摘 要：評(píng)述近年來(lái)國(guó)內(nèi)外發(fā)展的強(qiáng)化脫硫新工藝、新技術(shù)的原理及研究現(xiàn)狀，對(duì)強(qiáng)化脫硫研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，指出當(dāng)前面臨的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐,強(qiáng)化脫硫,脫硫效率

1 引 言

循環(huán)流化床燃燒技術(shù)具有分級(jí)燃燒有效降低NOx 排放、低成本脫硫、煤種適應(yīng)性強(qiáng)、灰渣易于綜合利用、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大、燃燒穩(wěn)定等特點(diǎn)[1]。由于以上優(yōu)勢(shì)，循環(huán)流化床燃燒技術(shù)成為商業(yè)化程度最好的清潔煤燃燒技術(shù)之一。特別對(duì)于燃用高灰、低揮發(fā)分煤之類其它燃燒設(shè)備難以適應(yīng)的劣質(zhì)燃料的情況或低負(fù)荷要求較高，負(fù)荷變化頻繁的調(diào)峰電廠及負(fù)荷波動(dòng)較大的自備電站，循環(huán)流化床是最佳選擇。

在大型循環(huán)流化床鍋爐得到快速發(fā)展的同時(shí)，對(duì)含硫燃料燃燒的SO2 排放要求也越來(lái)越高。循環(huán)流化床燃燒技術(shù)雖然具有較高的爐內(nèi)脫硫效率，但要達(dá)到高的脫硫效率則需要較高的Ca/S 摩爾比(2.5 左右)，而且當(dāng)燃用高硫燃料時(shí)，往往需要更高的Ca/S 摩爾比，有時(shí)即使增加Ca/S 摩爾比也難以達(dá)到要求的排放標(biāo)準(zhǔn)；另一方面，隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)問(wèn)題的日益重視，各國(guó)對(duì)SO2 排放的控制也更加嚴(yán)格。這種現(xiàn)狀要求循環(huán)流化床燃燒技術(shù)具有更高的脫硫效率以及低脫硫劑耗量，這也是目前循環(huán)流化床燃燒技術(shù)發(fā)展方向之一。目前已有較多的研究機(jī)構(gòu)或公司致力于此，主要的研究工作集中在流化床鍋爐后增加煙氣二級(jí)脫硫裝置以進(jìn)一步提高脫硫效率，對(duì)脫硫灰/渣增濕活化以提高脫硫劑利用率，或者通過(guò)脫硫劑改性、改變石灰石投加方法等達(dá)到脫硫劑高效低耗利用的目的。本文綜述了循環(huán)流化床燃燒技術(shù)開(kāi)發(fā)強(qiáng)化脫硫技術(shù)研究現(xiàn)狀，以期對(duì)今后的研究有所助益。

2 循環(huán)流化床強(qiáng)化脫硫技術(shù)

2.1 爐內(nèi)脫硫與尾部脫硫組合強(qiáng)化脫硫技術(shù)

循環(huán)流化床的燃燒溫度為850～900 ℃，投入爐內(nèi)的石灰石快速分解為CaO，與燃料中析出的SO2反應(yīng)生成CaSO4，粗顆粒被分離器分離后回送到爐膛繼續(xù)參加反應(yīng)，細(xì)顆粒經(jīng)過(guò)煙道后被除塵器捕集。煙道煙氣所含的顆粒和經(jīng)過(guò)除塵器捕集的飛灰中含有未被反應(yīng)的CaO。循環(huán)流化床組合強(qiáng)化脫硫技術(shù)就是在爐內(nèi)加脫硫劑脫硫的同時(shí)，增加尾部煙氣脫硫裝置以利用了爐內(nèi)脫硫未被利用的CaO，提高脫硫效率的同時(shí)提高了脫硫劑的利用率。

Alstom 公司開(kāi)發(fā)了循環(huán)流化床和干法脫硫技術(shù)相結(jié)合的NID 脫硫工藝[2]，如圖所示。從循環(huán)流化床鍋爐的空氣預(yù)熱器出來(lái)的煙氣，經(jīng)反應(yīng)器底部進(jìn)入反應(yīng)器，與混合增濕器中送入的吸收劑發(fā)生反應(yīng)。在降溫和增濕的條件下，在反應(yīng)器中煙氣中SO2 和吸收劑反應(yīng)生成亞硫酸鈣和硫酸鈣。

