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????? 干法脫硫工藝技術分析

????? 干法脫硫工藝技術分析饒?zhí)K波1 ，胡　敏2 （1.廣東省粵電集團有限公司，
廣東廣州 510630 ；2.沙角C 電廠，廣東東莞523908）

????? 摘　要：火電廠排放的二氧化硫形成的酸雨已嚴重危害人類的生存環(huán)境，
國家強制要求火電廠必須安裝煙氣脫硫裝置。但是，受技術和經(jīng)濟等條件的限制，
必須發(fā)展脫硫率高、系統(tǒng)可利用率高、流程簡化、系統(tǒng)電耗低、投資和運行費用
低的脫硫技術和工藝。在這種形勢下，干法脫硫工藝應運而生。為此，結合國內(nèi)
外目前比較成熟、大型商業(yè)化運行的幾種干法、半干法脫硫工藝，分析了干法、
半干法脫硫工藝在大型化發(fā)展、控制調(diào)節(jié)、預除塵器和脫硫除塵器設置的技術要
點，最后指出干法脫硫工藝具有廣闊的應用前景。關鍵詞：煙氣脫硫；干法脫
硫工藝；技術要點；前景

????? Technical analysis of dry flue gas desulphurization methods RAO
Subo1 ，HU Min2 （1.Guangdong Yudean Group Co.， Ltd. ， Guangzhou 510630，
China ；2.Shajiao C Power Plant ， Dongguan ， Guangdong 523908 ， China）

????? Abstract： The acid rain caused by SO2 emission from thermal power
plants has seriously impacted humans living environment ， and the installation
of flue gas desulphurization（FGD ） apparatus has been enforced upon
thermal power plants in China. Owing to technoeconomic reasons， however，
those FGD techniques featuring high efficiency and availability ， simplified
procedures and low power consumption，investments and costs have to be
developed ， and dry FGD methods arise as a result. This paper describes
several dry and semidry FGD methods that are relatively mature and commercially
operating on a large scale at home and abroad ， and analyzes their technical
essentials with respect to macroscale operation ， operation control
and the configuration of the prededuster and the FGD deduster. The broad
application prospects of dry FGD methods are indicated finally. Key
words ： FGD； dry FGD； technical essentials ； prospect

????? 1 煙氣脫硫技術的發(fā)展和現(xiàn)狀世界上煙氣脫硫技術的發(fā)展經(jīng)歷了以下3 個
階段：a ） 20 世紀70年代，以石灰石濕法為代表第一代煙氣脫硫。b ） 20
世紀80年代，以干法、半干法為代表的第二代煙氣脫硫。主要有噴霧干燥法、爐
內(nèi)噴鈣加爐后增濕活化（LIFAC ）、煙氣循環(huán)流化床（CFB ）、循環(huán)半干法脫硫
工藝（NID ）等。這些脫硫技術基本上都采用鈣基吸收劑，如石灰或消石灰等。
隨著對工藝的不斷改良和發(fā)展，設備可靠性提高，系統(tǒng)可用率達到97% ，脫硫率
一般為70% ～95% ，適合燃用中低硫煤的中小型鍋爐c ） 20 世紀90年代，以濕
法、半干法和干法脫硫工藝同步發(fā)展的第三代煙氣脫硫。由于技術和經(jīng)濟上的
原因，一些煙氣脫硫工藝已被淘汰，而主流工藝，如石灰石- 石膏濕法、煙氣循
環(huán)流化床、爐內(nèi)噴鈣加爐后增濕活化、噴霧干燥法、氣體懸浮吸收脫硫工藝（GSA
）以及改進后的NID卻得到了進一步的發(fā)展，并趨于成熟。這些煙氣脫硫工藝的優(yōu)
點是：脫硫率高（可達95% 以上）；系統(tǒng)可利用率高；工藝流程簡化；系統(tǒng)電耗
低；投資和運行費用低。從20世紀90年代開始，中國先后從國外引進了各種類型
的脫硫技術，建成了6 個示范工程項目，涉及濕法、半干法和干法煙氣脫硫技術，
見表1.本文根據(jù)幾種干法、半干法脫硫工藝的基本原理，對干法工藝的幾個重
要方面進行分析。2 脫硫塔大型化的要點2.1 盡量使用單塔脫硫隨著機組容量
的增大，脫硫塔的直徑也隨著增大。在能使用單塔的情況下，盡量不要使用雙塔
和多塔，因為單一吸收塔技術提高了系統(tǒng)的可靠性和脫硫率，而且初期投資費可
降低30% ～50%.脫硫副產(chǎn)品回收利用的研究開發(fā)，也拓寬了其商業(yè)應用的途徑。
2.2 脫硫塔大型化的主要問題脫硫塔大型化最主要的問題是要保證塔內(nèi)流場中
溫度的均勻性和調(diào)節(jié)的靈敏性。　　a ）塔內(nèi)流場中溫度均勻性的要求在塔的
高度方向的各個斷面上，各點的溫度趨于一致，不能有高、低溫差異太大的情況
出現(xiàn)。因為高溫處的SO2 吸收反應效果較差，高溫時吸收劑的活性較小，反應溫
度與煙氣露點溫度的差值較大（AST ），反應率就低；而低溫處，尤其出現(xiàn)低于
露點溫度，即AST ＜0 時，容易出現(xiàn)局部的結露、粘連和筒壁腐蝕，這就是為什
么有些脫硫工藝需要在反應塔內(nèi)加裝內(nèi)襯的原因，其實，這種情況的危害性較大，
反應塔可以通過內(nèi)襯防腐，但煙氣下游的設備和煙氣管道卻難以防腐，且花費較
大。

