的锅炉。3.投资及运行费用低。与湿法脱硫工艺比较，本工艺系统简单、电耗及维修费用低，虽然钙消耗量湿法工艺大，但总体考量，其投资及运行费用都比湿法工艺低很多。4.系统占地面积小，安装增湿活化器时可不影响锅炉运行，适用于改造现有电厂锅炉机组。5.由于活化反应器时在高于露点的温度条件下运行，因此其固态反应产物是干粉，没有泥浆或污水排放。其排放的脱硫灰可回收利用，用作建筑或筑路材料。6.有如下缺点。钙在炉膛内一般不会结焦，对尾部受热面磨损不大，但是易引起积灰，需要增加吹灰次数；锅炉总的热损失有所增加，锅炉效率会有较小的下降；由于钙的喷入及再循环，使粉尘量增加，除尘器除尘能力应增加；厂用电耗有所增加。[1]《工业脱硫技术》，P67[2]《工业脱硫技术》，P116[3]《工业脱硫技术》，P95