《CFB脫硫工藝》課件

CFB脫硫工藝主講人：張?jiān)品彘L(zhǎng)沙理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院410076Zhang_yunfeng@CirculatingFluidizedBedFlueGasDesulfurization，簡(jiǎn)稱(chēng)CFB-FGD《CFB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!前言20世紀(jì)70年代初，為治理煉鋁設(shè)備、垃圾焚燒爐等尾氣排放中的HCl、HF等有害氣體，德國(guó)的LLB(LurgiLentjesBischoff)公司研究開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用的煙氣循環(huán)流化床技術(shù)，并得到了廣泛的商業(yè)應(yīng)用。

20世紀(jì)80年代中期，由于環(huán)保法規(guī)和SO2排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，德國(guó)動(dòng)力工業(yè)對(duì)煙氣脫硫設(shè)備有了巨大的需求。為此，LLB公司在原來(lái)用于煉鋁等尾氣處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了適用于電站鍋爐的煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝。

經(jīng)過(guò)20多年深入的研究和商用經(jīng)驗(yàn)的積累，以及對(duì)工藝化學(xué)過(guò)程和工程實(shí)踐理解的深化，煙氣循環(huán)流化床脫硫技術(shù)在最近幾年得到了很大的發(fā)展，不僅技術(shù)成熟可靠，而且投資、運(yùn)行費(fèi)用也大為降低，為濕法工藝的50％～70％。

《CFB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!

目前，煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝已達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用的主要有3種工藝流程：(1)德國(guó)LLB公司開(kāi)發(fā)的煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝，(CFB)；(2)德國(guó)Wulff公司的回流式煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝，(RCFB)；(3)丹麥F.L.Smith公司研究開(kāi)發(fā)的氣體懸浮吸收煙氣脫硫工藝，(GSA)《CFB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!2

工藝系統(tǒng)及流程

無(wú)論是LLB公司的CFB工藝、Wulff公司的RCFB工藝，還是F.L.Smith公司的GSA工藝，它們的工作原理基本相似。工藝系統(tǒng)主要由吸收劑制備、吸收塔、物料再循環(huán)、煙氣及除塵器、副產(chǎn)品處置和儀表控制6個(gè)系統(tǒng)組成。工藝流程圖1《CFB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!RCFB工藝特點(diǎn)與CFB工藝相比，RCFB工藝主要在反應(yīng)塔的流場(chǎng)設(shè)計(jì)和塔頂結(jié)構(gòu)上作了較大的改進(jìn)，其主要特點(diǎn)是：(1)反應(yīng)塔內(nèi)增加了擾流板和塔頂物料回流裝置，強(qiáng)化了內(nèi)循環(huán)，取消了預(yù)除塵器；(2)吸收劑以干態(tài)的消石灰粉或石灰漿液從反應(yīng)塔底部噴入，屬干法或半干法脫硫工藝；(3)反應(yīng)塔擴(kuò)散段上安裝了若干個(gè)回流式壓力水噴嘴，使吸收劑顆粒與水霧接觸更均勻更充分；(4)煙氣在塔內(nèi)的停留時(shí)間長(zhǎng)(4s以上)。《CFB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!GSA工藝特點(diǎn)

GSA工藝的工藝流程見(jiàn)圖3。其主要特點(diǎn)是：(1)

吸收劑以石灰漿液的形式從反應(yīng)塔底部的中心噴入，屬半干法脫硫工藝；(2)

采用高位布置的旋風(fēng)分離器作為預(yù)除塵器；(3)可在較低的趨近絕熱飽和溫度(ΔT=3～6℃)下運(yùn)行?！禖FB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!由于脫硫劑在反應(yīng)器內(nèi)滯留時(shí)間長(zhǎng)，因此使得脫硫效果和吸收劑的利用率大大提高。另外，工業(yè)水用噴嘴噴入反應(yīng)器下部，以增加煙氣濕度降低煙溫，從而提高了脫硫效率。循環(huán)流化床煙氣脫硫系統(tǒng)主要包括給料系統(tǒng)、反應(yīng)器系統(tǒng)、物料循環(huán)系統(tǒng)、噴水系統(tǒng)、旁路煙道。