????? b ）脫硫塔調(diào)節(jié)的靈敏性要求隨著負荷、工況的變化，各參數(shù)的負荷應變
時間短，較少滯后，使脫硫效率隨著工況的變化而變化，從而保證各種工況下脫
硫率穩(wěn)定。2.3 循環(huán)流化床煙氣脫硫塔為保證脫硫反應塔溫度的均勻性和調(diào)
節(jié)靈敏性，要求塔內(nèi)有良好的傳質(zhì)特性。物料的傳質(zhì)往往比傳熱更重要，而且能
更快達到更好的效果，單純的傳熱速度較慢，而且熱力場有熱力梯度，很難使各
點的溫度在短時間內(nèi)很均勻，利用循環(huán)流化床的原理而設計的脫硫塔，在這一方
面比較能夠達到這一要求，它使反應塔內(nèi)的傳熱傳質(zhì)非常強烈。2.3.1 循環(huán)流
化床脫硫塔的特點根據(jù)循環(huán)流化床原理而設計制造的脫硫反應塔，其煙氣進入
反應塔底部時，塔內(nèi)文丘里的加速，將噴入塔內(nèi)的吸收劑和循環(huán)回流的物料吹起，
形成沸騰床體，氣體和物料無論處于流化床的過渡段還是穩(wěn)定段，都處于強烈的
紊流狀態(tài)，物料之間的碰撞、摩擦、反應、傳熱等物理化學過程非常強烈，任何
工況變化所引起的波動都會在這個強烈的傳熱傳質(zhì)狀態(tài)下迅速達到新的平衡。這
樣，布置在塔頂?shù)臏囟葴y點產(chǎn)生假信號或幾個測點的溫度信號不一致而使控制系
統(tǒng)無法及時進行各種物料的調(diào)節(jié)的可能性大為減少，同時也使脫硫設備出現(xiàn)低溫、
結露、腐蝕的概率大為減少。

