全新一代循环流化床烟气脱硫技术
摘要：本文全面介绍中科全新一代循环流化床烟气脱硫技术，中科全新一代循环流化床烟气脱硫技术能够克服传统烟气脱硫技术面临的占地面积大、投资运行费用高、脱硫副产物不易处理、运行维护困难等缺点。因而全新一代循环流化床烟气脱硫技术最适合火电厂中小机组烟气脱硫技术改造，并且有大型化的趋势。该技术在别的行业烟气脱硫项目中也得到了越来越广泛的应用，响应了国家出台的相关政策。
关键词：循环流化床；烟气脱硫；脱硫技术改造；大型化；应用前景
1概述
火电厂排放的二氧化硫形成的酸雨已严重危害人类的生存环境，国家强制要求火电厂必须安装烟气脱硫装置。但是，受技术和经济等条件的限制，必须发展脱硫率高、系统可利用率高、流程简化、系统电耗低、投资和运行费用低的脱硫技术和工艺。在这种形势下，全新一代循环流化床烟气脱硫技术应运而生，较好的解决了烟气脱硫市场的这种需要。循环流化床烟气脱硫技术不仅仅适合中小机组火电厂烟气脱硫技术改造，并且越来越大型化，目前亚洲最大的循环流化床烟气脱硫机组为330MW，循环流化床烟气脱硫技术在别的行业烟气脱硫项目中也得到了越来越广泛的应用，响应了国家出台的相关政策，创造了明显的社会、经济和环境效益，为全面建设和谐社会做出了重要贡献。
世界上烟气脱硫技术的发展经历了以下3个阶段：
1)20世纪70年代，以石灰石湿法为代表第一代烟气脱硫；
2)20世纪80年代，以半干法烟气脱硫为代表的第二代烟气脱硫。主要有烟气循环流化床（CFB）、喷雾干燥法、炉内喷钙加炉后增湿活化（LIFAC）等。这些脱硫技术基本上都采用钙基吸收剂，如石灰或消石灰等。随着对工艺的不断改良和发展，设备可靠性提高，系统可用率达到97，脱硫率一般为70～95，适合燃用中低硫煤的中小型锅炉；
3)20世纪90年代，以湿法、半干法和干法脱硫工艺同步发展的第三代烟气脱硫。
由于技术和经济上的原因，一些烟气脱硫工艺已被淘汰，而主流工艺，如石灰石-石膏湿法、烟气循环流化床、炉内喷钙加炉后增湿活化、喷雾干燥法却得到了进一步的发展，并趋于成熟。这些烟气脱硫工艺的优点是：脱硫率高(可达95以上)；系统可利用率高；工艺流程简化；系统电耗低；投资和运行费用低。
2循环流化床烟气脱硫技术
循环流化床烟气脱硫技术大部分工艺以石灰为吸收剂，含硫烟气从循环流化床底部进入脱硫塔，在脱硫塔内的文丘里段被加速，将喷入塔内的吸收剂和循环回流的物料吹起，形成沸腾床体，气体和物料无论处于流化床的过渡段还是稳定段，都处于强烈的紊流状态，物料之间的碰撞、摩擦、反应、传热等物理化学过程非常强烈，任何工况变化所引起的波动都会在这个强烈的传热传质状态下迅速达到新的平衡，在这个平衡的过程中烟气中二氧化硫与石灰进行充分的化学反应，除去烟气中的SO2等酸性气体，然后烟气携带部分脱硫剂颗粒（大部分脱硫剂颗粒在脱硫塔内循环）进入分离器，进行气固分离。经脱硫后的纯净烟气从分离器排出，经除尘后排入大气，脱硫剂颗粒由分离器分离下来后经返料器返回脱硫塔再次参加反应，这样如此循环使系统的脱硫效率得到很大提高，循环流化床烟气脱硫效率可以接近湿法的脱硫效率水平。
世界上循环流化床烟气脱硫主要技术流派：
德国鲁奇Lurgi循环流化床烟气脱硫技术(CFB)；
德国Wulff回流式循环流化床烟气脱硫技术(RCFB)；
丹麦FLS.Miljo的气体悬浮吸收烟气脱硫技术(GSA)；