《CFB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!焦作電廠CFB脫硫工藝《CFB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!除塵系統(tǒng)《CFB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!1）磨損小，設(shè)備使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)量小。

2)

脫硫效率高、運(yùn)行費(fèi)用低。

3)

加入吸收塔的消石灰和水是相對(duì)獨(dú)立的，沒(méi)有噴漿系統(tǒng)及漿液噴嘴，便于控制消石灰用量及噴水量，容易控制操作溫度。

4)

單塔處理能力大。

5)

負(fù)荷適應(yīng)性好。

6)

無(wú)須防腐。煙氣溫度高于露點(diǎn)20℃左右，因此吸收塔及其下游設(shè)備不會(huì)產(chǎn)生粘結(jié)、堵塞、腐蝕。

7)

良好的操作彈性。

8)

脫硫劑利用率高、脫硫副產(chǎn)物排放少；脫硫副產(chǎn)物流動(dòng)性好，易于處理。

《CFB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!5

系統(tǒng)布置

在場(chǎng)地緊缺的現(xiàn)有機(jī)組和新建機(jī)組建設(shè)脫硫工程時(shí)，煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝是可供選用的、有效的脫硫方案之一。其主要原因是該工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備布置緊湊、且可利用現(xiàn)有的設(shè)備如煙囪、除塵器等，占用場(chǎng)地僅為濕法工藝的30%～40%。

采用煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝的脫硫系統(tǒng)在電廠的布置方式主要有5種：

(1)反應(yīng)塔布置在鍋爐和鍋爐/脫硫除塵器之間(指捕集鍋爐原煙氣中的煙塵，同時(shí)又捕集脫硫副產(chǎn)物)。采用這種方式時(shí)，必須新建鍋爐引風(fēng)機(jī)或改造現(xiàn)有的鍋爐引風(fēng)機(jī)。

(2)反應(yīng)塔布置在電廠原有的鍋爐除塵器的上游，在鍋爐和原有鍋爐除塵器之間。原有鍋爐除塵器在必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行改造，并新建鍋爐引風(fēng)機(jī)或改造現(xiàn)有的鍋爐引風(fēng)機(jī)。

《CFB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!6技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

(1)脫硫效率高：在鈣硫比為1.1～1.5時(shí)，脫硫效率可達(dá)90%以上，是目前各種干法、半干法煙氣脫硫工藝中最高的，可與濕法工藝相媲美；

(2)工程投資費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用和脫硫成本較低，為濕法工藝的50%～70%。

(3)工藝流程簡(jiǎn)單，系統(tǒng)設(shè)備少，為濕法工藝的40%～50%，且轉(zhuǎn)動(dòng)部件少，從而提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了維護(hù)和檢修費(fèi)用；

(4)占地面積小，為濕法工藝的30%～40%，且系統(tǒng)布置靈活，非常適合現(xiàn)有機(jī)組的改造和場(chǎng)地緊缺的新建機(jī)組。

(5)能源消耗低，如電耗、水耗等，為濕法工藝的30%～50%。

(6)能有效脫除SO3、氯化物和氟化物等有害氣體，其脫除效率遠(yuǎn)高于濕法工藝，達(dá)90%～99%，因而對(duì)反應(yīng)塔及其下游的煙道、煙囪等設(shè)備的腐蝕性較小，可不采用煙氣再熱器，對(duì)現(xiàn)有的煙囪可不進(jìn)行防腐處理，直接使用干煙囪排放脫硫煙氣。

《CFB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!7

存在的缺點(diǎn)和有待解決的問(wèn)題

(1)采用高品位的石灰作為吸收劑。由于發(fā)達(dá)國(guó)家石灰工業(yè)發(fā)達(dá)，易得到高質(zhì)量的商品石灰，因此以石灰作為吸收劑不會(huì)有任何供應(yīng)上的問(wèn)題。但我國(guó)石灰的供應(yīng)尚存在品位低、質(zhì)量不穩(wěn)定、供應(yīng)量不足、供應(yīng)源分布不均、價(jià)格過(guò)高等缺陷。

另外，石灰對(duì)人體有一定的危害，因此采用石灰作為吸收劑必須保證系統(tǒng)有良好的密封性和安全措施，否則會(huì)給電廠的安全文明生產(chǎn)和工業(yè)衛(wèi)生達(dá)標(biāo)帶來(lái)困難。