????? 2.3.2 回流式循環(huán)流化床煙氣脫硫塔的特點尤其是德國WULFF 公司的回流
式煙氣循環(huán)流化床（RCFB），其獨特的流場和塔頂結構設計，在RCFB吸收塔中，
煙氣和吸收劑顆粒的向上運動中會有一部分因回流（Reflux）而從塔頂向下返回
塔中。這股向下的回流固體與煙氣的方向相反，而且，它是一股很強的內(nèi)部湍流，
從而增強了煙氣與吸收劑的接觸時間。實際上可以認為這是一種與外部再循環(huán)相
似的內(nèi)部再循環(huán)。在內(nèi)部再循環(huán)的作用下，RCFB工藝的脫硫效率得到了優(yōu)化。也
許很多脫硫工藝都很難避免腐蝕情況的出現(xiàn)，但這種概率和趨向則可以把握。
2.4 脫硫塔內(nèi)煙氣濕度的控制溫度的控制，實質(zhì)上是對煙氣濕度的控制。脫硫工
藝中，煙氣的濕度對脫硫效率的影響很大。例如爐內(nèi)噴鈣尾部增濕工藝，其爐內(nèi)
噴鈣脫硫效率為25% ～35% ，尾部增濕效率為40% ～50% ，總效率為75% 左右，
這說明了煙氣濕度對脫硫效率的影響。在相對濕度為40% ～50% 時，消石灰活性
增強，能夠非常有效地吸收SO2 ，煙氣的相對濕度是利用向爐內(nèi)給煙氣噴水的方
法來提高。半干法煙氣脫硫工藝中，水和石灰以漿液的狀態(tài)注入煙氣，漿液中固
態(tài)物的質(zhì)量分數(shù)為35% ～50% ，而干法脫硫工藝，如RCFB和NID ，加入的水量相
同，但水分布在粉料微粒的表面，用于蒸發(fā)的表面積很大。煙氣濕度的提高，可
以使煙氣脫硫操作溫度接近或高于露點溫度10～20℃（實踐中，這一溫度范圍為
65～75℃），激活消石灰吸收SO2.SO2 是煙氣中反應較慢的成分，保持床溫接近
露點溫度（即較高的相對濕度），可以保持微粒表面的濕膜有較長的停留時間，
促進SO2 和Ca2 化學成分之間的反應，使吸收的程度和石灰的利用率達到最佳。
SO3 和鹵化酸類（HCl 、HF等）的酸性比SO2 強，所以SO3 ，HCL ，HF成分在裝
置中的去除率達99% ，因其活性強，幾乎能全部與SO2 同時被吸收，適量的鹵化
酸類因鈣的吸濕性、因霧滴在濕潤環(huán)境中的干燥時間較長，有助脫除SO2 ，這也
是采用接近露點溫度的另一好處。3 干法脫硫工藝的運行調(diào)節(jié)干法脫硫工藝的
系統(tǒng)控制和調(diào)節(jié)主要取以下3 個信號，用以前饋或反饋到各個調(diào)節(jié)回路，相互配
合，達到脫硫的最佳工況條件，保證脫硫的效果。

????? 3.1 控制好脫硫塔內(nèi)的溫度及高度重視塔內(nèi)的加水方式a ）監(jiān)測脫硫塔內(nèi)
的溫度，以此來調(diào)節(jié)噴水系統(tǒng)的開度和噴水量的大小，保持適當?shù)腁ST 值，使床
溫在各種負荷和工況條件下，煙氣的酸露點溫度始終保持在較高處，這樣，吸收
劑的活性最佳，能夠較好地捕捉SO2 ，并發(fā)生化學反應，提高脫硫率。

????? 在大型化商業(yè)運行的脫硫塔中，溫度的控制是比較困難的，它是制約脫硫
裝置大型化發(fā)展的主要因素之一。當脫硫塔直徑越來越大時，要各個大面積截面
上的溫度保持均勻性，需采取大量的有效措施，目前，干法、半干法脫硫裝置還
沒有在較大容量機組上使用的業(yè)績，與此有很大關系。較為成熟的脫硫技術，如
旋轉噴霧法，GSA 法，其單塔容量一般都在100 MW機組以下，單塔直徑4 500 mm
以下，而NID 法則做得更小一些。各國公司都在圍繞干法、半干法脫硫裝置大型
化發(fā)展進行開發(fā)和研究，德國WULFF 公司利用流化床和帶內(nèi)回流的循環(huán)流化床技
術（RCFB），在解決傳熱傳質(zhì)這一問題上，取得了一定的成績，效果明顯。目前，
RCFB單塔用于奧地利1 臺300 MW機組煙氣脫硫并獲得成功。

????? b ）給脫硫塔內(nèi)加水的方式頗為講究。在旋轉噴霧，GSA 半干法中，由于
吸收劑以漿液形式噴入時帶有水，運行時又需加調(diào)節(jié)，造成由溫度信號而引起的
水路調(diào)節(jié)變得復雜化，因為在噴漿工藝中，所加入的水與吸收劑的量有比例關系，
使噴水調(diào)節(jié)受其它因素影響。NID 法的水完全與吸收劑、再循環(huán)料一道加入反應
塔（視垂直煙道為反應塔）。RCFB法吸收劑直接以干粉形態(tài)噴入，水路另外單獨
噴入，就噴水調(diào)溫而言，RCFB法顯然要更方便一些。3.2 監(jiān)測SO2 排放量監(jiān)測
SO2 排放量信號，用于調(diào)節(jié)脫硫劑的加入量。當SO2 排放量較大時，就應加入更
多的吸收劑去吸收更多的SO2 ；當SO2 的排放量較小時，就應減少吸收劑的使用，
使系統(tǒng)運行經(jīng)濟合理，降低成本。

