摘要：循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)（CFB-FGD）是一種半干法脫硫工藝。該技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、易于操作，運行費用低的特點，而且能夠在很低的鈣硫比的情況下獲得較高的脫硫效率，是一種適合我國國情的一種脫硫技術(shù)。本文詳細(xì)介紹了循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)的特點，分析了其脫硫原理以及影響脫硫效率的因素，并論述了循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)存在的問題及國內(nèi)的研究狀況。
　　關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床；煙氣脫硫；脫硫技術(shù)；脫硫效率
　　引言：我國是大氣污染最嚴(yán)重的國家之一，而SO2是目前大氣污染物中影響最廣、數(shù)量最大的一種氣體污染物。在1997年我國的SO2排放總量就已經(jīng)達(dá)到2346萬t，居世界第一位。SO2是酸雨的形成的主要原因，酸雨能夠影響人體的健康，腐蝕建筑物，破壞森林、水生物的生態(tài)平衡，使土壤酸性貧瘠。SO2氣體的大量排放給我國的自然環(huán)境帶來了巨大影響。因此控制和減少SO2的排放，研究脫硫技術(shù)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實意義。
　　循環(huán)流化床煙氣脫硫工藝(CFB-FGD)是控制SO2氣體污染方法中的一種，它是由德國魯奇(Lurgi)公司于80年代后期開發(fā)的一種新的半干法技術(shù)。隨著世界脫硫市場的擴(kuò)大，循環(huán)流化床煙氣脫硫工藝已經(jīng)引起了人們越來越多的關(guān)注，丹麥的FLS公司、德國的Wulff公司、日本的日立公司以及瑞典的ABB公司都對這種工藝進(jìn)行了開發(fā)研究。目前已達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用的有3種流程，它們分別是：Lurgi-Bischoff公司的煙氣脫硫技術(shù)；Wulff公司的RCFB煙氣脫硫技術(shù)；FLS公司的煙氣脫硫GSA技術(shù)。下面將針對循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)進(jìn)行簡單的分析。
　　1循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)特點
　　煙氣脫硫技術(shù)歸納起來有三種：濕法洗滌、半干法、和干法。濕法洗滌的特點是脫硫效率比較高，但是運行及維護(hù)費用也比較高，投資大而且容易造成二級污染；干法的特點是投資少，但是脫硫效率低，鈣的利用率低，脫硫劑浪費較為嚴(yán)重。半干法脫硫效率以及運行維護(hù)費用均適中，但鈣的利用率不高，不適合高硫煤煙氣處理。循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)則屬于一種半干法脫硫工藝。這種工藝以循環(huán)流化床原理為基礎(chǔ)，通過對吸收劑的多次再循環(huán)利用，來延長煙氣與吸收劑的接觸時間，從而大大地提高了吸收劑的利用率和脫硫效率。它不但具有干法脫硫工藝的優(yōu)點，而且還能在很低的鈣硫比條件下，達(dá)到濕法工藝的脫硫效率。具體說來，它具有以下特點：
　　1.1脫硫效率高
　　其不僅脫硫效率高，且能有效脫除SO3、氯化物和氟化物等有害氣體。在鈣硫比為1.1~1.5時，脫硫效率可達(dá)到90%以上，是目前各種干法、半干法煙氣脫硫工藝中最高的，甚至可以趕上濕法工藝；對SO3、氯化物和氟化物等氣體脫除效率遠(yuǎn)高于濕法工藝，可以達(dá)到90%~99%，因而對反應(yīng)塔以及煙道、煙囪等設(shè)備的腐蝕性較小，可直接使用干煙囪排放脫硫煙氣，而不采用煙氣再熱器，對現(xiàn)有的煙囪也可不進(jìn)行防腐處理。
　　1.2成本低
　　工藝流程簡單，所需系統(tǒng)設(shè)備少，僅為濕法工藝的40%~50%，且傳動部件少，提高了系統(tǒng)的可靠性并降低了檢修和維護(hù)費用；占地面積為濕法工藝的30%~40%，系統(tǒng)布置靈活，適合現(xiàn)有機(jī)組的改造和場地緊缺機(jī)組的新建；工程投資運行費用和脫硫成本相當(dāng)于濕法工藝的50%~70%；能源消耗如電耗、水耗等，僅為濕法工藝的30%~50%。
　　1.3對燃煤硫分的適應(yīng)性強(qiáng)
