循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)

　　簡介： 1996年我國頒布的《新大氣法》針對我國酸雨和SO2污染日趨加重的情況，規(guī)定對已經(jīng)產(chǎn)生和可能產(chǎn)生酸雨的地區(qū)和其他SO2污染嚴(yán)重地區(qū)劃定酸雨控制區(qū)或者SO2控制區(qū)，控制區(qū)內(nèi)新建的不能燃用低硫煤的火電廠和其他大中型企業(yè)必須配套建設(shè)脫硫和除塵裝置，或者采用相應(yīng)控制SO2的措施；已建成的不能燃用低硫煤的企業(yè)應(yīng)采取控制SO2排放和除塵措施。國家環(huán)保局要求在兩控區(qū)內(nèi)，要把治理措施作為當(dāng)?shù)匾?guī)劃的重點內(nèi)容。因此高效脫硫設(shè)備的研究開發(fā)任重道遠(yuǎn)關(guān)鍵字：循環(huán)流化床 高效脫硫設(shè)備 低硫煤

　　1. 引言

　　我國是以燃煤為主的國家，據(jù)統(tǒng)計，1995年煤炭消耗量為12.8億噸，且逐年遞增，二氧化硫的排放量達(dá)2370萬噸，超過美國2100萬噸的排放量，成為世界二氧化硫排放第一大國。目前全國62%以上的城市SO2濃度超過國家環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)，占全國面積40%左右的地區(qū)受到SO2大量排放引起的酸雨污染，因此控制SO2的污染勢在必行。

　　1996年我國頒布的《新大氣法》針對我國酸雨和SO2污染日趨加重的情況，規(guī)定對已經(jīng)產(chǎn)生和可能產(chǎn)生酸雨的地區(qū)和其他SO2污染嚴(yán)重地區(qū)劃定酸雨控制區(qū)或者SO2控制區(qū)，控制區(qū)內(nèi)新建的不能燃用低硫煤的火電廠和其他大中型企業(yè)必須配套建設(shè)脫硫和除塵裝置，或者采用相應(yīng)控制SO2的措施；已建成的不能燃用低硫煤的企業(yè)應(yīng)采取控制SO2排放和除塵措施。國家環(huán)保局要求在兩控區(qū)內(nèi)，要把治理措施作為當(dāng)?shù)匾?guī)劃的重點內(nèi)容。因此高效脫硫設(shè)備的研究開發(fā)任重道遠(yuǎn)。

　　2．國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　目前，國內(nèi)外應(yīng)用的SO2的控制途徑有三種：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫（即煙氣脫硫）。其中，煙氣脫硫（FGD即Flue Gas Desulfuration）是目前世界唯一大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫方式，是控制SO2污染和酸雨的主要技術(shù)手段。

　　全世界已有15個國家和地區(qū)應(yīng)用了FGD裝置，其設(shè)備總裝機容量相當(dāng)于2-2.5億Kw，每年去除SO2 1000萬噸。據(jù)統(tǒng)計，1992年，全球安裝了FGD裝置646套，其中美國占55.3%，德國占26.4%，日本占8.6%，其余國家占9.7%.由于上述三國大規(guī)模應(yīng)用FGD裝置，且成效顯著，雖然近年三國電站的裝機容量不斷增加，但SO2排放總量卻逐年減少。

　　日本是世界上最早大規(guī)模應(yīng)用FGD裝置的國家。截止1990年，該裝置達(dá)1900多套，總裝機容量達(dá)0.5—0.6億Kw.目前，日本的SO2已基本得到控制。

　　自70年代初開始，特別是1978年美國重新修改了環(huán)境法規(guī)，否決了高煙囪排放，使FGD技術(shù)發(fā)展迅速。目前其FGD裝機容量達(dá)0.7—1.0億KW，超過日本成為世界第一。

　　歐洲以德國發(fā)展最為迅速，其裝置總裝機容量已達(dá)0.46億KW，居世界第三位。西德從70年代后期開始，在引進(jìn)日美先進(jìn)技術(shù)的同時，立足于本國技術(shù)的開發(fā)。截止1992年，5萬KW以上的燃煤鍋爐全部安裝了FGD設(shè)備。

