德国WULFF公司的干法脱硫技术

潍坊天洁环保

20世纪90年代以来，为了探索国内燃煤电厂烟气脱硫的适用装置，我国先后从国外引进各种类型的脱硫技术，在多个电厂建立了脱硫的示范工程。实践表明，湿法脱硫工艺技术成熟，脱硫效率高，运行可*；干法脱硫工艺脱硫效率中等，但系统简单，投资较省，特别适用于已建电厂的改造。因此，湿法和干法脱硫工艺在我国获得同步发展，这些示范工程的建立为我国今后燃煤电厂的脱硫技术路线提供了宝贵的经验。当前对于众多的已建电厂而言，由于场地有限，迫切寻求一种占地少、初投资省、技术成熟、运行成本低的脱硫装置。由于干法脱硫工艺具备上述条件，近几年我国又引进法国、丹麦、芬兰和德国的干法脱硫技术。本文将重点介绍德国WULFF公司的循环流化床脱硫技术，这种技术除了具有干法脱硫技术的一些优点之外，还可以在较低的钙/硫比下达到与湿法脱硫技术相近的脱硫效率。
一、脱硫工艺
　　WULFF脱硫工艺，见图1。

图1 干法脱硫工艺简图

　　研究选择合适的耐腐蚀材质是各国长期努力的目标。1980年初，国内的电力、冶金研究设计部门为了克服湿法脱硫系统中脱硫塔、烟道和烟囱及衬里的腐蚀，一直在寻求一种造价低、耐高温、耐腐蚀的材料。引起国内用户广泛注意的是耐蚀鳞片胶泥。根据树脂基体基材的不同，有两种可供选择：一种是环氧树脂鳞片胶泥，国内有兰州化机设计院提供；另一种乙烯基脂玻璃鳞片胶泥（vinyl glass flake mortar），简称为VEGF鳞片胶泥，如上海富晨化工有限公司研发的VEGF高度耐蚀鳞片胶泥。后者的综合性能包括耐腐蚀性能和耐温性能均优于前者，目前在日本、美国等国家均采用后者。

　　从锅炉空气预热器排出的烟气，经过第一级除尘器（电除尘/布袋），将粉尘浓度降低到1 g/m3～2 g/m3后进入回流式循环硫化床脱硫塔。脱硫塔底部为一文丘里装置，在这里喷入雾化水使烟气迅速降温，烟气上升到塔本体时，温度控制在80℃～85℃。在脱硫塔中，增湿的烟气与喷入的吸收剂Ca（OH）2相混合，烟气中的SO2和微量的SO3与Ca（OH）2反应生成亚硫酸钙和硫酸钙，部分亚硫酸钙与烟气中的过剩氧生成硫酸钙，烟气在脱硫塔内停留时间为5秒左右，所有的脱硫反应均在塔内完成。
　　在脱硫塔出口设置了回流装置，约有30%的粉尘在塔内循环，继续进行与吸收剂之间的碰撞和摩擦，进一步暴露出吸收剂颗粒未曾反应的新表面，再与SO2等反应，提高了吸收剂的利用率。
　　净化的烟气从脱硫塔顶部排出去进入第二级除尘（电除尘器/袋除尘），由于脱硫塔有内部回流装置，加上除尘器回收的部分灰渣和加入到脱硫塔内的吸收剂，使脱硫塔出口烟尘浓度很高。通过外部再循环给料量调节，保持脱硫塔出口浓度在800 g/Nm3左右，除尘器回收高浓度粉尘达标后，通过烟囱排放。

　　二、脱硫工艺特点
　　干法脱硫基本上都是采用循环硫化床技术，本工艺与其它干法脱硫技术相比，有如下两个特点。
　　1、脱硫剂利用率高
　　该工艺流程的核心部件是回流式循环硫化床的吸收塔，通称脱硫塔，在塔内烟气是自下而上流动，而吸收剂和飞灰在塔内回流是自上而下运动，使参与反应的气固两相反应作逆向运动。在烟气脱硫过程中，将有一部分烟气产生回流形成内部很强的湍流，从而提高了烟气与吸附剂的接触时间，强化脱硫作用。脱硫塔内产生的回流使出口的粉尘浓度大大降低，减少了除尘器的负荷。该装置的烟尘在脱硫过程中，除了在塔内环有回流外，在外环还设有循环装置，可使吸收剂在塔内循环100～150次。在塔内停留时间折算可达30分钟左右，使SO2与吸收剂充分混合，反应速度加快，脱硫效率提高，接近或达到湿法脱硫的效果。烟气在脱硫塔内运动如图2所示。


图2 烟气在脱硫塔内运动示意图

　　2、生石灰消化工艺完备
　　脱硫剂采用生石灰时，有一套完整的消化工艺以提高吸收剂的效率。
　　该工艺是将生石灰通过气力运输泵输送到生石灰仓，再通过喷射装置将生石灰喷入消化器内。在消化器内由流化风机使石灰处于流化状态，水通过消化器底部的回流式喷嘴喷入，与生石灰在消化器内发生过热反应生成消石灰Ca（OH）2。
　　消化器床温受到严格的控制，以控制反应后消石灰中水的含量。反应后的气粉混合物先进入第一级旋风除尘器，如图3所示。大颗粒消石灰回到消化器中继续消化，细颗粒的消石灰再经过第二级旋风除尘器，分离的粉末送至消石灰仓待用，尾气直接引入脱硫塔。

