爐內(nèi)噴鈣及尾部增濕(LIFAC)活化脫硫技術(shù)
煤是中國的主要能源,中國的大氣環(huán)境是典型的煤煙型污染,據(jù)統(tǒng)計,中國當(dāng)前大氣污染物中,SO2的87%,粉塵的71%來自煤燃燒。中國的燃煤裝置、尤其是中國量大面廣的中小型工業(yè)鍋爐還無法承受昂貴的煙氣凈化技術(shù)。
當(dāng)前中國廣泛使用的旋風(fēng)、水膜等除塵器對細(xì)微煙塵收集效果很差,煙氣脫硫幾乎還是空白;開發(fā)切實可行、低成本燃煤煙氣凈化技術(shù)裝備,是中國環(huán)保研究開發(fā)的迫切任務(wù)。
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LIFAC(LimestoneInjecyionintoFurnaceandActivationofUnreactedCalcium)煙氣脫硫工藝即鍋爐爐膛內(nèi)噴射石灰石粉,并配合采用鍋爐尾部煙道增活化反應(yīng)器,使CaO通過霧化水進行增濕活化的煙氣脫硫工藝。目前世界許多廠商研究開發(fā)的以石灰石噴射為基礎(chǔ)的干法脫硫工藝中,芬蘭Tampella和IVO公司開發(fā)的這種脫硫工藝最為典型,并于1986年首先投入商業(yè)性運行。
八十年代在技術(shù)不斷發(fā)展和追求降低費用的基礎(chǔ)上,爐內(nèi)噴鈣脫硫作為第三代低成本煙氣脫硫技術(shù)受到重視,芬蘭LIFAC技術(shù),爐內(nèi)噴鈣—尾部水合成套技術(shù),脫硫率可達85%~90%以上;
在原國家科委、機械工業(yè)部和環(huán)保局支持下,哈爾濱電站設(shè)備成套設(shè)計研究所自“六五”以來,持續(xù)開展了噴鈣脫硫成套技術(shù)的環(huán)?萍脊リP(guān)研究,證實該項技術(shù)工藝流程簡單、占地面積小,設(shè)備投資和運行費用低,不僅適用于新建機組,而且特別適用于現(xiàn)有設(shè)備的煙氣脫硫技術(shù)改造;不僅適用于大型電站鍋爐,而且適用于中小型鍋爐,是當(dāng)前最適合中國國情的煙氣脫硫技術(shù)之一。
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哈爾濱電站設(shè)備成套設(shè)計研究所和北京輕工業(yè)學(xué)院、哈爾濱鍋爐廠等單位在協(xié)同攻關(guān)中,全面掌握了噴鈣脫硫成套技術(shù),并正在開發(fā)了濕顆粒層煙氣凈化技術(shù),將增濕水合發(fā)展為過飽和增濕、高效除塵、除濕,增濕水合脫硫和高效除塵結(jié)合為一體,提高了煙氣凈化效果,簡化了系統(tǒng),使該項技術(shù)在中小型燃燒裝置應(yīng)用更為現(xiàn)實,同時也為大機組推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
爐內(nèi)噴鈣加尾部煙氣增濕活化脫硫工藝是在爐內(nèi)噴鈣脫硫工藝的基礎(chǔ)上在鍋爐尾部增設(shè)了增濕段,以提高脫硫效率。該工藝多以石灰石粉為吸收劑,石灰石粉由氣力噴入爐膛850~1150℃溫度區(qū),石灰石受熱分解為氧化鈣和二氧化碳,氧化鈣與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸鈣。由于反應(yīng)在氣固兩相之間進行,受到傳質(zhì)過程的影響,反應(yīng)速度較慢,吸收劑利用率較低。在尾部增濕活化反應(yīng)器內(nèi),增濕水以霧狀噴入,與未反應(yīng)的氧化鈣接觸生成氫氧化鈣進而與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)。當(dāng)鈣硫比控制在2.0~2.5時,系統(tǒng)脫硫率可達到65~80%。由于增濕水的加入使煙氣溫度下降,一般控制出口煙氣溫度高于露點溫度10~15℃,增濕水由于煙溫加熱被迅速蒸發(fā),未反應(yīng)的吸收劑、反應(yīng)產(chǎn)物呈干燥態(tài)隨煙氣排出,被除塵器收集下來。
該脫硫工藝在芬蘭、美國、加拿大、法國等國家得到應(yīng)用,采用這一脫硫技術(shù)的最大單機容量已達30萬千瓦。
經(jīng)過分析研究發(fā)現(xiàn),最初開發(fā)的爐內(nèi)增鈣技術(shù),由于鈣基吸著劑的添加方式有誤,在高于1200℃的煙溫區(qū)域內(nèi),熱解生成的CaO被燒僵,化學(xué)活性很差,所能得到的脫硫率很低(20%以下),不能作為有效的煙氣脫硫技術(shù)。
國內(nèi)外的深入研究表明,在優(yōu)化爐內(nèi)噴鈣條件下,CaCO3熱解生成高活性CaO,雖然難以直接在爐內(nèi)得到很高的脫硫率,但爐內(nèi)未與SO2反應(yīng)的CaO在鍋爐后部噴水增濕、水合為Ca(OH)2,低溫下可再次與SO2反應(yīng),能顯著提高系統(tǒng)脫硫率和鈣基吸著劑利用率。
優(yōu)化爐內(nèi)噴鈣條件,使CaCO3熱解生成具有較高化學(xué)活性的CaO,爐內(nèi)脫硫率能夠有一定程度地提高,達40~50%;若使用特制高效鈣基吸著劑爐內(nèi)脫硫率還可以進一步提高,可達60~70?偟膩砜,爐內(nèi)脫硫率和鈣基吸著劑利用率都不夠高,其技術(shù)經(jīng)濟性能的競爭力不夠強。
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