| 循环流化床烟气脱硫技术及其环境经济可行性探讨 | | 江阴市乡镇工业发展迅速，各项经济指标名列全国百强县前列，目前江阴市共有27家热电联产企业，2家电厂，装机容量达14711吨，全年耗煤量达1400多万吨。根据“十一五”期间主要污染物排放总量要下降20%的要求，江阴市15家热电联产企业需对燃煤脱硫烟气装置进行整改，同时在热电企业技改扩能项目中，需通过以新带老、推进烟气SO2污染防治，实现增产减污和减少排污目标。因此需选择一种投资少、结构简单、易于操作、运行费用低，能满足中、小型锅炉要求的烟气脱硫污染控制技术。
燃煤污染控制方法有多种，通常分为三类，即燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫（烟气脱硫），其中烟气燃烧后脱硫被认为是控制SO2污染最行之有效的途径。目前已得到应用并继续发展的烟气脱硫工艺主要有4种：湿式石灰石/石膏吸收法、干式喷雾干燥净化工艺、炉内喷钙后增湿水活化法（LIFAC法）和循环流化床烟气净化工艺（CFB－FGD）。
1 目前烟气主要脱硫工艺综述
1.1循环流化床烟气脱硫工艺
1.1.1循环流化床烟气脱硫工艺技术
20世纪80年代中后期，德国Lurgi公司在原来用于炼铝尾气处理的技术基础上开发了一种新的适用于锅炉和其它燃烧设备的干法烟气脱硫工艺，即循环流化床烟气脱硫工艺。循环流化床烟气脱硫床原理经过脱硫剂的多次循环，使脱硫剂与烟气接触时间增加，一般可达30min以上，从而提高了脱硫效率和脱硫剂的利用率，它不但具有干法脱硫工艺的优点，如流程简单、占地少、投资小及副产品可综合利用等，而且还能在很低的钙硫比［m(Ca/s)=1.2～1.5］条件下，达到80%～90%的脱硫效率。
1.1.2循环流化床烟气脱硫净化工艺国内外研究现状
近年来，随着世界脱硫市场的不断扩大，循环流化床烟气净化工艺已经引起了人们越来越多的关注，德国的Wulff公司、LLB公司，美国的Airpol公司，丹麦的F.L.S Miljo公司、瑞典的ABB等公司都进行了循环流化床烟气脱硫的开发研究。目前已达到工业化应用的有3种流程，它们是LLB公司的CFB技术、Wulff公司的RCFB技术和FLS公司的GSA技术。
LLB公司用的是典型的Lurgi CFB技术（见图1），为了满足锅炉负荷变化而采用了清洁烟气再循环技术。
图1 循环流化床烟气脱硫工艺流程示意
该脱硫工艺主要特点：①没有喷浆系统及浆液喷嘴，只喷入水和蒸汽；②新鲜石灰与循环床料混合进入反应器，依靠烟气悬浮，喷水降温；③床料有98%参与循环，新鲜石灰在反应器内停留时间累计可达30分钟以上，使石灰利用率可达99%；④反应器内烟气流速为1.83～6.1m/s，烟气在反应器内停留时间约3s，可以满足锅炉负荷30%～100%范围内的变化；⑤对含硫量为6%的煤，脱硫率可达92%；⑥基建投资相对较低，不需专职人员进行操作和维护；⑦存在主要问题是生成的亚硫酸钙比硫酸钙多，亚硫酸钙需经处理才可成为硫酸钙。
Wulff公司在Lurgi技术的基础上继续研究开发了第二代回流式循环流化床的烟气脱硫装置（RCFB）（图2），主要用于电厂锅炉的烟气处理。与Lurgi公司的工艺相比，RCFB工艺主要在吸收塔的流场设计和塔顶结构上作了较大改进。烟气和脱硫剂颗粒在吸收塔中向上运动，同时有一部分颗粒从塔顶向下回流（Reflux）。这股固体回流与烟气的方向相反，而且它是一股很强的内部湍流，从而增加了烟气与脱硫剂的接触时间，内部循环再加上外部再循环，脱硫性能得到进一步优化。
图2 回流式循环流化床干法脱硫工艺示意
该脱硫工艺主要特点为：①与常规循环流化床及喷雾吸收塔脱硫技术相比，石灰耗量（费用）有极大降低；②维修工作量少，设备可用率很高；③运行灵活性很高，可适用于不同的SO2含量（烟气）及负荷变化要求；④不需增加锅炉运行人员；⑤由于设计简单，石灰耗量少，维修工作量少，投资及运行费用较低，；⑥可针对机组容量大小和排放物控制要求，选用如消石灰、生石灰、焦炭等作为吸收剂；⑦占地面积小，适合新老机组，特别是中、小机组烟气脱硫地改造。