图3 消石灰制备工艺简图
　　此套消化工艺也采用了循环流化床技术，它将生石灰消化为满足吸收塔脱硫要求一定细度的Ca（OH）2干粉。它是有别于其它类型的干消化系统，是WULFF公司的专利产品，通过该工艺产生的消石灰比表面积达18～20m2/g,与一般消化器 生产的消石灰比表面积为12～14 m2/g相比，比表面积提高约50%。

　　三、配套电除尘需注意的几个问题
　　干法脱硫基本上都采用脱硫剂循环使用的方法，脱硫塔出口粉尘浓度一般为600～1000 g/Nm3。在国外高浓度粉尘的除尘设备一般采用布袋除尘器，采用电除尘器较少。用电除尘器处理高浓度粉尘在我国还是一个新的课题，解决好这个问题，将提升电除尘器的性能和设备潜力。我国已开始着手这方面的工作，在建材行业已进行了有意的尝试并取得一些成果。根据国外的经验以及我国为数不多的实例，处理高浓度粉尘的电除尘器设计与常规电除尘器相比，要注意以下几个方面的问题：
　　1、建立预收尘装置
　　建立预收尘装置不是指增加新的设备，而是利用烟尘进入电除尘器的喇叭后，最大限度降低粉尘浓度，以减轻电场的负荷。
　　高浓度的尘流由烟道进入电除尘进口喇叭管时，烟气流速从15～18m/s逐渐降低至1m/s左右，粗颗粒粉尘在重力作用下沉降。主气流流经分布板时，将气流分割扩散，使原来方向不与气流分布板垂直的气流改变方向，气流方向的突变，由于惯性作用粉尘被分离。建立预收尘装置就是强化重力和惯性力的作用，设计良好的预收尘装置，可以使进入第一电场的粉尘浓度减低 30%～40%。
　　通常气流进入电场有上进气、下进气、侧进气和水平进气等方式，应根据不同条件建立预收尘装置，例如上进气方式，在气流分布板上安装折流板，下部增设一个灰斗。当烟气通过喇叭管进入电场时，一方面气流将产生90O的转折，一方面气流进入喇叭管底部面积收缩，使气流絮流加剧，尘粒在这个过程中相互碰撞、凝聚，在重力和惯性力的作用下，相当一部分粉尘被沉降在灰斗内。
　　水平进气的预收尘装置是沿气流方向设置一些“挡板”，使气流作较急剧的转折，一部分粉尘粘附在“挡板”上，一部分粉尘凝聚成大的颗粒在惯性力的作用下被捕集。“挡板”的形式及层数可以通过试验定出，阻力损失一般不大于100Pa。
　　2、建立适当的气流均布装置
　　建立预收尘装置必需和气流均布装置结合起来，进口喇叭的有限空间既要最大限度收集粉尘，以减少电场的负荷，同时又要使进入电场的气流均匀。
　　对于收集高浓度粉尘的电除尘器，对气流分布均匀性的要求与常规电除尘器有差别，因为高浓度粉尘进入电场后粉尘浓度梯度变化很大，在粉尘振打清灰的重力沉降过程中，电场下部的浓度很高，上部浓度较低。为了有利于粉尘的收集，电场下部的气流速度应较平均流速低，要求整个电场截面流速均匀显然不是最佳选择。
　　3、极配 形式
　　合理的极配形式是取得最佳结果的关键。对于收集高浓度粉尘的电除尘器，应根据粉尘在电场内的分布情况而 设置不同的极配形式。例如，沿气流方向粉尘浓度逐渐降低，沿电场高度方向自上而下粉尘浓度将逐渐提高，特别在第一电场下部的粉尘浓度远高于平均值。如果将电场分作上中下三个区供电将会发现，下部的电晕电流很小，产生明显的电晕闭塞现象。相反，上部供电参数较正常。为了改善这种状态，针对不同的电场以及一个电场的上、中、下（或上、下）部采取不同的极配形式，以取得最佳的效果。
　　4、清灰装置可*
　　保持电极上的粉尘不致堆积过厚是电除尘器长期高效运行条件之一。设计良好的振打系统是使电极上粉尘有效地清除同时引起的二次扬尘最小。振打效果不仅仅用加速度的大小来衡量，因为清除电极上的粉尘不仅与振打加速度有关，还与电极的振幅及固有频率有关：
　　g=f2S
　　式中　g：加速度
　　　　　f：频率
　　　　　S：振幅
　　从上式可以看出，振打加速度与电极的振动频率平方成正比，由于振动频率与位移互为函数，如图4所示。因此，在一定的振打加速度范围内，应尽量避免振动频率在10或1000这两个极值上，以保证最佳的清灰效果。因为频率低、振幅大，粉尘不易从电极上清除下来。相反，频率高、振幅小，粉尘往往不能呈片状下落而引起二次扬尘，同时容易使振打系统产生疲劳破坏。由于不能用理论计算确定有关参数，最好通过试验测定。

图4 位移与频率的关系


　　5、其它
　　为了提高脱硫效率，必需降低脱硫塔内的温度和增加脱硫塔内的湿度，因此进入电除尘器内的烟尘湿度大，烟气湿度接近露点。为了保证电除尘器正常运行，必须作好设备的保温，尤其是绝缘子室和灰斗的保温。设备保温层的厚度不少于150mm，漏风率要求＜3%。由于电除尘器收集的粉尘量大，必须配置高输灰能力的输灰设备并保证排灰系统的畅通。同时，为了防止灰斗底部漏风，应选用良好的锁风装置，确保设备内部不结露，并保证排灰装置的畅通与良好的锁风。
　　目前，我国多个公司正在推广干法脱硫技术，脱硫后的净化设备均选用电除尘器，粉尘排放浓度为200mg/Nm3。随着研究的深入和不断地总结经验，粉尘排放浓度还会大幅度降低。