????? 3.3 監(jiān)測吸收塔的壓降監(jiān)測吸收塔的壓降，用于調(diào)節(jié)再循環(huán)量的大小，使
脫硫渣的循環(huán)量和循環(huán)次數(shù)控制在設計范圍之內(nèi)，這樣既可控制下游脫硫除塵器
的入口灰塵的質(zhì)量濃度和煙囪煙塵質(zhì)量濃度的排放，又可提高吸收劑的利用率，
降低堿酸比。

????? 控制這三個監(jiān)測量及其相關的信號去調(diào)節(jié)各運行回路，使脫硫系統(tǒng)的運行
達到最優(yōu)化，這是干法、半干法脫硫工藝控制系統(tǒng)的基本要求。就控制的靈敏性、
可靠性而言，如果三個控制回路能完全獨立，各行其是，互不影響則最理想，而
RCFB技術的控制原理最能符合這一要求，由于其吸收劑、水和脫硫渣的再循環(huán)是
獨立加入到脫硫塔的，這樣就避免了其它工藝三者的互相牽連，避免了增加脫硫
劑時附加了水而使溫度下降或加水降溫時附加了脫硫劑，從而增加再循環(huán)量而增
大堿酸比的情況。當然，以上三個參數(shù)總是相互影響、協(xié)同調(diào)節(jié)的，但三路系統(tǒng)
的參數(shù)分別調(diào)節(jié)，會更方便靈活一些。4 預除塵器設置的探討對于是否使用預
除塵器，很多文獻或資料并沒有詳細說明。據(jù)國外一些資料指出，一般干法或半
干法都設有預除塵器，但國內(nèi)很多電廠沒有設預除塵器。不設預除塵器，筆者認
為起碼會影響以下2 方面。4.1 不利于燃料灰和脫硫灰的再循環(huán)根據(jù)計算，鍋
爐燃煤產(chǎn)生的燃料灰的量比較多，而用于脫硫產(chǎn)生的脫硫灰的量比較少，通常前
者是后者的三倍左右。以200 MW機組為例，耗煤量約95 t/h，產(chǎn)生的燃料灰約22
t （灰分的質(zhì)量分數(shù)以25% 計），而脫硫灰量（硫的質(zhì)量分數(shù)以0.85% 計）約7
t ；以300 MW機組為例，耗煤量約140 t/h ，產(chǎn)生的燃料灰約32 t，而脫硫灰量
約11 t. 這就是說，如果沒有預除塵器，當脫硫灰和燃料灰混在一起再循環(huán)時，
將有75% 的再循環(huán)物是燃料灰，而這些大量的燃燒灰對提高脫硫率和降低堿酸比
值并沒有幫助，還會減少吸收劑、脫硫灰與SO2 的接觸，消耗動力，增大反應塔
容量；由于再循環(huán)量變大，還會提高煙氣噴射的初始速度以達到同樣的流化狀態(tài)，
這一初始速度的提高，還會帶來以下2 個問題：a ）減小煙氣在塔內(nèi)的停留時間，
使氣體很快通過吸收塔，降低了塔內(nèi)的反應率，將部分脫硫反應留在了下游設備
中。

????? b ）一般燃料灰比脫硫灰要粗一些，燃料灰的平均粒徑大致為15μm ±5
μm ，脫硫灰的平均粒徑大致為10μm ±5 μm ；燃料灰的體積質(zhì)量一般為700
～1 000 kg/m3 ，而脫硫灰的體積質(zhì)量一般為500 ～1 000 kg/m3 ，煙氣流速的
加大，將大量的細微粒帶出了反應塔，不利于吸收劑的有效利用，影響了堿酸比。
4.2 影響脫硫塔下游的脫硫除塵器是否設置預除塵器，對脫硫塔下游的脫硫
除塵器會產(chǎn)生較大的影響。如果沒有預除塵，大量燃煤灰混在脫硫灰中一起循環(huán)，
使得循環(huán)量變大，脫硫除塵器的入口質(zhì)量濃度也隨之增大，在除塵器排放指標一
定的情況下，脫硫除塵器的入口質(zhì)量濃度是有限度的，太高的入口粉塵質(zhì)量濃度
也會使除塵器的造價上升，這樣勢必減少循環(huán)次數(shù)，降低吸收劑利用率，使堿酸
比值變大。如果有預除塵器，這一情況將得到改善。這就可以解釋GSA ，NID 脫
硫工藝，在沒有預除塵器時，循環(huán)次數(shù)只有30～50次；而CFB ，RCFB脫硫工藝，
由于設置了預除塵器，循環(huán)次數(shù)就可以達到100 ～150 次。