NID 工藝的優(yōu)點(diǎn)一是設(shè)備簡(jiǎn)單，不需要高速度的旋轉(zhuǎn)噴霧器，也不需要液體和壓縮空氣的兩相流噴嘴；二是NID 工藝所需的電耗低于傳統(tǒng)干法氣體凈化系統(tǒng)相應(yīng)設(shè)備所需的電耗，而且工藝用水不是添加到排氣中，而是添加到混合器中，不存在灰漿處理問(wèn)題。另外高循環(huán)率保證系統(tǒng)中僅處理干的循環(huán)灰，沒(méi)有濕的漿液與設(shè)備表面接觸，氣路中沒(méi)有結(jié)垢。該工藝的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)過(guò)脫硫系統(tǒng)的煙氣溫度不需再加熱，可直接經(jīng)現(xiàn)有煙囪排放。

2.2 流化床灰/渣活化后高溫脫硫的研究

研究表明，流化床灰/渣活化反應(yīng)后重新送回爐內(nèi)，在爐內(nèi)高溫條件下也能表現(xiàn)出較高的脫硫反應(yīng)活性，從而降低了石灰石用量。主要原理是利用CaO 反應(yīng)生成的Ca(OH)2，在高溫脫水反應(yīng)后可使顆粒內(nèi)部的CaO 暴露出來(lái)，同時(shí)還會(huì)有利于進(jìn)一步形成高溫脫硫反應(yīng)的孔隙結(jié)構(gòu)。T. Khan 等人[3]同樣研究得到脫硫灰水合可以進(jìn)一步提高鈣基的利用率。原因是一方面灰中CaO 與水反應(yīng)生成摩爾體積大的多的Ca(OH)2 而發(fā)生膨脹破裂，使產(chǎn)物層包裹的未反應(yīng)的CaO 暴露出來(lái)，參與脫硫反應(yīng)；另一方面是水合飛灰投入鍋爐后 Ca(OH)2 脫水反應(yīng)形成多孔隙結(jié)構(gòu)也有利于進(jìn)一步利用 CaO。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明水合反應(yīng)提高了飛灰的脫硫反應(yīng)活性，并且水合溫度和水合反應(yīng)時(shí)間是影響水合反應(yīng)效果的主要因素。

J. Anthony 等人[4]研究了FBC 爐渣中CaO 再利用的方法。他們認(rèn)為爐渣水合生成的鋁硫酸鹽以及爐內(nèi)燃燒反應(yīng)生成的鈣鋁酸鹽、硅酸鹽、鐵酸鹽等成分的存在，爐渣重新投入爐內(nèi)可以提高CaO 脫硫反應(yīng)的活性，并且脫硫性能高于原有的石灰石。

目前的研究均證明飛灰和爐渣水合可以提高鈣的利用率，但是活化方法沒(méi)有從根本上改變灰渣的粒度分布和結(jié)構(gòu)，活化后在流化床內(nèi)停留時(shí)間增加不多，對(duì)鈣利用率的提高有一定的限制。另外如果活化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)影響活化工藝與鍋爐系統(tǒng)的連續(xù)性。

2.3 石灰石改性提高活性

對(duì)石灰石進(jìn)行改性可以改良脫硫性能。Paolo[5]發(fā)現(xiàn)在 850 ℃時(shí)，用2%濃度的NaCl 溶液浸泡過(guò)的石灰石可比處理前脫硫率提高了近8%，認(rèn)為Na 離子可以使鍛燒生成的 CaO 具有更大的比表面積和更多的內(nèi)外空隙，且Na 離子具有催化作用加速固硫反應(yīng)。

