炉内喷钙及尾部增湿(LIFAC)活化脱硫技术
煤是中国的主要能源,中国的大气环境是典型的煤烟型污染,据统计,中国当前大气污染物中,SO2的87%,粉尘的71%来自煤燃烧。中国的燃煤装置、尤其是中国量大面广的中小型工业锅炉还无法承受昂贵的烟气净化技术。
当前中国广泛使用的旋风、水膜等除尘器对细微烟尘收集效果很差,烟气脱硫几乎还是空白;开发切实可行、低成本燃煤烟气净化技术装备,是中国环保研究开发的迫切任务。
LIFAC(LimestoneInjecyionintoFurnaceandActivationofUnreactedCalcium)烟气脱硫工艺即锅炉炉膛内喷射石灰石粉,并配合采用锅炉尾部烟道增活化反应器,使CaO通过雾化水进行增湿活化的烟气脱硫工艺。目前世界许多厂商研究开发的以石灰石喷射为基础的干法脱硫工艺中,芬兰Tampella和IVO公司开发的这种脱硫工艺最为典型,并于1986年首先投入商业性运行。
八十年代在技术不断发展和追求降低费用的基础上,炉内喷钙脱硫作为第三代低成本烟气脱硫技术受到重视,芬兰LIFAC技术,炉内喷钙—尾部水合成套技术,脱硫率可达85%~90%以上;
在原国家科委、机械工业部和环保局支持下,哈尔滨电站设备成套设计研究所自“六五”以来,持续开展了喷钙脱硫成套技术的环保科技攻关研究,证实该项技术工艺流程简单、占地面积小,设备投资和运行费用低,不仅适用于新建机组,而且特别适用于现有设备的烟气脱硫技术改造;不仅适用于大型电站锅炉,而且适用于中小型锅炉,是当前最适合中国国情的烟气脱硫技术之一。
哈尔滨电站设备成套设计研究所和北京轻工业学院、哈尔滨锅炉厂等单位在协同攻关中,全面掌握了喷钙脱硫成套技术,并正在开发了湿颗粒层烟气净化技术,将增湿水合发展为过饱和增湿、高效除尘、除湿,增湿水合脱硫和高效除尘结合为一体,提高了烟气净化效果,简化了系统,使该项技术在中小型燃烧装置应用更为现实,同时也为大机组推广应用奠定了基础。
炉内喷钙加尾部烟气增湿活化脱硫工艺是在炉内喷钙脱硫工艺的基础上在锅炉尾部增设了增湿段,以提高脱硫效率。该工艺多以石灰石粉为吸收剂,石灰石粉由气力喷入炉膛850~1150℃温度区,石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳,氧化钙与烟气中的二氧化硫反应生成亚硫酸钙。由于反应在气固两相之间进行,受到传质过程的影响,反应速度较慢,吸收剂利用率较低。在尾部增湿活化反应器内,增湿水以雾状喷入,与未反应的氧化钙接触生成氢氧化钙进而与烟气中的二氧化硫反应。当钙硫比控制在2.0~2.5时,系统脱硫率可达到65~80%。由于增湿水的加入使烟气温度下降,一般控制出口烟气温度高于露点温度10~15℃,增湿水由于烟温加热被迅速蒸发,未反应的吸收剂、反应产物呈干燥态随烟气排出,被除尘器收集下来。
该脱硫工艺在芬兰、美国、加拿大、法国等国家得到应用,采用这一脱硫技术的最大单机容量已达30万千瓦。
经过分析研究发现,最初开发的炉内增钙技术,由于钙基吸着剂的添加方式有误,在高于1200℃的烟温区域内,热解生成的CaO被烧僵,化学活性很差,所能得到的脱硫率很低(20%以下),不能作为有效的烟气脱硫技术。
国内外的深入研究表明,在优化炉内喷钙条件下,CaCO3热解生成高活性CaO,虽然难以直接在炉内得到很高的脱硫率,但炉内未与SO2反应的CaO在锅炉后部喷水增湿、水合为Ca(OH)2,低温下可再次与SO2反应,能显著提高系统脱硫率和钙基吸着剂利用率。
优化炉内喷钙条件,使CaCO3热解生成具有较高化学活性的CaO,炉内脱硫率能够有一定程度地提高,达40~50%;若使用特制高效钙基吸着剂炉内脱硫率还可以进一步提高,可达60~70。总的来看,炉内脱硫率和钙基吸着剂利用率都不够高,其技术经济性能的竞争力不够强。
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