　　它對燃煤硫分的適應(yīng)性強(qiáng)，可用0.3%~6.5%的燃煤硫分。且應(yīng)用于中低硫煤時(<2%)，其經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于濕法工藝。對鍋爐負(fù)荷變化的適用性強(qiáng)，而且啟停方便，負(fù)荷跟蹤特性好，可在30%負(fù)荷時投用，對基本負(fù)荷和調(diào)峰機(jī)組適用性均很好。
　　此外，在脫硫吸收劑中加入少量的鐵基催化劑，能夠脫除60%~90%氮氧化物，在脫硫脫氮一體化方面具有發(fā)展?jié)摿Α?br /> 　　2循環(huán)流化床煙氣脫硫原理
　　循環(huán)流化床煙氣脫硫原理是利用循環(huán)流化床強(qiáng)烈的傳熱和傳質(zhì)特性，在流化床內(nèi)加入石灰脫硫劑從而達(dá)到脫硫、并除掉部分有害氣體的目的。其具體工藝過程為：煙氣進(jìn)入循環(huán)流化床反應(yīng)器，然后在其中與石灰漿反應(yīng)，石灰漿固體在反應(yīng)器內(nèi)同時完成蒸發(fā)和脫硫的過程。煙氣經(jīng)過分離器和除塵器后，部分物料循環(huán)進(jìn)入流化床反應(yīng)塔，其他的物料則收集后集中處理。利用物料的循環(huán)增長脫硫劑的停留時間，來提高鈣利用率和反應(yīng)器的脫硫效率。事實上在脫硫過程中，有諸多因素會影響脫硫效率，概括如下：
　　2.1脫硫劑表面有無水分能夠影響脫硫效率
　　實驗表明，如果循環(huán)流化床內(nèi)沒有噴水，循環(huán)流化床煙氣脫硫效率較低。循環(huán)流化床煙氣脫硫?qū)嶋H上是處于干法和濕法之間的半干法煙氣脫硫。脫硫劑表面沒有水分時，脫硫機(jī)理為：首先SO2氣體擴(kuò)散到脫硫劑表面；然后SO2在表面和脫硫劑結(jié)合，反應(yīng)生成CaSO3，在氧化條件下部分氧化生成CaSO4；而部分的SO2通過孔隙內(nèi)氣相擴(kuò)散進(jìn)入脫硫劑內(nèi)部參加反應(yīng)，在此過程中，由于CaO比CaSO4和CaSO3的體積小。CaSO4有可能堵住內(nèi)部孔隙而使得脫硫效率比較低。而當(dāng)脫硫劑表面含有水分時，脫硫機(jī)理則為：SO2從主流體向顆粒表面的外部氣相傳質(zhì)，而后顆粒表面對SO2進(jìn)行吸收溶解，形成HSO3-，SO32-；然后硫份在液相中擴(kuò)散，Ca(OH)2顆粒在液相中發(fā)生溶解；最后鈣與硫的液相反應(yīng)。
　　在脫硫劑中含有水分的情況下，之所以更有利于脫硫，是因為：（1）水分在顆粒內(nèi)部的滲透在Ca(OH)2顆粒間形成液膜，使氣體分子在孔隙和產(chǎn)物層內(nèi)的擴(kuò)散轉(zhuǎn)變?yōu)橐合嘀械碾x子擴(kuò)散，減小了擴(kuò)散路徑和阻力。（2）顆粒表面的水分通過吸收溶解SO2，形成有利于反應(yīng)進(jìn)行的新反應(yīng)成份HSO3-、SO32-，含有水分的脫硫劑進(jìn)入循環(huán)床內(nèi)，就等于首先進(jìn)行濕法脫硫，同時脫硫劑表面的水分蒸發(fā)，然后進(jìn)行的是干法脫硫。一定條件下，濕法脫硫占得比重越大，循環(huán)流化床的脫硫率就越高，但如果濕法所占比例太大，則會影響循環(huán)流化床的正常運行，而且固體廢物中水分也會不好處理。
　　2.2鈣硫比、含水量、塔內(nèi)溫度、塔內(nèi)平均溫度和絕熱飽和溫度差等脫硫運行中的參數(shù)，也會影響脫硫效率
　　一般情況下，鈣硫摩爾比越大脫硫效率越高，但過大的鈣硫比是不必要的，實際操作中選擇的鈣硫比為1.1~1.40。脫硫劑要由一定的含水量，顆粒在進(jìn)入塔內(nèi)可以通過造粒過程制成含有一定水分，一定粒徑的脫硫劑顆粒，同時可以向脫硫塔內(nèi)噴水，要求噴水要均勻。一般要求顆粒表面含水量控制在3~7%之間，過量的含水量對增大脫硫率效果并不明顯。有實驗表明，顆粒表面含水量從0增加到0.08脫硫反應(yīng)速率增加了27.4倍，而含水量從0.08增加到0.5反應(yīng)速率增加的卻不到1倍。
　　循環(huán)流化床脫硫的最佳溫度為70oC~90oC。但由于受煙氣溫度的控制，塔內(nèi)實際溫度往往高于此值，通過向塔內(nèi)噴水可以降低溫度，但噴水量受運行條件影響，不能過大。實際上，塔內(nèi)溫度可以控制在90~150oC，而一般情況下是100~120℃之間。
　　塔內(nèi)平均溫度和絕熱飽和溫度之差(△T)對脫硫率也有很大影響。△T越大，脫硫劑表面的水在蒸發(fā)的就越快，脫硫效率就會越低；△T越小，脫硫劑表面水蒸發(fā)就越慢，有可能在顆粒到達(dá)避面時還沒有蒸發(fā)完，顆粒容易附在避面上。通常認(rèn)為，在△T為15℃~20℃時，脫硫效率可以達(dá)到最高值為80%以上。
　　3循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)存在的問題
　　3.1脫硫副產(chǎn)品的綜合利用問題
