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半干法脱硫

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1 对脱硫除尘装置总的技术要求

窑炉和喷雾塔脱硫系统在正常工况下运行时,保证系统的脱硫效率大于90%,除尘效率高于98%,脱硫后除尘器出口烟气温度90℃以上。脱硫除尘装置技术先进,所有设备的制造和设计符合安全可靠、连续有效运行的要求。性能验收后一年质保期内保证装置作业率≥97%。采用石灰作为吸收剂。本公司所采用的技术是CFB循环半干法烟气脱硫技术,是目前半干法类脱硫技术中运行稳定、脱硫综合效益优越的一种方法。

2 工艺化学原理

CFB工艺的原理是CaO粉末和烟气中的SO2和几乎全部的SO3HCl、HF等酸性气体,在CaO粒子的液相表面发生反应,反应如下:

CaO+H2O→Ca(OH)2

Ca(OH)2+ 2HCl→CaCl2+2H2O

Ca(OH)2+ 2HF→CaF2+2H2O

Ca(OH)2+ SO2→CaSO3+H2O

CaSO3+ 1/2O2→CaSO4

Ca(OH)2+ SO3→CaSO4+H2O

CFB工艺的循环流化床内,CaO粉末、烟气及喷入的水分,在流化状态下充分混合,并通过CaO粉末的多次再循环,使得床内参加反应的CaO量远远大于新投加的CaO量,即实际反应的吸收剂与酸性气体的摩尔比远远大于表观摩比,从而使HCI、HF、SO2SO3等酸性气体能被充分地吸收,实现高效脱硫。

循环半干法工艺系统主要由石灰贮存输送系统、循环流化床吸收塔、喷水增湿系统、回料系统、脱硫渣输送系统、脱硫除尘器以及仪表控制系统组成,见附图工艺流程图。

从窑炉出来的烟气与喷雾塔的出来的烟气右,分别通过烟道从底部进入吸收塔,烟气通过吸收塔底部的文丘里管的加速,进入循环流化床体,物料在循环流化床里,气固两相由于气流的作用,产生激烈的湍动与混合,充分接触,在上升的过程中,不断形成聚团物向下返回,而聚团物在激烈湍动中又不断解体重新被气流提升,使得气固间的滑移速度高达单颗粒滑移速度的数十倍。这样的循环流化床内气固两相流机制,极大地强化了气固间的传质与传热,为实现高脱硫率提供了保证。

在文丘里的出口扩管上段设一套喷水装置,喷入用于反应所需的水,通过以激烈湍动的、拥有巨大表面积的颗粒作为载体,在塔内得到充分蒸发,保证了进入后续除尘器中的灰具有良好的流动性能。同时喷入雾化水可以降低脱硫反应器内的烟温,使烟温降至90℃左右,从而使得SO2CaOH2的反应转化为可以瞬间完成的离子型反应。吸收剂、循环脱硫灰在文丘里段以上的塔内进行第二步的充分反应,生成副产物CaSO3·1/2H2O,还与SO3HF和HCl反应生成相应的副产物CaSO4·1/2H2O、CaF2CaCl2·Ca(OH)2·2H2O等。

烟气在上升过程中,颗粒一部分随烟气被带出吸收塔,一部分因自重重新回流到循环流化床内,进一步增加了流化床的床层颗粒浓度和延长吸收剂的反应时间,从而有效地保证了脱硫效率。

由于SO3几乎全部得以去除,加上排烟温度始终控制在90℃左右,因此烟气不需要再加热,同时整个系统也无须特殊的防腐处理。

净化后的含尘烟气从吸收塔顶部弯头排出,然后转向进入脱硫后布袋除尘器,再通过接力引风机抽送烟囱。

经布袋除尘器捕集下来的固体颗粒,通过布袋除尘器下的再循环系统,返回吸收塔继续参加反应,如此循环,多余的少量脱硫灰渣通过物料输送至脱硫灰仓内,再通过罐车或二级输送设备外排。

CFB烟气脱硫产物主要由飞灰、CaSO3CaSO4和少量未反应的Ca(OH)2CaO等组成,可用于筑路或矿井填埋等用途材料,不需特别处理,无二次污染。

3工艺流程

在工艺化学原理的基础上,根据本项目实际情况,依据确定的设计原则,制定了本项目脱硫除尘系统的工艺流程、布置方案、工艺控制方案和电气方案。

CFB工艺系统由吸收剂加料系统、吸收塔、吸收剂循环除尘器以及控制系统等组成。烟气由流化床下部进入流化床反应吸收塔,与石灰颗粒和水充分混合,HCL、HF、SO2SO3和其他有害气体与石灰反应,生成CaCL2·2H2O、CaF、2CaSO3·1/2H2O、CaSO4·2H2O和CaCO3。反应产物由烟气从反应塔上部带出,先经旋风除尘器除去重湿气的粗颗粒,再经布袋除尘器除尘细小粉尘。分离出的固体颗粒除了含有亚硫酸钙、硫酸钙外,还含有碳酸钙及相当数量未参与反应的氧化钙、氢氧化钙颗粒,这些颗粒的绝大部分被重新送回流化床吸收塔内,再次参加反应脱硫,以延长吸收剂的作用时间,提高石灰的利用率。

CFB烟气脱硫工艺的吸收剂可以用石灰细粉,由于这种石灰颗粒很细,因此无须磨细,即节省了购买磨机等大型设备的投资费用,也减少了能源消耗,使运行费用大为降低。而且省去了庞大的浆液贮备罐易磨损的浆液输送泵等组成的复杂的吸收剂制备、输送系统,采用气力输送系统就可以实现输运,从而大大简化了工艺流程。

在本项目脱硫工艺为:在保证脱硫除尘效率的前提下,尽量减小业主投资。脱硫塔后面设置布袋除尘器,保证脱硫系统出口粉尘的排放要求。布袋除尘器灰斗的下端,分别设置返料口和一紧急排灰口,大部分脱硫灰和未反应过的石灰粉通过返料口经输送机构进入中间灰仓,再由气力输送返回脱硫塔参与脱硫反应。

本项目脱硫系统由烟道、脱硫塔系统、脱硫剂加料系统、脱硫灰返料系统、工艺水系统、低压空气系统以及控制系统等组成。

 

 4.CFB脱硫塔

CFB流化床脱硫塔为关键技术设备,根据特定流量进行特殊设计。它由进风段、文丘里管、流化反应室组成。进风段下部开有事故处理口,即便系统运行异常,也可在不停塔的条件下处理。烟气从进风段进入塔内,先由文丘里管加速,高速喷进反应器内。石灰、水等从文丘里喉部上方喷入反应器内。这样,在文丘里喉部上方烟气与石灰、水立即形成湍流,产生纵向流化床,确保消石灰粉被烟气带动上下翻腾,从而发生优良的化学反应条件。由于经布袋落下的富含Ca(OH)2的飞灰在增湿后具有极好的流动性,能确保反应器中稳定的工况,正常运行时几乎没有灰的沉降。反应器上下两端装有压差变送器,用以监测反应器运行状况。


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