(2)脫硫副產(chǎn)品的綜合利用。本工藝的脫硫副產(chǎn)品中含有一定量的亞硫酸鈣。亞硫酸鈣的化學(xué)性能不穩(wěn)定，在自然環(huán)境下會(huì)逐漸氧化為硫酸鈣，同時(shí)體積會(huì)增大，將有可能影響原粉煤灰的綜合利用。如要保持原粉煤灰的綜合利用，則脫硫系統(tǒng)必須布置在鍋爐除塵器之后，且必須增設(shè)用于捕集脫硫副產(chǎn)品的脫硫除塵器。

《CFB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!8經(jīng)濟(jì)性分析表1

4種脫硫工藝經(jīng)濟(jì)比較的基本參數(shù)項(xiàng)

目

CFB

RCFB

GSA

濕法拋棄機(jī)組容量/MW

100

100

100

100處理煙氣量萬(wàn)/Nm3·h-1

45

45

45

45燃煤硫分/%

3

3

3

3鈣硫比

≤1.30

≤1.30

≤1.20

≤1.05脫硫效率/%

90

90

90

90反應(yīng)塔出口溫度/℃

70～75

70～75

70

70～75循環(huán)灰量/kg·Nm-3

1

1

1

/電耗/(kW·h)·h-1

480

450

540

1550水耗/t·h-1

20

20

29

45吸收劑消耗/kg·h-1

3452

3452

3186

4696設(shè)計(jì)壽命/a

20

20

20

20年運(yùn)行時(shí)間/h

6500

6500

6500

6500以新建100MW燃煤機(jī)組、脫硫設(shè)備全部考慮進(jìn)口為基礎(chǔ)，對(duì)CFB、RCFB和GSA3種煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝與石灰石石膏濕法拋棄工藝的經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)表1?！禖FB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!由表2可見(jiàn)，煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝的工程投資和脫除SO2的成本均為濕法拋棄工藝的60%～70%?！禖FB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!

RCFB工藝1—鍋爐；2—鍋爐除塵器；3—消石灰倉(cāng)；4—反應(yīng)塔；5—石灰漿槽；6—增濕水箱；7—脫硫除塵器；8—中間灰倉(cāng)；9—集灰?guī)欤?0—煙囪《CFB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!GSA工藝《CFB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!3CFB工藝原理循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)，在空氣預(yù)熱器和除塵器之間安裝循環(huán)流化床系統(tǒng)，鍋爐排出的未經(jīng)除塵或經(jīng)除塵后的煙氣從脫硫塔底部布風(fēng)板進(jìn)入，脫硫塔下部為一文丘利管，煙氣在喉部得到加速，在漸擴(kuò)段與加入的消石灰粉和噴入的霧化水劇烈混合，SO2、SO3及其它有害氣體，如HCl、HF等與消石灰發(fā)生反應(yīng)，生成CaSO3·1/2H2O、CaSO4·1/2H2O和CaCO3等。反應(yīng)器內(nèi)的脫硫劑呈懸浮的流化狀態(tài)，反應(yīng)表面積大，傳熱/傳質(zhì)條件很多，且顆粒之間不斷碰撞、反應(yīng)。隨后夾帶著大量粉塵的煙氣進(jìn)入除塵器中，被除塵器收集下來(lái)的固體顆粒大部分又返回流化床反應(yīng)器中，繼續(xù)參加脫硫反應(yīng)過(guò)程，同時(shí)循環(huán)量可以根據(jù)負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)。《CFB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!4典型工藝特點(diǎn)(1)吸收劑以干態(tài)的消石灰粉從反應(yīng)塔上游的入口煙道噴入，屬干法脫硫工藝；(2)采用獨(dú)立的煙氣增濕系統(tǒng)，亦即增濕水量?jī)H與反應(yīng)塔出口的煙氣溫度有關(guān)，而與煙氣中的SO2濃度、吸收劑的噴入量等無(wú)關(guān)；(3)采用部分凈化煙氣再循環(huán)的方式來(lái)提高系統(tǒng)低負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行可靠性和反應(yīng)塔床料的穩(wěn)定性；(4)采用機(jī)械式預(yù)除塵器?！禖FB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!吸收塔噴水系統(tǒng)《CFB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!壓縮空氣系統(tǒng)《CFB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!影響系統(tǒng)脫硫效率的主要因素有床料循環(huán)倍率、流化床床料濃度、煙氣在脫硫塔和旋風(fēng)分離器中停留時(shí)間、鈣硫摩爾比及脫硫塔內(nèi)操作溫度。隨床料循環(huán)倍率增大，脫硫效率增加；脫硫效率隨著脫硫塔內(nèi)物料濃度的增加而增大，塔內(nèi)的物料濃度維持在5～10kg/m3為宜；脫硫效率隨煙氣在脫硫塔和旋風(fēng)分離器中停留時(shí)間增加而增大；鈣硫比增大，脫硫效率增大；脫硫塔內(nèi)操作溫度與煙氣露點(diǎn)越接近，脫硫效率越高。《CFB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!