　　我國早在70年代，就開始了電站鍋爐技術(shù)的研究工作，先后有60多個高校、科研和生產(chǎn)單位對多種脫硫工藝進(jìn)行了實驗研究。但與發(fā)達(dá)國家相比，雖然起步不晚，進(jìn)展卻比較遲緩。

　　隨著能源工業(yè)的發(fā)展，燃煤的增加，酸雨的危害日趨嚴(yán)重，使SO2的控制技術(shù)的研究被提到議事日程上來。七五、八五期間，國家投入了大量的人力、物力和財力，對SO2的污染控制組織了攻關(guān)研究，取得了一系列成果。國內(nèi)在FGD方面開展的研究很多，涉及各類方法，但大部分尚停留在小試或中試階段，有的技術(shù)雖有工業(yè)性試驗裝置，但未能大規(guī)模推廣應(yīng)用。為了促進(jìn)國內(nèi)FGD技術(shù)的開發(fā)研究，國家有計劃、有目的的引進(jìn)了一批國外的先進(jìn)技術(shù)和裝置。所引進(jìn)的示范工程涉及各種成熟工藝。

　　引進(jìn)的示范工程雖然設(shè)備先進(jìn)、運行穩(wěn)定、自控程度高，但其投資及運行費用極為昂貴，同時還存在二次污染。因此，如何使其國產(chǎn)化，降低成本及費用以適應(yīng)我國的市場需求，就成為我國科研工作者的一項艱巨任務(wù)。

　　3.我所現(xiàn)有的相關(guān)工作基礎(chǔ)

　　山東省科學(xué)院能源研究所多年來致力于節(jié)能和環(huán)保技術(shù)的研究和開發(fā)，建立了較好的煙氣脫硫及相關(guān)技術(shù)的研究基礎(chǔ)。

　　近年來，我所在煙氣脫硫技術(shù)方面進(jìn)行了一些研究和開發(fā)，建立了流化床、水浴、旋風(fēng)分級、旋流板式等煙氣一些脫硫試驗臺架，并購置了一批基本的試驗和測試儀器。

　　自1989年來，我所進(jìn)行了較多的干燥和熱能技術(shù)的研究和開發(fā)，承擔(dān)了國家和省科委課題，取得了一批研究和開發(fā)成果。如山東省課題鼓泡床干燥技術(shù)、粉碎流化床干燥技術(shù)、載體流化床干燥技術(shù)、循環(huán)氣流干燥技術(shù)、自清理回轉(zhuǎn)圓筒干燥技術(shù)、旋風(fēng)分級干燥技術(shù)等。這些課題均通過了專家鑒定，其中兩項為國際先進(jìn)水平，其余為國內(nèi)領(lǐng)先水平。所有這些課題在通過鑒定后，我所隨即進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化開放，形成了產(chǎn)品，并占領(lǐng)了較大的市場，目前以上干燥設(shè)備的年銷售額已突破2000萬元。由于獲得了較好的應(yīng)用，這些課題均獲得了山東省科學(xué)院科技進(jìn)步一等獎，其中粉碎流化床干燥技術(shù)及裝置的研究課題在1997年榮獲山東省科技進(jìn)步二等獎。目前，還有一些在研的干燥技術(shù)課題，如化工裝備總公司95煤化工的干燥單元、山東省重大科技攻關(guān)項目新型噴霧干燥機的研制等

　　在傳熱傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)方面，干燥過程和煙氣脫硫過程的特征極其相似。以上這些研究成果為煙氣脫硫技術(shù)的研究奠定了較好的理論及產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)。

　　在1999年我所派團(tuán)赴波蘭羅茲技術(shù)大學(xué)進(jìn)行技術(shù)交流時，確定了在干燥和環(huán)保設(shè)備的研究及其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測方面，以及先進(jìn)的激光測試實驗手段實施方面的進(jìn)一步合作關(guān)系，為脫硫技術(shù)和裝置研究的國際合作打下了良好的基礎(chǔ)。

　　在多年研究工作的基礎(chǔ)上，我們逐步強化了我們的試驗力量，建成了包括脫硫在內(nèi)的多個有代表性的試驗臺架，配置了基本的測試、分析儀器。山東省科學(xué)院專門為我所建造了1200m2的熱能重點實驗室，為我們承擔(dān)相關(guān)的重點課題、進(jìn)行煙氣脫硫的深化研究，打下了堅實的試驗基礎(chǔ)。

