(國家電力公司南京電力環境保護科學研究所，江蘇　南京　210031)
摘　要：介紹德國、丹麥煙氣循環流化床的脫硫工藝及流程，并展望了在我國的應用前景。
關鍵詞：煙氣循環流化床；脫硫工藝；技術經濟
　　中圖分類號：X7013　　　文獻標識碼：B　　　文章編號：1006－5377(2003)01－0036－03
Desulphurized Technology of Circulating Fluidized Bed for
Three Kinds of Flue Gas and Economic Analyses in Europe
XUE Jianming, MA Guojun

一、脫硫工藝
煙氣循環流化床脫硫工藝是近幾年迅速發展起來的、適用于燃煤電廠的一種新的干法脫硫工藝。
1發展與現狀
二十世紀七十年代初，為治理煉鋁設備、垃圾焚燒爐等尾氣排放中的HCl、HF等有害氣體，德國的LLB公司(Lurgi Lentjes Bischoff)研究開發了專用的煙氣循環流化床技術，并得到了廣泛的商業應用。八十年代中期，由于環保法規和SO2排放標準的日趨嚴格，德國動力工業對煙氣脫硫設備有了巨大的需求。為此LLB公司開發了適用于電站鍋爐的煙氣循環流化床脫硫工藝。經過二十多年的研究和商用經驗的積累，以及對化學工藝過程和工程實踐的深入，煙氣循環流化床脫硫技術在最近幾年得到了很大的發展，而且投資運行費用也大為降低，約為濕法工藝的50％～70％。
目前，煙氣循環流化床脫硫工藝已達到工業化應用的主要有3種工藝流程：(1)德國LLB公司開發的煙氣循環流化床脫硫工藝，簡稱CFB(Circulating Fluidized Bed)；(2)德國Wulff公司的回流式煙氣循環流化床脫硫工藝，簡稱RCFB(Reflux Circulating Fluidized Bed)；(3)丹麥FLS(F.L.Smith)公司研究開發的氣體懸浮吸收煙氣脫硫工藝，簡稱GSA(Gas Suspension Absorber)。
2工藝系統及流程
無論是LLB公司的CFB工藝、Wulff公司的RCFB工藝還是F.L.Smith公司的GSA工藝，它們的工作原理基本相似。工藝系統主要由吸收劑制備、吸收塔、物料再循環、煙氣除塵器、副產品處置和儀表控制6個系統組成。
CFB的工藝流程見圖1（略）。
其主要特點是：(1)吸收劑以干態的消石灰粉從反應塔上游的入口煙道噴入，屬干法脫硫工藝；(2)采用獨立的煙氣增濕系統，亦即增濕水量僅與反應塔出口的煙氣溫度有關，而與煙氣中的SO2濃度、吸收劑的噴入量等無關；(3)采用部分凈化煙氣再循環的方式來提高系統低負荷時的運行可靠性和反應塔床料的穩定；(4)采用機械式預除塵器。
RCFB的工藝流程見圖2(略)。
與CFB工藝相比，RCFB工藝主要在反應塔的流場設計和塔頂結構上作了較大的改進。它的主要特點是：(1)反應塔內增加了擾流板和塔頂物料回流裝置，強化了內循環，取消了預除塵器；(2)吸收劑以干態的消石灰粉或石灰漿液從反應塔底部噴入，屬干法或半干法脫硫工藝；(3)反應塔擴散段上安裝了若干個回流式壓力水噴嘴，使吸收劑顆粒與水霧接觸更均勻更充分；(4)煙氣在塔內的停留時間長，在4秒鐘以上。
GSA工藝的工藝流程見圖3（略）。
其主要特點是：(1)吸收劑以石灰漿液的形式從反應塔底部的中心噴入，屬半干法脫硫工藝；(2)采用高位布置的旋風分離器作為預除塵器；(3)可在較低的趨近絕熱飽和溫度(ΔT=3～6℃)下運行。