FLS公司是丹麦最大的工业企业，他们开发的气体悬浮吸收（GSA）烟气脱硫技术，在工作原理上和Lurgi工艺十分类似（图3），不同之处在于GSA工艺所用的脱硫剂不是干消石灰，而是石灰浆。新鲜石灰浆经喷嘴雾化，从吸收塔底部喷入，并在吸收塔中保持悬浮湍动状态，边干燥边反应，干燥后的脱硫剂颗粒经旋风除尘器除下后返回吸收塔循环利用。该工艺在(Ca/s)比为1.2～1.4的情况下，脱硫效率可达90%以上。
图3 FLS气体悬浮吸收工艺流程示意
该脱硫工艺主要特点：①床料高倍率循环（约100倍），因此保证吸收剂与烟气充分接触，提高吸收剂的利用率；②流化床床料浓度高达500～2000g/m3，约为普通流化床床料浓度的50～100倍；③烟气在反应器及旋风分离器中停留时间短（3～5s）；④脱硫率高达90%以上；⑤吸收剂利用率高，消耗量少，Ca/s=1.2；⑥运行可靠，操作简便，维护工作量少，基建投资相对较低；⑦喷浆用喷嘴为专利设备。
1.2 喷雾干燥法烟气脱硫净化工艺
该技术以石灰为脱硫剂，石灰经消化并加水制成消石灰浮，消石灰乳由泵打入吸以塔内的雾化装置，在吸收塔内，被旋转喷雾轮雾化成小液滴的吸收剂与烟气混合接触，并与烟气中的SO2 发生化学反应最终生成CaSO3和CaSO4，烟气中的SO2被去除。脱硫反应产物及未被利用的吸收剂以干燥的颗粒物形式部分随烟气带出吸收塔，进入除尘器被收集下来。
喷雾干燥法脱硫工艺技术比较成熟，具有工艺流程较为简单、系统可靠性高等特点，脱硫率可达80%左右，但单塔烟气处理量较小，需高质量脱硫剂石灰，来源较困难。
1.3炉内喷钙后增湿水活化法烟气脱硫净化工艺（LIFAC法）
该工艺是在炉内喷钙脱硫工艺的基础上在锅炉尾部增设了加湿段，以提高脱硫效率。该技术多以石灰石粉为吸收剂，石灰石粉由气力喷入炉膛850～1150℃温度区，石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳，氧化钙与烟气中的SO2反应生成亚硫酸钙。由于反应在气固两相之间进行，受到传质过程的影响，反应速度较慢，吸收剂利用率较低。在尾部增湿活化反应器内，增湿水以雾状喷入，与未反应的氧化钙接触生成氢氧化钙，与烟气中的SO2反应。当钙硫比控制在2.5及以上时，系统脱硫率可达65%～80%。
该工艺具有投资小、工艺流程较为简单等优点，但脱硫率相对偏低。
1.4石灰石石膏法烟气脱硫净化工艺
石灰石石膏湿法脱硫工艺采用价谦易得的石灰石作为脱硫吸收剂，石灰石经破碎、磨细成粉状，与水混合搅拌制成吸收浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的SO2与浆液中的碳酸钙以鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除，最终反应产物为石膏。脱硫后的烟气经脱水装置脱水后，直接或经换热器升温后排入烟囱。由于吸收浆的循环利用，脱硫吸收剂的利用率高。
石灰石石膏脱硫工艺技术成熟，脱硫效率在90%以上，但工艺流程复杂、投资高、操作复杂。
1.5四种烟气脱硫净化工艺技术指标比较分析
通过上述分析，目前得到广泛应用并继续发展的4种烟气脱硫工艺技术指标比较分析见表1。
表1 4种脱硫工艺技术指标比较表
CFB－FGD 石灰石石膏法 喷雾干燥法 LIFAC法
技术成熟程度 较成熟 成熟 较成熟 较成熟
工艺难易程度 较简单 较复杂 较简单 较简单
应用单机规模 中小机组 没有限制 多为中小机组 多为中小机组
能达脱硫率 90% 95% 70%－80% 65%～80%
吸收剂种类 石灰石
或消石灰 石灰石/石灰 石灰石
或消石灰 石灰石
废水处理 无废水 多数情况
下不需处理 无废水 无废水
占地面积 小 较大 较小 较小
投资 低 较高 较低 较低
由表1可知，循环流化床烟气脱硫净化工艺具有投资相对较低，脱硫率较高，运行可靠，操作维护方便等优点。