　　4．“十五”期間的打算

　　針對國家的環(huán)保形勢，并充分考慮在煙氣脫硫方面的科研能力和研究條件，山東省科學(xué)院能源研究所決心在煙氣脫硫技術(shù)的研究及其裝置的產(chǎn)業(yè)化方向取得突出的成就。

　　根據(jù)我所在流態(tài)化干燥和噴霧干燥技術(shù)及其裝置的研究和應(yīng)用基礎(chǔ)，十五期間，我們擬對循環(huán)流化床煙氣脫硫進(jìn)行深入研究。

　　4.1 循環(huán)流化床的研究現(xiàn)狀

　　循環(huán)流化床（即Circular Fluid Bed以下簡稱CFB）脫硫技術(shù)是國外90年代開始研究應(yīng)用的一種新型的脫硫技術(shù)，在降低設(shè)備投資方面具有較大的優(yōu)勢，同時還具有很高的脫硫效率。該裝置利用CFB內(nèi)固體顆粒與氣體接觸均勻、氣固兩相相對速度較高等特點，使CFB煙氣脫硫裝置具有較高的脫硫效率。固體顆粒在CFB中通過加濕、吸收SO2、被干燥等過程后，被旋風(fēng)分離器從煙氣中分離，部分固體分離物再循環(huán)加入流化床內(nèi)，使吸收劑得以充分利用，減小了鈣硫比。1998年德國Lurgi GmbH公司開發(fā)出三套CFB裝置，用于64MW及170MW電廠鍋爐的煙氣脫硫，使用情況良好，其SO2的脫除效率高達(dá)95%以上。

　　4.2 研究目的

　　本研究的目的是：借鑒國內(nèi)外已有的研究成果和相關(guān)行業(yè)的技術(shù)，進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和突破，研制適合于我國大中規(guī)模燃煤設(shè)備（如64MW-300MW規(guī)模的電廠鍋爐）的脫硫裝置。

　　4.3 技術(shù)關(guān)鍵

　　該項目的技術(shù)關(guān)鍵在于裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)、霧化形式的確定及其與CFB脫硫裝置的配置。使CFB脫硫裝置具有較高脫硫效率和較小壓力損失。

　　該裝置擬對國外常規(guī)CFB裝置的機構(gòu)作適當(dāng)改動，引入適當(dāng)強度的切向流，以提高氣固、氣液的相對速度，提高煙氣與吸收劑的反應(yīng)強度。并延長氣固、氣液的接觸時間，使反應(yīng)趨于完全。在此基礎(chǔ)上，利用我所在旋風(fēng)分級干燥技術(shù)的研究成果，設(shè)置相應(yīng)的內(nèi)部構(gòu)件，使不同粒徑的含濕固體或液體顆粒與煙氣具有不同的接觸時間，使反應(yīng)更加均勻完善，并降低吸收劑的用量和對吸收劑和霧化均勻性的要求。

　　該項目的技術(shù)創(chuàng)新和突破在于在通過引入適當(dāng)強度的切向流，提高了煙氣與吸收劑的反應(yīng)強度，降低了吸收劑的循環(huán)量和粒度要求以及降低了系統(tǒng)后半部除塵單元的負(fù)荷，可相應(yīng)降低系統(tǒng)的動力消耗。

　　4.4 預(yù)期所能達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

　　a. 脫硫效率3 90%； b. 除塵效率3 95%； c. 使用壽命5年以上。

　　4.5 經(jīng)濟(jì)效益和社會效益

　　該項目研究完成后的技術(shù)成果可廣泛應(yīng)用于各種燃煤設(shè)備，如電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、生活鍋爐、熱風(fēng)爐、熱處理爐等。預(yù)計每年至少可銷售50臺套各種型號的脫硫設(shè)備，可為本單位創(chuàng)造800萬元以上的利潤。該裝置實現(xiàn)應(yīng)用后，可有效的減少煙氣的SO2排放量，不言而喻也將具有可觀的環(huán)保效益和社會效益。