主要半干法脱硫工艺机理分析.doc

几种半干法脱硫工艺机理的探讨 葛介龙 张佩芳 戴永阳 周钓忠 李文勇 张永 （浙江菲达环保科技股份有限公司 诸暨 311800） 摘 要：本文总结循环半干法、烟道流化床、炉内喷钙炉后增湿活化、喷雾半干法等脱硫工艺的工程应用，就反应时间、操作温度、钙硫比、可靠性、燃料适应性、装置占地、性价比等进行了综合比较分析，并对上述四种主要半干法脱硫工艺进行了脱硫机理的探讨。 关键词：半干法、脱硫、性价比、机理、研究 1前言 在市场上已有商业运行业绩的半干法指的是喷雾半干法、炉内喷钙炉后活化法、灰外循环增湿半干法、烟道流化床脱硫法等四种。本文重点探讨的是采用灰再循环原理，性价比更好的NID、CFB工艺。ALSTOM公司开发的循环半干法NID工艺、德国比肖夫等公司开发的烟道循环流化床脱硫工艺的共同特点是脱硫灰高倍比循环，系统是“干态”的，终产物宜用气力输送，其它的如喷雾干燥法、炉内喷钙炉后活化法脱硫等虽也属半干法，但由于灰不循环，脱硫效率不高，能物耗较高，性价比没有优势。 2 半干法脱硫工艺的机理、性能比较 2.1.反应时间 通常NID反应器是设计成矩形的，反应器中的烟气流速是10~20m/s，CFB技术的反应器设计成圆柱塔，塔内的烟气流速3.5m/s左右。 NID与CFB是当今最先进的主流半干法脱硫技术，两者的共同点是反应器的喉部后有一个固体物料的内循环系统，利用高倍比的脱硫灰增湿并循环，达到高效脱硫的目的。两种工艺的原理示意图如下： 图1 NID反应系统示意图 图2 CFB反应系统示意图 C1、C0分别为NID和CFB工艺反应器中的活性Ca(OH)2的浓度。因为两种工艺都具有灰高倍比循环的特征，因此原烟气进入反应器后的0.3秒内，烟气温度即降到要求的75℃左右。CFB工艺的阻力降主要来自喉部及扩大段，系统总阻力较高，通常设计值为1800Pa左右，而NID工艺在反应器中的压力降分配则相对均匀，通常设计值为1200Pa。从图1、2中可以看出，两者的最明显区别在于工艺水加入位置的不同，正是由于这原理的区别，造成两技术以下性能上的明显差异。 CFB工艺的特点是因喷嘴埋在流态不稳定、湿度不均匀的反应灰堆中，循环灰表面含水不均匀，且有游离的直径较大液滴浆团，易造成喷嘴及吸收塔惭扩段的粘堵，装置不能长周期稳定运行。 而NID的特点是在一个外置的专有设备中对反应循环灰进行雾化增湿，灰表面水分呈均匀的薄膜状，且大量的循环物料具有巨大的蒸发表面，灰表面的水分蒸发很快，在1m左右的反应器床层高度内使烟气温度降到75℃左右，达到理想的脱硫工况，达到90%以上的脱硫效率。两种工艺的脱硫效率与反应时间的分布梯度见下图： 图3反应时间与效率关系示意图 在整个脱硫反应过程中，NID工艺的脱硫效率与反应时间的变化速率K理论上说约是CFB工艺的6倍。因为脱硫反应可以理解为基元反应，根据化学反应碰撞理论，有效碰撞的机率与反应器中的反应物有效浓度成正相关： r=K×CCa(OH)2(l)×CSO2 (l)×e-RT CFB工艺反应器喉部流速远高于NID，但由于喉部无吸收剂，对提高脱硫效率无贡献。NID垂直反应段中的烟气流通截面积是CFB的1/5，两种工艺需喷入的冷却水量几乎是相等的，循环灰量也几乎一样，因而NID工艺反应器中的CCa(OH)2是CFB工艺反应器中的5倍。在其它参数都一样时，NID反应器中的脱硫速率(去除SO2的摩尔数／单位时间)是CFB工艺的5倍，即达到同样85~95%的脱硫效率，NID工艺需的反应时间仅需CFB工艺的1/5。NID工艺利用高度浓相的CCa(OH)2浓度，可以理解为SO2通过一个具有优良活性的Ca(OH)2(l)固体床层，在非常短的时间内即可实现快速的离子化脱硫，达到90%以上的脱硫效率。在菲达公司已投运行十多套的采用浓相的循环半干脱硫工艺中，只要保证烟气在反应器中有0.9~1.3秒左右的停留时间，就足以保证90％以上的脱硫效率。 高且大直径的反应塔对于脱硫系统吸收平衡后进一步提高脱硫效率意义不大，设计的目的是为了尽可能干燥因内置式喷嘴造成湿度均匀性不稳定的增湿灰，减少在反应器内壁、除尘器内件及极板上的粘结。 脱硫的主反应式是：SO2(l)+Ca(OH)2(l) →CaSO3·1/2H2O(s)+1/2H2O（l）+Q ① 反应式①是一个气液“双膜”控制的放热反应，除了Ca(OH)2(s)表面雾化水使之成为Ca(OH)2(l)是发生快速离子化脱硫反应的前提之外，加强气、固两相之间的相对流速，减少气、液两相间的传质阻力；另外，适当低的反应器操作温度也同样重要。脱硫反应的关键是SO2(g)的扩散并溶解，见下式： SO2(g)→SO2(l)