循环流化床烟气脱硫技术

　　简介： 1996年我国颁布的《新大气法》针对我国酸雨和SO2污染日趋加重的情况，规定对已经产生和可能产生酸雨的地区和其他SO2污染严重地区划定酸雨控制区或者SO2控制区，控制区内新建的不能燃用低硫煤的火电厂和其他大中型企业必须配套建设脱硫和除尘装置，或者采用相应控制SO2的措施；已建成的不能燃用低硫煤的企业应采取控制SO2排放和除尘措施。国家环保局要求在两控区内，要把治理措施作为当地规划的重点内容。因此高效脱硫设备的研究开发任重道远关键字：循环流化床 高效脱硫设备 低硫煤
　　1. 引言
　　我国是以燃煤为主的国家，据统计，1995年煤炭消耗量为12.8亿吨，且逐年递增，二氧化硫的排放量达2370万吨，超过美国2100万吨的排放量，成为世界二氧化硫排放第一大国。目前全国62%以上的城市SO2浓度超过国家环境质量二级标准，占全国面积40%左右的地区受到SO2大量排放引起的酸雨污染，因此控制SO2的污染势在必行。
　　1996年我国颁布的《新大气法》针对我国酸雨和SO2污染日趋加重的情况，规定对已经产生和可能产生酸雨的地区和其他SO2污染严重地区划定酸雨控制区或者SO2控制区，控制区内新建的不能燃用低硫煤的火电厂和其他大中型企业必须配套建设脱硫和除尘装置，或者采用相应控制SO2的措施；已建成的不能燃用低硫煤的企业应采取控制SO2排放和除尘措施。国家环保局要求在两控区内，要把治理措施作为当地规划的重点内容。因此高效脱硫设备的研究开发任重道远。
　　2．国内外研究现状
　　目前，国内外应用的SO2的控制途径有三种：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫（即烟气脱硫）。其中，烟气脱硫（FGD即Flue Gas Desulfuration）是目前世界唯一大规模商业化应用的脱硫方式，是控制SO2污染和酸雨的主要技术手段。
　　全世界已有15个国家和地区应用了FGD装置，其设备总装机容量相当于2-2.5亿Kw，每年去除SO2 1000万吨。据统计，1992年，全球安装了FGD装置646套，其中美国占55.3%，德国占26.4%，日本占8.6%，其余国家占9.7%.由于上述三国大规模应用FGD装置，且成效显著，虽然近年三国电站的装机容量不断增加，但SO2排放总量却逐年减少。
　　日本是世界上最早大规模应用FGD装置的国家。截止1990年，该装置达1900多套，总装机容量达0.5—0.6亿Kw.目前，日本的SO2已基本得到控制。
　　自70年代初开始，特别是1978年美国重新修改了环境法规，否决了高烟囱排放，使FGD技术发展迅速。目前其FGD装机容量达0.7—1.0亿KW，超过日本成为世界第一。
　　欧洲以德国发展最为迅速，其装置总装机容量已达0.46亿KW，居世界第三位。西德从70年代后期开始，在引进日美先进技术的同时，立足于本国技术的开发。截止1992年，5万KW以上的燃煤锅炉全部安装了FGD设备。
　　我国早在70年代，就开始了电站锅炉技术的研究工作，先后有60多个高校、科研和生产单位对多种脱硫工艺进行了实验研究。但与发达国家相比，虽然起步不晚，进展却比较迟缓。
　　随着能源工业的发展，燃煤的增加，酸雨的危害日趋严重，使SO2的控制技术的研究被提到议事日程上来。七五、八五期间，国家投入了大量的人力、物力和财力，对SO2的污染控制组织了攻关研究，取得了一系列成果。国内在FGD方面开展的研究很多，涉及各类方法，但大部分尚停留在小试或中试阶段，有的技术虽有工业性试验装置，但未能大规模推广应用。为了促进国内FGD技术的开发研究，国家有计划、有目的的引进了一批国外的先进技术和装置。所引进的示范工程涉及各种成熟工艺。
　　引进的示范工程虽然设备先进、运行稳定、自控程度高，但其投资及运行费用极为昂贵，同时还存在二次污染。因此，如何使其国产化，降低成本及费用以适应我国的市场需求，就成为我国科研工作者的一项艰巨任务。
　　3.我所现有的相关工作基础
　　山东省科学院能源研究所多年来致力于节能和环保技术的研究和开发，建立了较好的烟气脱硫及相关技术的研究基础。
　　近年来，我所在烟气脱硫技术方面进行了一些研究和开发，建立了流化床、水浴、旋风分级、旋流板式等烟气一些脱硫试验台架，并购置了一批基本的试验和测试仪器。