3應用業績
自1987年，德國LLB公司的CFB工藝在電站鍋爐投入商業運行以來，經過多年的研究和商用經驗的積累，LLB、Wulff和FLS三個公司的各種煙氣循環流化床脫硫工藝在最近幾年得到了很大發展，應用業績大大增加。據統計：到2000年底，已建成投用的約有50多套，其中LLB公司的CFB24套、Wulff公司的RCFB16套、FLS公司的GSA10多套。在50MW至300MW燃煤或燃油機組中采用此種工藝的約有21套。應用于煙氣量大于30萬Nm3/h最多的是LLB，共15套，其次是Wulff 2套，FLS 1套。應用機組容量最大的是Wulff公司，即2000年初投入試運行的300MW燃油機組，其單塔最大處理煙氣量為95萬Nm3/h。
4系統布置
在場地緊缺的現有機組和新建機組建設脫硫工程時，煙氣循環流化床脫硫工藝是可選用的、有效的脫硫方案之一。其主要原因是該工藝結構簡單、設備布置緊湊、且可利用現有的設備如煙囪、除塵器等，占用場地僅為濕法工藝的30％～40％。
采用煙氣循環流化床脫硫工藝的脫硫系統在電廠的布置方式主要有5種：
(1)反應塔布置在鍋爐和鍋爐/脫硫除塵器之間。采用這種方式必須新建鍋爐引風機或改造現有的鍋爐引風機；
(2)反應塔布置在電廠原有的鍋爐除塵器的上游，在鍋爐和原有鍋爐除塵器之間。原有鍋爐除塵器在必要時應進行改造，并新建鍋爐引風機或改造現有的鍋爐引風機；
(3)反應塔布置在鍋爐除塵器和新建的脫硫除塵器之間，并在反應塔前增加脫硫風機；
(4)反應塔和新建的脫硫除塵器均布置在煙囪之后，并在新建的脫硫除塵器后增加脫硫風機；
(5)反應塔和新建的脫硫除塵器均布置在鍋爐房的頂部，并在新建的脫硫除塵器后增加脫硫風機。
說明：鍋爐除塵器是指捕集鍋爐原煙氣中煙塵的除塵器；脫硫除塵器是指捕集脫硫副產物專用的除塵器；鍋爐/脫硫除塵器是指既捕集鍋爐原煙氣中的煙塵，同時又捕集脫硫副產物的除塵器。
二、技術評價
與傳統的石灰石石膏濕法拋棄(簡稱濕法)工藝相比，無論是CFB、還是RCFB和GSA工藝，均具有以下技術特點：
(1)脫硫效率高：在鈣硫比為1.1～1.5時，脫硫效率可達90％以上，可與濕法工藝相媲美；
(2)工程投資、運行費用和脫硫成本較低，約為濕法工藝的50％～70％；
(3)工藝流程簡單，系統設備少，約為濕法工藝的40％～50％，且轉動部件少，從而提高了系統的可靠性，降低了維護和檢修費用；
(4)占地面積小，約為濕法工藝的30％～40％，且系統布置靈活，非常適合現有機組的改造和場地緊缺的新建機組；
(5)能源消耗低，如電耗、水耗等，約為濕法工藝的30％～50％；
(6)能有效脫除SO2、氯化物和氟化物等有害氣體，其脫除效率遠高于濕法工藝，達90％～99％。因而對反應塔及其下游的煙道、煙囪等設備的腐蝕性較小，可不采用煙氣再熱器，對現有的煙囪可不進行防腐處理，直接使用干煙囪排放脫硫煙氣；
(7)對鍋爐負荷變化的適用性強，負荷跟蹤特性好，啟停方便，可在30％負荷時投用，對基本負荷和調峰機組均有很好的適用性；
(8)對燃煤硫分的適應性強，可用于0.3％～6.5％的燃煤硫分。且應用于中低硫(< 2％)煤時，其經濟性優于濕法工藝；
(9)無脫硫廢水排放，且脫硫副產品呈干態，對綜合利用和處置堆放有利；
(10)脫硫后煙塵既可用靜電除塵器，也可用布袋除塵器捕集；
(11)已有十多年的運行經驗，工藝成熟、可靠，且最大裝機容量達300MW；