ABB公司增湿灰循环脱硫技术（NID）。
3中科全新一代循环流化床烟气脱硫技术
3.1中科全新一代循环流化床烟气脱硫技术工艺简介
中科全新一代循环流化床烟气脱硫技术是在传统循环流化床烟气脱硫技术基础上发展起来的拥有自主知识产权和获得多种技术奖励的烟气脱硫技术，与传统循环流化床烟气脱硫技术相比主要有以下特点：
1)脱硫塔设计使脱硫塔内传热传质速度更快，物料运行达到平衡时间更短，运行更加稳定；
2)强调内循环的同时也注重外循环，独特的旋风设计（带有一定程度偏心度）能够让飞灰和脱硫剂更加有效分离，提高脱硫剂的利用率，提高系统的脱硫效率；
3)旋风和返料装置合二为一，使系统占地面积更小，脱硫系统布置更加灵活，完全可以解决现有火电厂中小机组烟气脱硫技术改造项目没有预留脱硫场地等这些难题。
中科全新一代循环流化床烟气脱硫技术有以下特点：
1)由于系统工艺简单，设备少，能耗小，所以系统投资和运行费用很低；
2)系统占地面积小，非常适合现有没有预留脱硫场地烟气脱硫技术改造项目；
3)脱硫产物以干态形式排放，容易处理；
4)系统维护简单，操作方便，系统运行稳定，调节灵活；
5)系统脱硫效率高，脱硫效率≥85，可满足不同用户对脱硫总量和脱硫效率控制的不同要求。
3.2中科全新一代循环流化床烟气脱硫工艺控制概述
中科全新一代循环流化床烟气脱硫有三个主控制回路：脱硫剂加入量控制回路，主要根据脱硫塔入口SO2实时在线监测数据和入口烟气流量及设定的Ca/S比和脱硫效率来确定；循环灰加入量控制回路，主要根据脱硫塔压差通过调节循环灰返回量和外排灰量来确定；脱硫塔加水量控制回路，主要是根据脱硫塔出口烟气温度来确定。
3.2.1脱硫塔内脱硫剂加入量的控制
监测SO2排放量信号，用于调节脱硫剂的加入量。当SO2排放量较大时，就应加入更多的吸收剂去吸收更多的SO2；当SO2的排放量较小时，就应减少吸收剂的使用，使系统运行经济合理，降低成本。
3.2.2脱硫塔内循环灰量的控制
监测脱硫塔的压降，用于调节再循环量的大小，使脱硫灰的循环量和循环次数控制在设计范围之内，这样既可控制下游脱硫除尘器的入口灰尘的质量浓度和烟囱烟尘质量浓度的排放，又可提高吸收剂的利用率，降低Ca/S比。
3.2.3脱硫塔内烟气温度的控制
温度的控制，实质上是对烟气湿度的控制。脱硫工艺中，烟气的湿度对脱硫效率的影响很大。在相对湿度为40～50时，石灰活性增强，能够非常有效地吸收SO2，烟气的相对湿度是利用向脱硫塔内给烟气喷水的方法来提高。烟气湿度的提高，可以使烟气脱硫操作温度接近或高于露点温度10～20℃(实践中，这一温度范围为65～75℃)，激活石灰吸收SO2。SO2是烟气中反应较慢的成分，保持脱硫塔内温度接近露点温度（即较高的相对湿度），可以保持微粒表面的湿膜有较长的停留时间，促进SO2和脱硫剂化学成分之间的反应，使吸收的程度和脱硫剂的利用率达到最佳。SO3和卤化酸类（HCl、HF等）的酸性比SO2强，所以SO3、HCL、HF成分在装置中的去除率达99，因其活性强，几乎能全部与SO2同时被吸收，适量的卤化酸类因钙的吸湿性、因雾滴在湿润环境中的干燥时间较长，有助脱除SO2，这也是采用接近露点温度的另一好处。字串7
