燃煤锅炉炉内脱硫技术
1 型煤
型煤 ,特别是添加固硫剂的型煤 ,是工业锅炉实现炉内脱硫的主要方法之一。型煤又称人造块煤 ,它是向煤粉中加入粘结剂和固硫剂 ,然后加压成具有一定形状的块状燃料。按用途分民用型煤和工业型煤两大类 ,工业型煤又分工业燃料型煤和工业气化型煤。随着采煤机械化程度的提高 ,块煤产量逐年下降 ,平均仅占煤炭总量 20 %～30 % ,而实际商品块煤则不足 20 % ,远不能满足工业锅炉和窑炉燃烧的需要 ,采用添加固硫剂的型煤后 ,脱硫率可达40 %～60 % ,并可减少烟尘排放量 60 % ,节约煤炭15 %～27 % ,因此 ,是洁净煤技术的重要组成部分和优先发展领域 ,特别在工业锅炉脱硫技术和方法中 ,具有广阔的发展前景。
型煤技术的攻关和研究方向一直集中在新的粘结剂和大型高压成型设备两方面。粘结剂可分为两大类 ,一类是有机粘结剂 ,疏水性有机粘结剂 ,如焦油沥青、石油沥青、焦油渣、亲水性有机粘结剂则有淀粉类、纸浆废液、腐植酸盐碱液、糖醛渣液等。有机粘结剂粘结能力强 ,但疏水性有机粘结剂价格高 ,来源有限;亲水性有机粘结剂加入量大 ,不防水 ,热强度较差。另一类是无机粘结剂 ,常用的有石灰、不溶性水泥、粘土、水溶性水玻璃等 ,此类粘结剂来源广、价格便宜 ,有的粘结剂粘结能力强 ,还有固硫作用;缺点是加入量大 ,型煤灰分增加量多 ,后处理工艺复杂 ,多数产品不防水。为此 ,使用以上两类粘结剂的复合粘结剂就可取长补短、发挥两者的优势。这种热性能好、高强度、防水、免烘干并有一定固硫效果的复合粘结剂正在研制中并已取得基本成果。型煤的成型工艺则使用 20～40MPa冷压成型(加粘结剂) 。目前 ,我国民用型煤技术居世界先进水平 ,工业燃料型煤年产能力为 55 万 t ,化工造气型煤已有 600 条生产线在运行 ,年产 20Mt。
2 炉内喷吸收剂脱硫(LIFAC ,LIMB)
这种方法是炉内喷入脱硫剂(石灰石、白云石、消石灰或碳酸氢钠等) ,在烟温为 900～1250 ℃区域 ,脱硫剂分解为 CaO 或 MgO ,再和 SO2 作用生成硫酸钙而达到脱硫目的。由于炉温较高 ,单纯的炉内喷钙系统脱硫率较低 ,为此在炉后增加第二级脱硫装置 ——增湿活化器 ,这就组成了炉内喷钙和活化氧化法脱硫(LIFAC) 。增加增湿活化器后 ,就可使烟气中未反应的 CaO、MgO和水反应生成高活性的Ca(OH)2、Mg(OH)2 并与剩余的 SO2 化合成亚硫酸钙或亚硫酸镁 ,部分 CaSO3、MgSO3 还能氧化为硫酸钙和硫酸镁 ,最后在电气除尘器中被收集下来。LIFAC 脱硫技术 ,在 Ca/ S = 1. 5 时 ,脱硫率ηSO2可达 70 %～80 %。
炉内喷钙排烟增湿活化脱硫技术有投资少、占地少、运行费用低、无废水、操作维护方便等优点。对中、小容量燃用中、低硫煤的锅炉特别适用。对现有机组进行环保改造时也可应用。此法在国外 ,以芬兰的 Tempella Power 公司的技术最典型。国内抚顺电厂、南京下关电厂应用后效果较好。图1 是下关电厂LIFAC工艺流程和物料平衡图 ,这种方法中的增湿活化反应塔和雾化喷嘴示于图 2 中。与LIFAC基本相似的是美国 Babcock & Wilcox 公司开发的LIMB 脱硫技术 ,它是属于炉内喷钙并进行分段燃烧的方法 ,此法同时可降低 NOX ,由于分段燃烧 ,空气分段供给 ,因此炉温较L IFAC法低 ,其余和L IFAC相同 ,这种方法在喷钙 Ca/ S = 2 时 ,脱硫率ηSO2可达 50 %或更高。
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3 循环流化床(CFBC)
循环流化床(CFBC) 、增压流化床联合循环(PFBC-CC)、煤气化联合循环(IGCC)以上几种炉内脱硫技术 ,在专门的书籍和论文
中已有很多介绍。把煤破碎为 0～5mm 或 0～10mm ,石灰石 0. 1～1mm 送入循环流化床 ,炉内布风板处风速 20m/ s ,屏区5～6m/ s ,炉温为 880～900 ℃,对脱硫特别有利。另外 ,煤粒和脱硫剂可经分离器分离后返回炉内 ,因此 ,燃烧效率和脱硫率都
较高 ,当 Ca/ S = 1. 5 时 ,脱硫率ηSO2可达 90 %～95 %。我国 35t / h、75t / hCFBC已生产 300 余台 ,运行情况(包括脱 SO2 效果)良好。220、410t / h 正作示范试验中。引进芬兰 410t / h已鉴定 ,近期拟引进300MWCFBC机组。CFBC - CC15MW已建成中试厂 , 100MW 正示范试验中; IGCC 拟建 300 ～400MW示范厂。
CFBC脱硫 ,除了ηSO2高外 ,其工艺特点没有喷浆系统 ,没有废水产生 ,占地面积小 ,投资小 ,脱硫副产品可作混凝土掺和料、矿井回填、路基等。因此 ,CFBC脱硫技术将有很好发展和应用前景。
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