摘 要：評(ping)述近(jin)年來國內(nei)外發展的強(qiang)化脫硫新工(gong)藝、新技(ji)術(shu)的原理及研究現狀，對強(qiang)化脫硫研究現狀進行分析(xi)，指出當(dang)前面(mian)臨的問題。

關鍵詞：循環(huan)流(liu)化床鍋爐,強化脫硫(liu),脫硫(liu)效率

1 引 言

循(xun)環流(liu)化(hua)床燃(ran)(ran)燒(shao)技術具有分級燃(ran)(ran)燒(shao)有效降低NOx 排放、低成(cheng)本脫硫、煤(mei)(mei)種適應性強、灰(hui)渣易于綜合利用(yong)、負荷(he)調節范圍大、燃(ran)(ran)燒(shao)穩定等特點[1]。由于以上優(you)勢，循(xun)環流(liu)化(hua)床燃(ran)(ran)燒(shao)技術成(cheng)為商業化(hua)程度最(zui)好(hao)的(de)(de)清潔煤(mei)(mei)燃(ran)(ran)燒(shao)技術之一(yi)。特別對于燃(ran)(ran)用(yong)高灰(hui)、低揮發分煤(mei)(mei)之類其(qi)它燃(ran)(ran)燒(shao)設備難以適應的(de)(de)劣質燃(ran)(ran)料的(de)(de)情況或低負荷(he)要求較(jiao)高，負荷(he)變化(hua)頻(pin)繁的(de)(de)調峰電(dian)廠及負荷(he)波動(dong)較(jiao)大的(de)(de)自(zi)備電(dian)站，循(xun)環流(liu)化(hua)床是最(zui)佳選擇。

在大(da)型(xing)循環(huan)(huan)流(liu)化(hua)床鍋爐(lu)得到(dao)(dao)快速發展的(de)(de)(de)(de)同時，對(dui)含(han)硫(liu)(liu)(liu)(liu)燃(ran)(ran)(ran)料燃(ran)(ran)(ran)燒的(de)(de)(de)(de)SO2 排放要(yao)求也(ye)越(yue)來越(yue)高(gao)。循環(huan)(huan)流(liu)化(hua)床燃(ran)(ran)(ran)燒技術雖然具有較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)(de)爐(lu)內(nei)脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)效率(lv)(lv)(lv)，但要(yao)達到(dao)(dao)高(gao)的(de)(de)(de)(de)脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)效率(lv)(lv)(lv)則需要(yao)較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)(de)Ca/S 摩爾(er)比(2.5 左右)，而(er)且(qie)當(dang)燃(ran)(ran)(ran)用高(gao)硫(liu)(liu)(liu)(liu)燃(ran)(ran)(ran)料時，往往需要(yao)更高(gao)的(de)(de)(de)(de)Ca/S 摩爾(er)比，有時即使增加Ca/S 摩爾(er)比也(ye)難(nan)以(yi)達到(dao)(dao)要(yao)求的(de)(de)(de)(de)排放標準；另一方面，隨著人(ren)們對(dui)環(huan)(huan)境保護問題的(de)(de)(de)(de)日益重視，各國對(dui)SO2 排放的(de)(de)(de)(de)控制也(ye)更加嚴格。這種現(xian)狀要(yao)求循環(huan)(huan)流(liu)化(hua)床燃(ran)(ran)(ran)燒技術具有更高(gao)的(de)(de)(de)(de)脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)效率(lv)(lv)(lv)以(yi)及(ji)低(di)脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)劑耗(hao)量，這也(ye)是目前(qian)循環(huan)(huan)流(liu)化(hua)床燃(ran)(ran)(ran)燒技術發展方向之一。目前(qian)已有較(jiao)多(duo)的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)機構或(huo)公司致力于此(ci)，主(zhu)要(yao)的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)工作集(ji)中在流(liu)化(hua)床鍋爐(lu)后(hou)增加煙(yan)氣(qi)二(er)級脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)裝置以(yi)進一步(bu)提高(gao)脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)效率(lv)(lv)(lv)，對(dui)脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)灰/渣增濕活化(hua)以(yi)提高(gao)脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)劑利用率(lv)(lv)(lv)，或(huo)者(zhe)通過脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)劑改性(xing)、改變(bian)石灰石投加方法等達到(dao)(dao)脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)劑高(gao)效低(di)耗(hao)利用的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)。本文(wen)綜述了循環(huan)(huan)流(liu)化(hua)床燃(ran)(ran)(ran)燒技術開發強(qiang)化(hua)脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)技術研究(jiu)(jiu)現(xian)狀，以(yi)期對(dui)今(jin)后(hou)的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)有所助益。

