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1、CFB脱硫工艺,主讲人：张云峰,长沙理工大学能源与动力工程学院 410076,Circulating Fluidized Bed Flue Gas Desulfurization，简称CFB-FGD,前言,20世纪70年代初，为治理炼铝设备、垃圾焚烧炉等尾气排放中的HCl、HF等有害气体，德国的LLB(Lurgi Lentjes Bischoff)公司研究开发了专用的烟气循环流化床技术，并得到了广泛的商业应用。20世纪80年代中期，由于环保法规和SO2排放标准的日趋严格，德国动力工业对烟气脱硫设备有了巨大的需求。为此，LLB公司在原来用于炼铝等尾气处理技术的基础上，开发了适用于电站锅炉的烟气循
2、环流化床脱硫工艺。经过20多年深入的研究和商用经验的积累，以及对工艺化学过程和工程实践理解的深化，烟气循环流化床脱硫技术在最近几年得到了很大的发展，不仅技术成熟可靠，而且投资、运行费用也大为降低，为湿法工艺的5070。,目前，烟气循环流化床脱硫工艺已达到工业化应用的主要有3种工艺流程：(1)德国LLB公司开发的烟气循环流化床脱硫工艺，(CFB)；(2)德国Wulff公司的回流式烟气循环流化床脱硫工艺，(RCFB)；(3)丹麦公司研究开发的气体悬浮吸收烟气脱硫工艺，(GSA),2工艺系统及流程,无论是LLB公司的CFB工艺、Wulff公司的RCFB工艺，还是F.L.Smith公司的GSA工艺，它
3、们的工作原理基本相似。工艺系统主要由吸收剂制备、吸收塔、物料再循环、烟气及除尘器、副产品处置和仪表控制6个系统组成。,工艺流程图1,RCFB工艺,1锅炉；2锅炉除尘器；3消石灰仓；4反应塔；5石灰浆槽；6增湿水箱；7脱硫除尘器；8中间灰仓；9集灰库；10烟囱,RCFB工艺特点,与CFB工艺相比，RCFB工艺主要在反应塔的流场设计和塔顶结构上作了较大的改进，其主要特点是：(1)反应塔内增加了扰流板和塔顶物料回流装置，强化了内循环，取消了预除尘器；(2)吸收剂以干态的消石灰粉或石灰浆液从反应塔底部喷入，属干法或半干法脱硫工艺；(3)反应塔扩散段上安装了若干个回流式压力水喷嘴，使吸收剂颗粒与水雾接触
4、更均匀更充分；(4)烟气在塔内的停留时间长(4 s以上)。,GSA工艺,GSA工艺特点,GSA工艺的工艺流程见图3。其主要特点是：(1)吸收剂以石灰浆液的形式从反应塔底部的中心喷入，属半干法脱硫工艺；(2)采用高位布置的旋风分离器作为预除尘器；(3)可在较低的趋近绝热饱和温度(T=36)下运行。,3 CFB工艺原理,循环流化床烟气脱硫技术，在空气预热器和除尘器之间安装循环流化床系统，锅炉排出的未经除尘或经除尘后的烟气从脱硫塔底部布风板进入，脱硫塔下部为一文丘利管，烟气在喉部得到加速，在渐扩段与加入的消石灰粉和喷入的雾化水剧烈混合，SO2、SO3及其它有害气体，如HCl、HF等与消石灰发生反应，
5、生成CaSO31/2H2O、CaSO41/2H2O和CaCO3等。反应器内的脱硫剂呈悬浮的流化状态，反应表面积大，传热/传质条件很多，且颗粒之间不断碰撞、反应。随后夹带着大量粉尘的烟气进入除尘器中，被除尘器收集下来的固体颗粒大部分又返回流化床反应器中，继续参加脱硫反应过程，同时循环量可以根据负荷进行调节。,由于脱硫剂在反应器内滞留时间长，因此使得脱硫效果和吸收剂的利用率大大提高。另外，工业水用喷嘴喷入反应器下部，以增加烟气湿度降低烟温，从而提高了脱硫效率。循环流化床烟气脱硫系统主要包括给料系统、反应器系统、物料循环系统、喷水系统、旁路烟道。,4 典型工艺特点,(1)吸收剂以干态的消石灰粉从反应