(3)反應(yīng)塔布置在鍋爐除塵器(指捕集鍋爐原煙氣中煙塵的除塵器)和新建的脫硫除塵器之間，并在反應(yīng)塔前增加脫硫風(fēng)機(jī)；

(4)反應(yīng)塔和新建的脫硫除塵器(指捕集脫硫副產(chǎn)物專(zhuān)用的除塵器)均布置在煙囪之后，并在新建的脫硫除塵器后增加脫硫風(fēng)機(jī)。

(5)反應(yīng)塔和新建的脫硫除塵器均布置在鍋爐房的頂部，并在新建的脫硫除塵器后增加脫硫風(fēng)機(jī)《CFB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!

(7)對(duì)鍋爐負(fù)荷變化的適用性強(qiáng)，負(fù)荷跟蹤特性好，啟停方便，可在30％負(fù)荷時(shí)投用，對(duì)基本負(fù)荷和調(diào)峰機(jī)組均有很好的適用性。

(8)對(duì)燃煤硫分的適應(yīng)性強(qiáng)，可用于0.3%～6.5%的燃煤硫分。且應(yīng)用于中低硫煤時(shí)(＜2%)，其經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于濕法工藝。

(9)無(wú)脫硫廢水排放，且脫硫副產(chǎn)品呈干態(tài)，不會(huì)造成二次污染，對(duì)綜合利用和處置堆放有利。

(10)脫硫后煙塵既可用靜電除塵器，也可用布袋除塵器捕集。

(11)已有10多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，工藝已成熟、可靠，且最大配套機(jī)組容量已達(dá)300MW。

(12)在脫硫吸收劑中加入少量的鐵基催化劑，可脫除60%～90%氮氧化物，具有脫硫脫氮一體化的發(fā)展?jié)摿Α禖FB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)脫硫副產(chǎn)品的綜合利用已積累了不少經(jīng)驗(yàn)，新的利用途徑也正在開(kāi)發(fā)之中。

(3)系統(tǒng)的壓力降較大(1500～2500Pa)。一般現(xiàn)有電廠引風(fēng)機(jī)的壓頭裕量難以克服如此大的壓降，需要增加新的脫硫風(fēng)機(jī)。高的壓力損失還將使得運(yùn)行費(fèi)用有所增加。

(4)反應(yīng)塔的壓力降波動(dòng)較大。由于反應(yīng)塔內(nèi)大量物料不斷地湍動(dòng)，因此反應(yīng)塔的壓力降有較大波動(dòng)，對(duì)鍋爐爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定性有一定影響。如將脫硫增壓風(fēng)機(jī)設(shè)置在脫硫系統(tǒng)上游，可適當(dāng)減小影響《CFB脫硫工藝》課件共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)!項(xiàng)

目

CFB

WCFB

GSA

濕法拋棄工程總投資/萬(wàn)元

3500

3400

3800

5802單位容量投資/元·(kWh)-1

350

340

380

580.2年運(yùn)行費(fèi)用/萬(wàn)元

1079

1039

1098

1766壽命期內(nèi)脫除SO2的成本/元·t-1

714.9

688.4

727.5

1170.1脫硫增加電價(jià)/元·(kWh)-1

0.0083

0.0