(12)在脫硫吸收劑中加入少量的鐵基催化劑，可脫除60％～90％氮氧化物，具有脫硫脫氮一體化的發展潛力。
盡管該工藝的技術非常優越，但也存在一些缺點和有待解決的問題：
(1)必須采用高品位的石灰作為吸收劑。我國石灰的供應尚存在品位低、質量不穩定、供應量不足、供應源分布不均、價格過高等缺陷；另外，石灰對人體有一定的危害，采用石灰作為吸收劑必須保證系統有良好的密封性和安全措施，否則會影響電廠的安全文明生產；
(2)脫硫副產品的綜合利用。本工藝的脫硫副產品中含有一定量的亞硫酸鈣。亞硫酸鈣的化學性能不穩定，在自然環境下會逐漸氧化為硫酸鈣，同時體積會增大，有可能影響原粉煤灰的綜合利用。如要保持原粉煤灰的綜合利用，則脫硫系統必須布置在鍋爐除塵器之后，且必須增設用于捕集脫硫副產品的脫硫除塵器。目前國內外對脫硫副產品的綜合利用已積累了不少經驗，新的利用途徑也正在開發之中；
(3)系統的壓力降較大(約1500～2500Pa)。一般現有電廠引風機的壓頭裕量難以克服如此大的壓降，需要增加新的脫硫風機。高的壓力損失還使得運行費用有所增加；
(4)反應塔的壓力降波動較大。由于反應塔內大量物料不斷地湍動，因此反應塔的壓力降有較大波動，對鍋爐爐膛內負壓的穩定性有一定影響。如將脫硫增壓風機設置在脫硫系統上游，可適當減小影響。
三、經濟評價
CFB、RCFB和GSA三種煙氣循環流化床脫硫工藝與石灰石石膏濕法拋棄工藝的經濟比較，以新建100MW燃煤機組、脫硫設備全部考慮進口為基礎，表1（略）列出了4種脫硫工藝進行經濟比較的基本參數。表2為4種脫硫工藝的主要經濟指標。表3對4種工藝的經濟性作了比較。由表2可見：在機組容量、燃煤狀況、脫硫效率等技術參數基本相同的情況下，3種煙氣循環流化床脫硫工藝的經濟性基本相同，而且均優于石灰石石膏濕法拋棄工藝。由表3可見：煙氣循環流化床脫硫工藝的工程投資和脫除SO2的成本均為濕法拋棄工藝的60％～70％。

表2 4種脫硫工藝的主要經濟指標比較
項目 CFB工藝 RCFB工藝 GSA工藝 濕法拋棄工藝
工程總投資（萬元） 3500 3400 3800 5802
單位容量投資（元/KW）350 340 380 580.2
年運行費用（萬元） 1079 1039 1098 1766
壽命期內脫除SO2的成本 714.9 688.4 727.5 1170.1
（元/噸SO2）
脫硫增加電價（元/KW）0.0083 0.008 0.0085 0.014

表3 4種煙氣脫硫工藝的經濟性比較（按全部進口計）
項目 CFB RCFB GSA 濕法拋棄
工程總投資或單位容量投資 0.603 0.586 0.655 1
脫除SO2的成本或脫硫增加電價 0.611 0.588 0.622 1


四、在我國的應用前景
根據我國專家對煙氣循環流化床脫硫技術發展的跟蹤研究，認為它是一種較適合我國國情的脫硫工藝。在脫除SO2的同時，通過添加一定的催化劑，還能脫除氮氧化物，是值得廣泛推廣應用的脫硫工藝之一。
目前我國云南小龍潭發電廠引進FLS公司的GSA工藝已在1臺100MW燃煤機組上投入運行；Wulff公司的RCFB工藝也在廣州恒運集團公司的1臺200MW機組上開始建設；LLB公司正與有關公司商談，擬在1臺300MW的燃煤機組上建設CFB脫硫工藝。今后幾年內，將有更多的電廠在100～300MW的現有機組或新建機組上建設脫硫工程，煙氣循環流化床脫硫工藝是具有強大競爭力的脫硫工藝之一，因而具有廣闊的應用前景。