6、塔上游的入口烟道喷入，属干法脱硫工艺；(2)采用独立的烟气增湿系统，亦即增湿水量仅与反应塔出口的烟气温度有关，而与烟气中的SO2浓度、吸收剂的喷入量等无关；(3)采用部分净化烟气再循环的方式来提高系统低负荷时的运行可靠性和反应塔床料的稳定性；(4)采用机械式预除尘器。,焦作电厂CFB脱硫工艺,吸收塔喷水系统,除尘系统,压缩空气系统,1）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)单塔处理能力大。5)负荷适应性好。6)无须防腐。烟气温度高于露点20左右，因此吸收塔及
7、其下游设备不会产生粘结、堵塞、腐蚀。7)良好的操作弹性。8)脱硫剂利用率高、脱硫副产物排放少；脱硫副产物流动性好，易于处理。,影响系统脱硫效率的主要因素,有床料循环倍率、流化床床料浓度、烟气在脱硫塔和旋风分离器中停留时间、钙硫摩尔比及脱硫塔内操作温度。随床料循环倍率增大，脱硫效率增加；脱硫效率随着脱硫塔内物料浓度的增加而增大，塔内的物料浓度维持在510 kg/m3为宜；脱硫效率随烟气在脱硫塔和旋风分离器中停留时间增加而增大；钙硫比增大，脱硫效率增大；脱硫塔内操作温度与烟气露点越接近，脱硫效率越高。,5系统布置,在场地紧缺的现有机组和新建机组建设脱硫工程时，烟气循环流化床脱硫工艺是可供选用的、有
8、效的脱硫方案之一。其主要原因是该工艺结构简单、设备布置紧凑、且可利用现有的设备如烟囱、除尘器等，占用场地仅为湿法工艺的30%40%。采用烟气循环流化床脱硫工艺的脱硫系统在电厂的布置方式主要有5种：(1)反应塔布置在锅炉和锅炉/脱硫除尘器之间(指捕集锅炉原烟气中的烟尘，同时又捕集脱硫副产物)。采用这种方式时，必须新建锅炉引风机或改造现有的锅炉引风机。(2)反应塔布置在电厂原有的锅炉除尘器的上游，在锅炉和原有锅炉除尘器之间。原有锅炉除尘器在必要时应进行改造，并新建锅炉引风机或改造现有的锅炉引风机。,(3)反应塔布置在锅炉除尘器(指捕集锅炉原烟气中烟尘的除尘器)和新建的脱硫除尘器之间，并在反应塔前增
9、加脱硫风机；(4)反应塔和新建的脱硫除尘器(指捕集脱硫副产物专用的除尘器)均布置在烟囱之后，并在新建的脱硫除尘器后增加脱硫风机。(5)反应塔和新建的脱硫除尘器均布置在锅炉房的顶部，并在新建的脱硫除尘器后增加脱硫风机,6 技术优点,(1)脱硫效率高：在钙硫比为1.11.5时，脱硫效率可达90%以上，是目前各种干法、半干法烟气脱硫工艺中最高的，可与湿法工艺相媲美；(2)工程投资费用、运行费用和脱硫成本较低，为湿法工艺的50%70%。(3)工艺流程简单，系统设备少，为湿法工艺的40%50%，且转动部件少，从而提高了系统的可靠性，降低了维护和检修费用；(4)占地面积小，为湿法工艺的30%40%，且系统
10、布置灵活，非常适合现有机组的改造和场地紧缺的新建机组。(5)能源消耗低，如电耗、水耗等，为湿法工艺的30%50%。(6)能有效脱除SO3、氯化物和氟化物等有害气体，其脱除效率远高于湿法工艺，达90%99%，因而对反应塔及其下游的烟道、烟囱等设备的腐蚀性较小，可不采用烟气再热器，对现有的烟囱可不进行防腐处理，直接使用干烟囱排放脱硫烟气。,(7)对锅炉负荷变化的适用性强，负荷跟踪特性好，启停方便，可在30负荷时投用，对基本负荷和调峰机组均有很好的适用性。(8)对燃煤硫分的适应性强，可用于0.3%6.5%的燃煤硫分。且应用于中低硫煤时(2%)，其经济性优于湿法工艺。(9)无脱硫废水排放，且脱硫副产品
11、呈干态，不会造成二次污染，对综合利用和处置堆放有利。(10)脱硫后烟尘既可用静电除尘器，也可用布袋除尘器捕集。(11)已有10多年的运行经验，工艺已成熟、可靠，且最大配套机组容量已达300 MW。(12)在脱硫吸收剂中加入少量的铁基催化剂，可脱除60%90%氮氧化物，具有脱硫脱氮一体化的发展潜力,7存在的缺点和有待解决的问题,(1)采用高品位的石灰作为吸收剂。由于发达国家石灰工业发达，易得到高质量的商品石灰，因此以石灰作为吸收剂不会有任何供应上的问题。但我国石灰的供应尚存在品位低、质量不稳定、供应量不足、供应源分布不均、价格过高等缺陷。另外，石灰对人体有一定的危害，因此采用石灰作为吸收剂必须保