2 循環流化床強化脫硫技術

2.1 爐內脫硫與尾部脫硫組合強化脫硫技術

循(xun)環流化(hua)床(chuang)的(de)(de)燃(ran)燒溫度(du)為850～900 ℃，投入爐內(nei)的(de)(de)石灰(hui)石快(kuai)速分解為CaO，與燃(ran)料(liao)中析出的(de)(de)SO2反應(ying)生成CaSO4，粗顆粒被(bei)(bei)分離器分離后回送到爐膛繼(ji)續(xu)參加(jia)反應(ying)，細顆粒經(jing)過煙(yan)道后被(bei)(bei)除塵器捕(bu)(bu)集(ji)。煙(yan)道煙(yan)氣所含的(de)(de)顆粒和(he)經(jing)過除塵器捕(bu)(bu)集(ji)的(de)(de)飛灰(hui)中含有(you)未(wei)(wei)被(bei)(bei)反應(ying)的(de)(de)CaO。循(xun)環流化(hua)床(chuang)組合強化(hua)脫硫(liu)(liu)(liu)(liu)技術就是(shi)在爐內(nei)加(jia)脫硫(liu)(liu)(liu)(liu)劑脫硫(liu)(liu)(liu)(liu)的(de)(de)同(tong)時，增加(jia)尾部煙(yan)氣脫硫(liu)(liu)(liu)(liu)裝置以利(li)用了爐內(nei)脫硫(liu)(liu)(liu)(liu)未(wei)(wei)被(bei)(bei)利(li)用的(de)(de)CaO，提(ti)高脫硫(liu)(liu)(liu)(liu)效率的(de)(de)同(tong)時提(ti)高了脫硫(liu)(liu)(liu)(liu)劑的(de)(de)利(li)用率。

Alstom 公(gong)司開(kai)發(fa)了循(xun)環(huan)流化床(chuang)和干法脫硫(liu)(liu)技術相結合的(de)NID 脫硫(liu)(liu)工藝[2]，如圖所(suo)示(shi)。從循(xun)環(huan)流化床(chuang)鍋(guo)爐(lu)的(de)空氣(qi)預熱器(qi)(qi)出來(lai)的(de)煙氣(qi)，經反應(ying)器(qi)(qi)底(di)部進入反應(ying)器(qi)(qi)，與(yu)混合增濕器(qi)(qi)中(zhong)送入的(de)吸收劑發(fa)生反應(ying)。在降(jiang)溫和增濕的(de)條件下，在反應(ying)器(qi)(qi)中(zhong)煙氣(qi)中(zhong)SO2 和吸收劑反應(ying)生成亞硫(liu)(liu)酸(suan)鈣(gai)和硫(liu)(liu)酸(suan)鈣(gai)。

NID 工藝的(de)優點一(yi)是(shi)(shi)(shi)設備簡(jian)單，不(bu)(bu)需要高(gao)速度(du)的(de)旋轉(zhuan)噴霧器(qi)，也不(bu)(bu)需要液(ye)體和壓縮(suo)空氣(qi)的(de)兩相流噴嘴(zui)；二是(shi)(shi)(shi)NID 工藝所需的(de)電耗低于傳統(tong)(tong)干(gan)法氣(qi)體凈化系(xi)統(tong)(tong)相應設備所需的(de)電耗，而且工藝用水不(bu)(bu)是(shi)(shi)(shi)添加到排(pai)氣(qi)中(zhong)，而是(shi)(shi)(shi)添加到混合(he)器(qi)中(zhong)，不(bu)(bu)存在灰漿(jiang)處理問題。另(ling)(ling)外高(gao)循(xun)環率保(bao)證系(xi)統(tong)(tong)中(zhong)僅(jin)處理干(gan)的(de)循(xun)環灰，沒有(you)濕的(de)漿(jiang)液(ye)與設備表面(mian)接觸，氣(qi)路(lu)中(zhong)沒有(you)結垢。該工藝的(de)另(ling)(ling)一(yi)個(ge)優點是(shi)(shi)(shi)經過脫硫系(xi)統(tong)(tong)的(de)煙氣(qi)溫(wen)度(du)不(bu)(bu)需再加熱，可直接經現有(you)煙囪(cong)排(pai)放。