根据这三个控制回路监测量及其相关的信号去调节各运行回路，使脱硫系统的运行达到最优化，这是循环流化床烟气脱硫工艺控制系统的基本要求。就控制的灵敏性、可靠性而言，如果三个控制回路能完全独立，各行其是，互不影响则最理想，而全新一代循环流化床烟气脱硫技术的控制原理最能符合这一要求，由于其脱硫剂、水和脱硫灰的再循环是独立加入到脱硫塔的，这样就避免了其它工艺三者的互相牵连，避免了增加脱硫剂时附加了水而使温度下降或加水降温时附加了脱硫剂，从而增加再循环量而增大Ca/S比的情况。当然，以上三个控制回路总是相互影响、协同调节的，但三路系统的参数分别调节，会更方便灵活一些。
4循环流化床烟气脱硫大型化探讨
4.1尽量使用单塔脱硫
随着机组容量的增大，脱硫塔的直径也随着增大。在能使用单塔的情况下，尽量不要使用双塔和多塔，因为单一脱硫塔技术提高了系统的可靠性和脱硫率，而且初期投资费可降低30～50。
4.2硫塔大型化的主要问题
脱硫塔大型化最主要的问题是要保证塔内流场中温度的均匀性和调节的灵敏性。
1)塔内流场中温度均匀性的要求：在塔的高度方向的各个断面上，各点的温度趋于一致，不能有高、低温差异太大的情况出现。因为高温处的SO2吸收反应效果较差，高温时吸收剂的活性较小，反应温度与烟气露点温度的差值较大（AST），反应率就低；而低温处，尤其出现低于露点温度，即AST＜0时，容易出现局部的结露、粘连和筒壁腐蚀，这就是为什么有些脱硫工艺需要在脱硫塔内加装内衬的原因，其实，这种情况的危害性较大，脱硫塔可以通过内衬防腐，但烟气下游的设备和烟气管道却难以防腐，且花费较大。监测脱硫塔内的温度，以此来调节喷水系统的开度和喷水量的大小，保持适当的AST值，使脱硫塔内温度在各种负荷和工况条件下，烟气的酸露点温度始终保持在较高处，这样，吸收剂的活性最佳，能够较好地捕捉SO2，并发生化学反应，提高脱硫率。在大型化商业运行的脱硫塔中，温度的控制是比较困难的，它是制约循环流化床烟气脱硫装置大型化发展的主要因素之一。当脱硫塔直径越来越大时，要各个大面积截面上的温度保持均匀性，需采取大量的有效措施。各国公司都在围绕循环流化床烟气脱硫装置大型化发展进行开发和研究，德国WULFF公司利用流化床和带内回流的循环流化床技术（RCFB），在解决传热传质这一问题上，取得了一定的成绩，效果明显。目前，RCFB单塔用于奥地利1台300MW机组烟气脱硫并获得成功，中国华能榆社电厂也成功的将德国lurgi循环流化床烟气脱硫应用在300MW机组上运行。
2)脱硫塔调节的灵敏性要求：随着负荷、工况的变化，各参数的负荷应变时间短，较少滞后，使脱硫效率随着工况的变化而变化，从而保证各种工况下脱硫率稳定。
中科全新一代循环流化床烟气脱硫技术能够很好的克服上述问题，所以中科全新一代循环流化床烟气脱硫技术可以大型化，目前亚洲循环流化床烟气脱硫应用的最大机组为330MW。
5结论
由于全新一代循环流化床烟气脱硫工艺在占地、造价、操作、调节、维护、副产品无二次污染等方面的优点，这种工艺越来越受到业主方的广泛青睐。现在各国都在积极研究循环流化床烟气脱硫技术，并使之逐步向设备大型化、系统简单化、控制自动化发展，所以国内循环流化床烟气脱硫技术应用的比例也在逐步提高。随着对循环流化床烟气脱硫工艺的深入认识、研究和改进以及对脱硫灰综合利用的开发，循环流化床烟气脱硫工艺将会有更加广阔的应用前景。
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