12、证系统有良好的密封性和安全措施，否则会给电厂的安全文明生产和工业卫生达标带来困难。(2)脱硫副产品的综合利用。本工艺的脱硫副产品中含有一定量的亚硫酸钙。亚硫酸钙的化学性能不稳定，在自然环境下会逐渐氧化为硫酸钙，同时体积会增大，将有可能影响原粉煤灰的综合利用。如要保持原粉煤灰的综合利用，则脱硫系统必须布置在锅炉除尘器之后，且必须增设用于捕集脱硫副产品的脱硫除尘器。,目前，国内外对脱硫副产品的综合利用已积累了不少经验，新的利用途径也正在开发之中。(3)系统的压力降较大(1 5002 500 Pa)。一般现有电厂引风机的压头裕量难以克服如此大的压降，需要增加新的脱硫风机。高的压力损失还将使得运行费用
13、有所增加。(4)反应塔的压力降波动较大。由于反应塔内大量物料不断地湍动，因此反应塔的压力降有较大波动，对锅炉炉膛负压的稳定性有一定影响。如将脱硫增压风机设置在脱硫系统上游，可适当减小影响,8 经济性分析,表14种脱硫工艺经济比较的基本参数 项目CFBRCFB GSA 湿法抛弃 机组容量/MW 100100100 100 处理烟气量万/Nm3h-1 45 45 4545 燃煤硫分/%33 3 3 钙硫比1.30 1.301.201.05 脱硫效率/%90 90 9090 反应塔出口温度/7075 7075 707075 循环灰量/kgNm-31 11/电耗/(kWh)h-1 480 450540
14、1 550 水耗/th-12020 2945 吸收剂消耗/kgh-13 4523 452 3 1864 696 设计寿命/a 2020 20 20 年运行时间/h 6 5006 500 6 5006 500,以新建100 MW燃煤机组、脱硫设备全部考虑进口为基础，对CFB、RCFB和GSA 3种烟气循环流化床脱硫工艺与石灰石石膏湿法抛弃工艺的经济比较见表1。,项目 CFB WCFB GSA 湿法抛弃 工程总投资/万元3 5003 4003 800 5 802 单位容量投资/元(kWh)-1 350340380580.2 年运行费用/万元 1 0791 0391 098 1 766 寿命期内脱除
15、SO2的成本/元t-1714.9688.4727.51 170.1 脱硫增加电价/元(kWh)-1 0.008 30.008 00.008 50.014 0 工程总投资或单位容量投资 0.6030.5860.6551 脱除SO2的成本或脱硫增加电价0.6110.5880.6221,表24种脱硫工艺的主要经济指标及比较,由表2可见，烟气循环流化床脱硫工艺的工程投资和脱除SO2的成本均为湿法抛弃工艺的60%70%。,8 在我国的应用前景,根据我国脱硫专家对烟气循环流化床脱硫技术发展的跟踪研究，认为它是一种较适合我国国情的脱硫工艺。其脱硫效率高、投资低、占地面积小的特点，使它既适用于新建机组的脱硫工
16、程，更适用于现有机组的脱硫改造工程；既适用于燃用高硫煤的机组，更适用于我国大量的燃用中低硫煤的机组；既适用于中小型燃煤机组，也适用于大容量燃煤机组；而且在脱除SO2的同时，通过添加一定的催化剂，还能脱除氮氧化物。是值得并广泛推广应用的脱硫工艺之一。目前，我国云南小龙潭发电厂引进FLS公司的GSA工艺已在1台100 MW燃煤机组上投入运行，WULFF公司的RCFB工艺也在广州恒运集团公司的1台200 MW机组上开始建设，LLB公司正与有关公司商谈，拟在1台300 MW的燃煤机组上建设CFB脱硫工艺。可以预见：随着我国脱硫市场的拓展，今后几年内，将有更多的电厂在100300 MW的现有机组或新建机组上建设脱硫工程，烟气循环流化床脱硫工艺是具有强大竞争力的脱硫工艺之一，因而具有广阔的应用前景。,