2 循环流化床烟气脱硫净化工艺发展趋势
循环流化床烟气脱硫技术是一种新兴的具有开发前景的烟气脱硫技术，由于具有其它脱硫净化工艺无法比拟的优点，因此是值得进一步开发的脱硫技术。此项技术在国际上已基本成熟，目前正尚试在大型机组上应用。
近年来我国在循环流化床烟气脱硫技术这方面的基础工作已展开，并已取得实质性进展，且开始了循环流化床烟气脱硫技术的工程应用，如南京博环环保有限公司、浙江菲达环保工程有限公司、福建龙净环保股份有限公司等。一些从事能源与环境研究的机构也在积极开展这方面的研究和开发。
3 循环流化床烟气脱硫净化装置应用情况
3.1国内外应用情况
目前国内外已有几十套循环流化床干法脱硫装置在运行，单台最大容量是Wulff公司安装在奥地利Theiss电厂相当于我国270MW机组的脱硫装置，其次是鲁奇公司的相当于200MW机组的脱硫装置。国内广州恒运电厂的200MW机组安装Wulff公司的RCFB－FGD装置，已投入运行；山西华能榆社电厂2台300MW机组安装的烟气循环流化床装置也已投入运行。
3.2 江阴市循环流化床烟气脱硫净化工艺应用情况
目前江阴市已有4热电联产企业家采用循环流化床干法脱硫工艺，根据该4家热电联产企业三同时验收监测报告和监督性监测资料，循环流化床干法脱硫工艺脱硫率最高可达94%，最低也在85%左右，烟气经循环流化床脱硫处理后，SO2可稳定达标排放。
3.3技术经济分析
根据江阴市4家热电联产企业循环流化床烟气脱硫净化工艺工程实际应用，本文以实例对循环流化床烟气脱硫净化工艺与其它作技术经济分析。
（1）工程规模
机组的大小为：2×110t/h，煤消耗量：15.9t/h，煤含硫量：1.0%，排气量：177480m3/h(标准115914m3/h)，SO2生成量：573.53kg/h。
（2）分析结果
技术经济指标来自各公司报价，选取石灰石石膏法及旋转喷雾干法作为方案比较对象，总投资包括从锅炉烟气出口到烟囱入口的所有系统。
技术经济比较分析结果见表2，技术经济分析结果柱状图见图4。
表2 技术经济分析结果（以单台锅炉计，烟气量：标准115914m3/h）
脱硫工艺 CFB-FGD 喷雾干燥 石灰石石膏
总投资（万元） 1404 1840 3158
单位投资（元/kW） 280.8 368 631.6
年运行
费用
（万元） 石灰石 － - 100.8
石灰 163.8 196.6 -
电力 176 194 235.2
工业用水 0.69 0.69 3.23
人员工资 2.4 2.4 4.8
维护管理 114.4 144.4 244.52
小计 457.62 538.02 588.55
脱硫成本［min•(kW•h)］ 2.17 2.56 2.807
图4 技术经济分析柱状图
由表2可知，对于所提的煤种（含硫率为1%），石灰石石膏法的运行费用主要在于能耗，干法工艺的能耗和脱硫剂的费用基本相当。由图4可以看出，无论初投资还是运行费用，CFB－FGD工艺有一定的优势。
综上所述，江阴市热电联产企业由于装机容量小，企业规模小，资金相对短缺，因此选用投资额小、技术成熟、工艺路线简单、运行费用低、操作容易、占地面积小、脱硫效率较高的循环流化床烟气脱硫净化工艺是适宜的，符合2005年5月10日国家发展和改革委员会以及发改环资［2005］57号文《关于加快火电厂烟气脱硫产业化发展的若干意见》中烟气脱硫工艺和选择原则。
4 小结
本文简要介绍了目前四种主要烟气脱硫工艺和循环流化床烟气脱硫技术国内外研究现状，通过分析循环流化床烟气脱硫净化工艺具有投资相对较低，脱硫率较高，运行可靠，操作维护方便等优点。并根据江阴市4家热电联产企业循环流化床烟气脱硫净化工艺工程实际应用，将 CFB－FGD和其它脱硫工艺进行了技术经济比较，通过比较分析，由于CFB－FGD具有投资少、运行费用低、设备简便、技术成熟，因此是适合江阴市热电联产企业的一种烟气净化脱硫技术工艺，对中、小型锅炉的SO2污染治理都是一种较为理想的方法。
编辑：华夏工程部 烟气脱硫
| |
|
| |