2.2 流化床灰/渣活化后高溫脫硫的研究

研究(jiu)表明(ming)(ming)，流(liu)化床灰/渣(zha)活(huo)(huo)化反(fan)應(ying)(ying)后(hou)重新送回爐(lu)內，在爐(lu)內高溫條件下也(ye)能表現出較高的脫(tuo)(tuo)硫反(fan)應(ying)(ying)活(huo)(huo)性，從而降低了石灰石用(yong)量。主要原理是利用(yong)CaO 反(fan)應(ying)(ying)生成(cheng)的Ca(OH)2，在高溫脫(tuo)(tuo)水(shui)反(fan)應(ying)(ying)后(hou)可使(shi)顆(ke)粒內部的CaO 暴露(lu)出來(lai)，同時還(huan)會有(you)利于進(jin)一步(bu)形成(cheng)高溫脫(tuo)(tuo)硫反(fan)應(ying)(ying)的孔(kong)隙(xi)結(jie)構。T. Khan 等人(ren)[3]同樣(yang)研究(jiu)得到(dao)脫(tuo)(tuo)硫灰水(shui)合可以進(jin)一步(bu)提(ti)高鈣基的利用(yong)率。原因是一方(fang)面(mian)灰中(zhong)CaO 與水(shui)反(fan)應(ying)(ying)生成(cheng)摩(mo)爾體(ti)積大的多(duo)的Ca(OH)2 而發生膨脹(zhang)破裂(lie)，使(shi)產物層包(bao)裹(guo)的未反(fan)應(ying)(ying)的CaO 暴露(lu)出來(lai)，參與脫(tuo)(tuo)硫反(fan)應(ying)(ying)；另(ling)一方(fang)面(mian)是水(shui)合飛(fei)灰投入鍋爐(lu)后(hou) Ca(OH)2 脫(tuo)(tuo)水(shui)反(fan)應(ying)(ying)形成(cheng)多(duo)孔(kong)隙(xi)結(jie)構也(ye)有(you)利于進(jin)一步(bu)利用(yong) CaO。其實驗結(jie)果表明(ming)(ming)水(shui)合反(fan)應(ying)(ying)提(ti)高了飛(fei)灰的脫(tuo)(tuo)硫反(fan)應(ying)(ying)活(huo)(huo)性，并且(qie)水(shui)合溫度和(he)水(shui)合反(fan)應(ying)(ying)時間(jian)是影響(xiang)水(shui)合反(fan)應(ying)(ying)效(xiao)果的主要因素。

J. Anthony 等人[4]研(yan)究了FBC 爐渣(zha)(zha)中CaO 再利用的(de)方(fang)法。他們(men)認為爐渣(zha)(zha)水(shui)合生(sheng)成的(de)鋁硫(liu)酸(suan)鹽(yan)(yan)以及(ji)爐內(nei)(nei)燃燒(shao)反應生(sheng)成的(de)鈣鋁酸(suan)鹽(yan)(yan)、硅酸(suan)鹽(yan)(yan)、鐵(tie)酸(suan)鹽(yan)(yan)等成分的(de)存在(zai)，爐渣(zha)(zha)重新投(tou)入(ru)爐內(nei)(nei)可以提高(gao)CaO 脫(tuo)硫(liu)反應的(de)活性，并且脫(tuo)硫(liu)性能高(gao)于原有的(de)石(shi)灰石(shi)。

目前的(de)(de)研究均證(zheng)明飛灰和爐(lu)渣水合可以(yi)提(ti)高鈣(gai)的(de)(de)利用率(lv)，但是活化方(fang)法沒有(you)(you)從根本上(shang)改變灰渣的(de)(de)粒度分(fen)布和結構，活化后(hou)在流(liu)化床(chuang)內停留時間增加不多(duo)，對鈣(gai)利用率(lv)的(de)(de)提(ti)高有(you)(you)一定的(de)(de)限制。另外如果活化時間過長(chang)，會影響活化工藝與鍋(guo)爐(lu)系統(tong)的(de)(de)連續性。

2.3 石灰石改性提高活性

對石(shi)灰石(shi)進(jin)行改(gai)性(xing)可(ke)以(yi)改(gai)良脫硫(liu)(liu)性(xing)能。Paolo[5]發現在 850 ℃時，用(yong)2%濃度的(de)(de)NaCl 溶(rong)液浸泡過的(de)(de)石(shi)灰石(shi)可(ke)比處理前(qian)脫硫(liu)(liu)率提高了近8%，認為Na 離子(zi)可(ke)以(yi)使(shi)鍛燒生成的(de)(de) CaO 具(ju)有更大的(de)(de)比表面積(ji)和更多(duo)的(de)(de)內外空隙，且Na 離子(zi)具(ju)有催化作用(yong)加速固硫(liu)(liu)反應(ying)。

國內也(ye)有(you)關于添加劑(ji)對(dui)氧(yang)化(hua)鈣(gai)脫硫(liu)(liu)性能改性的(de)研(yan)究(jiu)。清華大學熱能研(yan)究(jiu)所的(de)楊立寨等(deng)人[6]運用小型熱態(tai)流化(hua)床，在 700 ℃溫(wen)度下對(dui)石(shi)灰與氧(yang)化(hua)鐵(tie)(tie)(tie)混合(he)物的(de)中溫(wen)煙氣(qi)脫硫(liu)(liu)反應特性進(jin)行了(le)(le)(le)測定。研(yan)究(jiu)表明，在石(shi)灰中摻入(ru)一定比例(li)的(de)氧(yang)化(hua)鐵(tie)(tie)(tie)可以顯著提高鈣(gai)利用率，氧(yang)化(hua)鈣(gai)晶體以氧(yang)化(hua)鐵(tie)(tie)(tie)為(wei)核心(xin)進(jin)行固硫(liu)(liu)反應，破壞了(le)(le)(le)形成(cheng)致密產物層的(de)條件(jian)，改變了(le)(le)(le)石(shi)灰表層孔隙結構，使更(geng)多的(de)內部孔隙暴露，為(wei)固硫(liu)(liu)反應向(xiang)縱深發展(zhan)創造了(le)(le)(le)條件(jian)。