國(guó)內(nèi)也有關(guān)于添加劑對(duì)氧化鈣脫硫性能改性的研究。清華大學(xué)熱能研究所的楊立寨等人[6]運(yùn)用小型熱態(tài)流化床，在 700 ℃溫度下對(duì)石灰與氧化鐵混合物的中溫?zé)煔饷摿蚍磻?yīng)特性進(jìn)行了測(cè)定。研究表明，在石灰中摻入一定比例的氧化鐵可以顯著提高鈣利用率，氧化鈣晶體以氧化鐵為核心進(jìn)行固硫反應(yīng)，破壞了形成致密產(chǎn)物層的條件，改變了石灰表層孔隙結(jié)構(gòu)，使更多的內(nèi)部孔隙暴露，為固硫反應(yīng)向縱深發(fā)展創(chuàng)造了條件。

若將石灰石改性的方法應(yīng)用到實(shí)際的工藝中，要考慮操作上是否便利以及所需的費(fèi)用是否在可行范圍之內(nèi)，而且目前較多的研究還處于實(shí)驗(yàn)室階段，還未見(jiàn)石灰石改性工業(yè)應(yīng)用方面的報(bào)道。

2.4 改變石灰石投加方式以提高脫硫效率

孫立強(qiáng)等人[7]通過(guò)改進(jìn)投加方式提高脫硫劑固硫率。該技術(shù)是在流化床試驗(yàn)臺(tái)上將石灰石均勻混入煤泥給料，可達(dá)到80%左右的脫硫效率，而采用常規(guī)技術(shù)，即煤泥和石灰石分別給料，固硫效率僅為70%左右。由于經(jīng)過(guò)石灰石和煤泥的一次攪拌和入爐輸送過(guò)程的二次攪拌，石灰石和煤泥充分混合，充分利用煤泥入爐干燥凝聚結(jié)團(tuán)的特性，使入爐內(nèi)的燃料形成均勻分布固硫劑的煤泥凝聚團(tuán)，然后在鍋爐內(nèi)進(jìn)行流化燃燒實(shí)現(xiàn)固硫的目的。采用此方法可利用較小顆粒的固硫劑（0.2 mm 石灰石）以提高固硫劑的利用率，同時(shí)又由于凝聚結(jié)團(tuán)作用使固硫劑在爐內(nèi)停留時(shí)間大大延長(zhǎng)，使固硫劑和二氧化硫能夠充分反應(yīng)，從而達(dá)到高效固硫的目的。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資低、固硫成本低，比傳統(tǒng)的爐前分別給料固硫效率明顯提高。

3 結(jié) 論

燃燒過(guò)程對(duì)大氣造成的污染正日益引起人們的關(guān)注，控制SO2 的排放是當(dāng)今電站煤燃燒利用研究中亟需解決的課題。隨著我國(guó)對(duì)SO2 污染的重視和相關(guān)法律的出臺(tái)及實(shí)施，發(fā)展循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)的高效、低脫硫劑耗量的強(qiáng)化脫硫技術(shù)不僅有助于工程決策與設(shè)計(jì)，而且對(duì)今后的SO2 污染監(jiān)控與防治工作具有積極的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 林永明. 循環(huán)流化床燃燒脫硫機(jī)理和技術(shù)(2)[J]. 廣西電力技術(shù), 1998, (3): 58～30.

[2] 葛介龍, 王新龍. NID脫硫工藝在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用研究[J]. 電力環(huán)境保護(hù), 2002, 18(1): 10～12.

[3] Khan T, Lee Y Y. Improving limestone utilization circulation fluidized bed combustors through the reactivation and recycle of partially utilized limestone in the ash [A]. New York: ASME, 1995: 831～840.

[4] Anthny E J, I A Irbarne, J V Jia L. Reuse of landfilled FBC residues [J]. Fuel, 1997, 76(7): 603～606.

[5] Paolo D, G. D Paolo G, et al. An investigation of the influence of sodium chloride in the desulphurization process of limestone [J]. Fuel, 1992, 71: 831～834.

[6] 楊立寨, 祁海鷹, 由長(zhǎng)福, 等. 氧化鐵對(duì)提高石灰中溫?zé)煔饷摿蚧罨瘷C(jī)理的流化床實(shí)驗(yàn)分析[J]. 工程熱物理學(xué)報(bào), 2003, 24(2): 357～ 359.

[7] 孫立強(qiáng), 李樹(shù)華, 等. 煤泥循環(huán)流化床固硫新技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用[J]. 潔凈煤技術(shù), 2004, 10(2): 42～46.

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