　　循環(huán)流化床煙氣脫硫工藝的脫硫副產(chǎn)品中含有亞硫酸鈣。由于亞硫酸鈣的化學(xué)性能不穩(wěn)定，在自然環(huán)境下逐漸氧化為硫酸鈣的過程中體積會增大，這將會影響到原粉煤灰的綜合利用。為避免此種情況發(fā)生，脫硫系統(tǒng)則必須布置在鍋爐除塵器之后，且必須增設(shè)脫硫除塵器，用于捕集脫硫副產(chǎn)品。目前，國內(nèi)外也正在開發(fā)對脫硫副產(chǎn)品綜合利用的新途徑。
　　3.2對作為吸收劑的石灰的要求比較高
　　在石灰工業(yè)較為成熟的發(fā)達(dá)國家，得到高質(zhì)量的商品石灰相對容易，因此以高品位石灰作為吸收劑不會出現(xiàn)供應(yīng)上的問題。但對我國來講，石灰的供應(yīng)品位低、供應(yīng)量不足、質(zhì)量不穩(wěn)定、價格過高、供應(yīng)源分布不均等現(xiàn)象仍然存在。而且石灰對人體也有一定的危害，因此如果系統(tǒng)密封性和安全措施不夠好的話，有可能對人造成傷害。
　　3.3反應(yīng)塔的壓力降波動大且系統(tǒng)壓力降較大
　　反應(yīng)塔內(nèi)大量物料不斷地湍動會引起反應(yīng)塔的壓力波動較大，這樣會造成鍋爐爐膛負(fù)壓的不穩(wěn)定。如將脫硫增壓風(fēng)機(jī)設(shè)置在脫硫系統(tǒng)上游，可適當(dāng)減小影響。系統(tǒng)的壓力降也較大。需要增加新的脫硫風(fēng)機(jī)才可以克服如此大的壓降，運行費用還會因為高的壓力損失而有所增加。
　　4國內(nèi)循環(huán)流化床煙氣脫硫的研究現(xiàn)狀及發(fā)展
　　我國在1961年就開始了對煙氣脫硫技術(shù)的研究，但目的是為了防止鍋爐尾部受熱面的低溫腐蝕。1986年燃煤二氧化硫污染技術(shù)被我國列為重點研究課題，60多個高校、科研和生產(chǎn)單位先后對脫硫工藝進(jìn)行了研究以及實驗。如清華大學(xué)、中綠公司、東南大學(xué)等。東南大學(xué)熱能工程研究所用干消化石灰粉末作脫硫劑在變速循環(huán)流化床進(jìn)行了脫硫?qū)嶒炑芯浚珻a/S=1.1，在噴入適量水的情況下，脫硫效率達(dá)到了85%。1999年又建造一處理量為1500Nm3/h的實驗臺，并將之投入了工業(yè)應(yīng)用。清華大學(xué)熱能工程系煤清潔燃燒國家重點實驗室進(jìn)行的是小型循環(huán)流化床煙氣脫硫的試驗研究，試驗裝置為高6000mm、直徑280mm的豎直筒體，用電加熱空氣進(jìn)行模擬煙氣，頂端采用端頭結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)內(nèi)循環(huán)，采用脫硫劑為石灰漿，在Ca/S為1.4并控制床內(nèi)溫度接近露點溫度的情況下，脫硫效率達(dá)到了96%以上。
　　總體來講，雖然我國對循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)的研究起步較早，但是發(fā)展緩慢。我國目前使用的脫硫裝置大部分還是采用進(jìn)口，而且價格昂貴。與發(fā)達(dá)國家相比，在循環(huán)流化床煙氣脫硫方面我國大部分的技術(shù)還停留在小試或中試階段，雖然一部分已經(jīng)有了工業(yè)試驗，但還都沒有大規(guī)模推廣使用。
　　現(xiàn)在循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)各個國家都在積極探索研究，并逐步朝著系統(tǒng)簡單化、設(shè)備大型化、控制自動化發(fā)展，因此國內(nèi)應(yīng)用循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)的比例也在逐步提高。隨著對循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)認(rèn)識的深入、以及對脫硫灰綜合利用的改進(jìn)開發(fā)，循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)應(yīng)用的前景將會更加廣闊。
　　5結(jié)語
　　循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)通過對吸收劑的循環(huán)利用，提高了脫硫效率，與其他脫硫技術(shù)相比在諸多方面具有很大的優(yōu)越性。就目前的技術(shù)水平而言，傳統(tǒng)的脫硫工藝在設(shè)備投資、運行等方面還有存在一些問題，因此，對我國這樣一個環(huán)境形勢嚴(yán)峻而經(jīng)濟(jì)實力相對薄弱的國家來說講，尋找更高效、經(jīng)濟(jì)、可靠的脫硫方法尤為必要。循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)無疑是今后發(fā)展的一個方向。
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