　　自1989年来，我所进行了较多的干燥和热能技术的研究和开发，承担了国家和省科委课题，取得了一批研究和开发成果。如山东省课题鼓泡床干燥技术、粉碎流化床干燥技术、载体流化床干燥技术、循环气流干燥技术、自清理回转圆筒干燥技术、旋风分级干燥技术等。这些课题均通过了专家鉴定，其中两项为国际先进水平，其余为国内领先水平。所有这些课题在通过鉴定后，我所随即进行了产业化开放，形成了产品，并占领了较大的市场，目前以上干燥设备的年销售额已突破2000万元。由于获得了较好的应用，这些课题均获得了山东省科学院科技进步一等奖，其中粉碎流化床干燥技术及装置的研究课题在1997年荣获山东省科技进步二等奖。目前，还有一些在研的干燥技术课题，如化工装备总公司95煤化工的干燥单元、山东省重大科技攻关项目新型喷雾干燥机的研制等
　　在传热传质和化学反应方面，干燥过程和烟气脱硫过程的特征极其相似。以上这些研究成果为烟气脱硫技术的研究奠定了较好的理论及产品开发的基础。
　　在1999年我所派团赴波兰罗兹技术大学进行技术交流时，确定了在干燥和环保设备的研究及其神经网络预测方面，以及先进的激光测试实验手段实施方面的进一步合作关系，为脱硫技术和装置研究的国际合作打下了良好的基础。
　　在多年研究工作的基础上，我们逐步强化了我们的试验力量，建成了包括脱硫在内的多个有代表性的试验台架，配置了基本的测试、分析仪器。山东省科学院专门为我所建造了1200m2的热能重点实验室，为我们承担相关的重点课题、进行烟气脱硫的深化研究，打下了坚实的试验基础。
　　4．“十五”期间的打算
　　针对国家的环保形势，并充分考虑在烟气脱硫方面的科研能力和研究条件，山东省科学院能源研究所决心在烟气脱硫技术的研究及其装置的产业化方向取得突出的成就。
　　根据我所在流态化干燥和喷雾干燥技术及其装置的研究和应用基础，十五期间，我们拟对循环流化床烟气脱硫进行深入研究。
　　4.1 循环流化床的研究现状
　　循环流化床（即Circular Fluid Bed以下简称CFB）脱硫技术是国外90年代开始研究应用的一种新型的脱硫技术，在降低设备投资方面具有较大的优势，同时还具有很高的脱硫效率。该装置利用CFB内固体颗粒与气体接触均匀、气固两相相对速度较高等特点，使CFB烟气脱硫装置具有较高的脱硫效率。固体颗粒在CFB中通过加湿、吸收SO2、被干燥等过程后，被旋风分离器从烟气中分离，部分固体分离物再循环加入流化床内，使吸收剂得以充分利用，减小了钙硫比。1998年德国Lurgi GmbH公司开发出三套CFB装置，用于64MW及170MW电厂锅炉的烟气脱硫，使用情况良好，其SO2的脱除效率高达95%以上。
　　4.2 研究目的
　　本研究的目的是：借鉴国内外已有的研究成果和相关行业的技术，进行技术创新和突破，研制适合于我国大中规模燃煤设备（如64MW-300MW规模的电厂锅炉）的脱硫装置。
　　4.3 技术关键
　　该项目的技术关键在于装置的结构参数和操作参数、雾化形式的确定及其与CFB脱硫装置的配置。使CFB脱硫装置具有较高脱硫效率和较小压力损失。
　　该装置拟对国外常规CFB装置的机构作适当改动，引入适当强度的切向流，以提高气固、气液的相对速度，提高烟气与吸收剂的反应强度。并延长气固、气液的接触时间，使反应趋于完全。在此基础上，利用我所在旋风分级干燥技术的研究成果，设置相应的内部构件，使不同粒径的含湿固体或液体颗粒与烟气具有不同的接触时间，使反应更加均匀完善，并降低吸收剂的用量和对吸收剂和雾化均匀性的要求。
　　该项目的技术创新和突破在于在通过引入适当强度的切向流，提高了烟气与吸收剂的反应强度，降低了吸收剂的循环量和粒度要求以及降低了系统后半部除尘单元的负荷，可相应降低系统的动力消耗。
　　4.4 预期所能达到的技术经济指标
　　a. 脱硫效率3 90%； b. 除尘效率3 95%； c. 使用寿命5年以上。
　　4.5 经济效益和社会效益
　　该项目研究完成后的技术成果可广泛应用于各种燃煤设备，如电站锅炉、工业锅炉、生活锅炉、热风炉、热处理炉等。预计每年至少可销售50台套各种型号的脱硫设备，可为本单位创造800万元以上的利润。该装置实现应用后，可有效的减少烟气的SO2排放量，不言而喻也将具有可观的环保效益和社会效益。