若將(jiang)石(shi)灰石(shi)改性(xing)的(de)方法應用(yong)到實際(ji)的(de)工藝中，要考慮操(cao)作上是(shi)否便利以(yi)及(ji)所需(xu)的(de)費用(yong)是(shi)否在可行范圍之內，而且目前(qian)較多的(de)研究還處于(yu)實驗室(shi)階段，還未(wei)見石(shi)灰石(shi)改性(xing)工業應用(yong)方面的(de)報(bao)道。

2.4 改變石灰石投加方式以提高脫硫效率

孫立強等人(ren)[7]通過(guo)改進(jin)投加方式(shi)提高(gao)(gao)脫硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)劑(ji)(ji)固硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)率。該技(ji)術(shu)是在流化床試(shi)驗臺(tai)上將石(shi)(shi)(shi)(shi)灰(hui)石(shi)(shi)(shi)(shi)均勻混(hun)(hun)入煤(mei)泥(ni)給料，可達到80%左右的(de)(de)(de)(de)(de)脫硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)效率，而采用(yong)常規技(ji)術(shu)，即煤(mei)泥(ni)和(he)石(shi)(shi)(shi)(shi)灰(hui)石(shi)(shi)(shi)(shi)分(fen)(fen)(fen)別給料，固硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)效率僅為70%左右。由于經過(guo)石(shi)(shi)(shi)(shi)灰(hui)石(shi)(shi)(shi)(shi)和(he)煤(mei)泥(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)次攪拌(ban)和(he)入爐輸送過(guo)程的(de)(de)(de)(de)(de)二次攪拌(ban)，石(shi)(shi)(shi)(shi)灰(hui)石(shi)(shi)(shi)(shi)和(he)煤(mei)泥(ni)充分(fen)(fen)(fen)混(hun)(hun)合(he)，充分(fen)(fen)(fen)利用(yong)煤(mei)泥(ni)入爐干(gan)燥凝聚結(jie)團(tuan)的(de)(de)(de)(de)(de)特性，使入爐內(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)燃(ran)料形成均勻分(fen)(fen)(fen)布(bu)固硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)煤(mei)泥(ni)凝聚團(tuan)，然后在鍋爐內(nei)進(jin)行流化燃(ran)燒實現固硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)。采用(yong)此(ci)方法可利用(yong)較小顆粒(li)的(de)(de)(de)(de)(de)固硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)劑(ji)(ji)（0.2 mm 石(shi)(shi)(shi)(shi)灰(hui)石(shi)(shi)(shi)(shi)）以提高(gao)(gao)固硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)利用(yong)率，同時又由于凝聚結(jie)團(tuan)作(zuo)用(yong)使固硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)劑(ji)(ji)在爐內(nei)停留時間大大延(yan)長，使固硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)劑(ji)(ji)和(he)二氧化硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)能夠(gou)充分(fen)(fen)(fen)反應，從而達到高(gao)(gao)效固硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)。該技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)優點是系統(tong)結(jie)構簡單、投資低(di)、固硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)成本低(di)，比傳統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)爐前分(fen)(fen)(fen)別給料固硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)效率明顯提高(gao)(gao)。

3 結 論

燃燒(shao)過程(cheng)對(dui)大氣造成的(de)(de)污染正(zheng)日益引起人們(men)的(de)(de)關(guan)注(zhu)，控制(zhi)SO2 的(de)(de)排(pai)放(fang)是當今電站煤(mei)燃燒(shao)利用(yong)研(yan)究中亟需解決的(de)(de)課題。隨著(zhu)我國(guo)對(dui)SO2 污染的(de)(de)重(zhong)視和相(xiang)關(guan)法(fa)律的(de)(de)出臺及實施，發展(zhan)循環流(liu)化(hua)床燃燒(shao)系統(tong)的(de)(de)高效、低脫硫(liu)劑(ji)耗量的(de)(de)強化(hua)脫硫(liu)技術不僅有(you)助(zhu)于(yu)工(gong)程(cheng)決策(ce)與設計，而(er)且對(dui)今后的(de)(de)SO2 污染監控與防治工(gong)作具有(you)積極(ji)的(de)(de)指導(dao)意義(yi)。

參考文獻

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