典型的烟气循环流化床脱硫(CFB-FGD)系统由:吸收剂(消石灰)制备及供应、脱硫(吸收)塔、物料再循环、工艺水系统、脱硫后除尘器以及仪表控制系统等组成。每台660MW机组循环流化床半干法脱硫脱硝设备配置两座脱硫岛,每岛单独配置1座吸收塔、1台脱硫引风机、1座布袋除尘装置等设备。
一般从锅炉出来的原烟气温度为120~160摄氏度左右,通过电除尘器后的原烟气从吸收塔底部进入,原烟气在吸收塔内与加入的吸收剂Ca(OH)2、循环使用的脱硫灰充分混合,进行第一步的脱硫反应,主要完成烟气中HCl、HF与吸收剂的反应。
烟气在通过吸收塔底部的文丘里管时进行了加速,进入流化床段,流化床里气固两相在气流的作用下,产生激烈的湍动,得以充分接触,在上升的过程中,不断形成絮状物向下返回,而絮状物在激烈湍动中又不断解体重新被气流提升;吸收塔顶部结构的惯性分离进一步强化了絮状物的返回,进一步提高了塔内颗粒的床层密度及Ca/S。气固两相流机制通过气固间的混合,极大地强化了气固间的传质与传热,为实现脱硫脱硝设备高脱硫率提供了根本的保证。
文丘里出口段设置有喷水装置,喷入工艺水一方面增加絮状颗粒湿度,另一方面使烟气温度降至高于烟气露点15-250C左右,使Ca(OH)2与SO2迅速完成离子型反应。循环使用的脱硫灰、吸收剂在文丘里段以上的塔内进行的充分反应,生成副产物半水亚硫酸钙(CaSO3·1/2H2O),并且与SO2反应生成相应的副产品CaSO4·1/2H2O等。
通过控制循环烟气流量,使烟气在文丘里以上的塔内流速均保持在4~6m/s之间,同时使烟气在该段的停留时间至少为3秒以上,以使二氧化硫和脱硫剂能充分。絮状混合物随烟气在上升过程中一部分被带出吸收塔,一部分因自身重力重新回流到流化床中,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。
同时,衡量一个循环流化床干法脱硫工艺先进与否的一个重要指标就是看脱硫塔内的气固最大滑落速度是否能适应锅炉负荷变化而能够保持不变,这也是鉴别干法脱硫效率能否达到标的一个重要指标。循环流化床里只有在这种气固两相流动机制下,才可能具有最大的气固滑落速度。如果滑落速度很小,或只在脱硫塔某个局部具有滑落速度,要使脱硫率达到很高的水平是不可能的。SO2与Ca(OH)2反应的速度主要取决于SO2在Ca(OH)2颗粒表面的扩散阻力,或说是Ca(OH)2表面气膜厚度。SO2与Ca(OH)2的颗粒在循环流化床中的反应过程(从化学反应工程的角度看)是一个外扩散控制的反应过程。当滑落速度增加时,由于摩擦程度的增加,Ca(OH)2颗粒表面的气膜厚度减小,SO2进入Ca(OH)2的传质阻力减小,传质速率加快,从而加快SO2与Ca(OH)2颗粒的反应。喷入吸收塔的工艺水使烟气温度降低,并以拥有巨大的表面积、激烈湍动的的颗粒作为载体,在塔内得到充分的、及时的蒸发,确保进入脱硫布袋除尘器中的脱硫灰具有良好的流动性,便于排放。
通过控制喷水量使吸收塔出口温度控制70℃左右(高于露点温度20℃以上),因此烟气不需要再加热,同时整个系统包括烟囱也无须任何防腐处理。反应后的烟气从吸收塔顶部排出,进入脱硫布袋除尘器进行除尘,经脱硫除尘器过滤下来的固体颗粒,大部分通过脱硫灰再循环系统返回到吸收塔继续参加反应。少量的脱硫灰则通过气力输送系统输送至脱硫灰仓,再通过罐车运送到灰场。经过除尘后的净烟气经脱硫设备引风机增压后一部分经再循环烟气挡板进入吸收塔,另一部分进入烟囱。
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