循環(huán)流化床半干法脫硫工藝流化床的建立及穩(wěn)床措施

1、循環(huán)流化床半干法脫硫工藝流化床的建立及穩(wěn)床措施浙江潔達(dá)環(huán)保工程有限公司 吳國(guó)勛、余紹華、傅偉根、楊鋒【摘要】循環(huán)流化床半干法脫硫工藝技術(shù)要求高，建立和穩(wěn)定流化床是兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)， 只有做好恰當(dāng)?shù)牧骰苍O(shè)計(jì)和配置合理的輸送設(shè)備，才可保證脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定高 效運(yùn)行?！娟P(guān)鍵詞】循環(huán)流化床半干法脫硫床體1、簡(jiǎn)介循環(huán)流化床脫硫工藝技術(shù)是較為先進(jìn)的運(yùn)用廣泛的煙氣脫硫技術(shù)。該法以循環(huán)流化床原理為基礎(chǔ)，主要采用干態(tài)的消石灰粉作為吸收劑， 通過(guò)吸收劑的多次 再循環(huán)，延長(zhǎng)吸收劑與煙氣的接觸時(shí)間，以達(dá)到高效脫硫的目的，其脫硫效率可 根據(jù)業(yè)主要求從60雅V 95%該法主要應(yīng)用于電站鍋爐煙氣脫硫，已運(yùn)行的單塔 處理煙氣量可適

2、用于6MW 300MW機(jī)組鍋爐，是目前干法、半干法等類(lèi)脫硫技術(shù) 中單塔處理能力最大、在相對(duì)較低的 Ca/S摩爾比下達(dá)到脫硫效率最高、脫硫綜 合效益最優(yōu)越的一種方法。該工藝已經(jīng)在世界上10多個(gè)國(guó) 家的20多個(gè)工程成功運(yùn)用；最大業(yè) 績(jī)項(xiàng)目煙氣量達(dá)到了 1000000Nmh， 最高脫硫率98%以上，煙塵排放濃度 30mg/Nm以下，并有兩爐一塔、三爐 一塔等多臺(tái)鍋爐合用一套脫硫設(shè)備 的業(yè)績(jī)經(jīng)驗(yàn)，有30余套布袋除塵器的業(yè)績(jī)經(jīng)驗(yàn)，特別是在奧地利 Thesis熱電廠(chǎng)300MW機(jī)組的應(yīng)用，是迄今為止世界上干法處理煙氣量最大的典范之作；在中國(guó)先后被用于210MW，300MW，50MW燃煤機(jī)組的煙氣脫硫。但是很

3、多循環(huán)流化床半干法脫硫項(xiàng)目由于未能建立穩(wěn)定的床體，導(dǎo)致項(xiàng)目的失敗，不能按原有計(jì)劃完成節(jié)能減排的要求。因此很有必要在此討論一下關(guān)于“循環(huán)流化床半干法工藝流化床的建立及穩(wěn)定措施”的相關(guān)問(wèn)題2、循環(huán)流化床脫硫物理學(xué)理論循環(huán)流化床脫硫塔內(nèi)建立的流化床使脫硫灰顆粒之間發(fā)生激烈碰撞，使顆粒表面生成物的固形物外殼被破壞，里面未反應(yīng)的新鮮顆粒暴露出來(lái)繼續(xù)參加反 應(yīng)，從而客觀(guān)上起到了加快反應(yīng)速度、 干燥速度以及大幅度提高吸收劑利用率的 作用。另外由于高濃度密相循環(huán)的形成，塔內(nèi)傳熱、傳質(zhì)過(guò)程被強(qiáng)化，反應(yīng)效率、 反應(yīng)速度都被大幅度提高，而且脫硫灰中含有大量未反應(yīng)吸收劑， 所以塔內(nèi)實(shí)際 鈣硫比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于表觀(guān)鈣硫比。而建

4、立穩(wěn)定的流化床，就需要有分布均勻的流場(chǎng)和一定高度的床料。可見(jiàn)該技術(shù)的重點(diǎn)是：1、建立穩(wěn)定的流化床；2、建立連續(xù)循環(huán)的脫硫灰輸送系統(tǒng)。而 這兩個(gè)基本項(xiàng)的控制技術(shù)就成為了整個(gè)脫硫項(xiàng)目成功與否的關(guān)鍵。首先我們先來(lái)了解下循環(huán)流化床的動(dòng)力學(xué)特性。脫硫循環(huán)流化床充分利用了固體顆粒的流化特性，采用的氣固流化狀態(tài)為快速流態(tài)化(Fast Fluidization)?？焖倭鲬B(tài)化現(xiàn)象即細(xì)顆粒在高氣速下發(fā)生聚集并因而具有較高滑落速度的氣固流動(dòng)現(xiàn)象，相應(yīng)的流化床稱(chēng)為循環(huán)流化床。當(dāng)向上運(yùn)動(dòng)的流體對(duì)固體顆粒產(chǎn)生的曳力等于顆粒重力時(shí)，床層開(kāi)始流化。如不考慮流體和顆粒與床壁之間的摩擦力，根據(jù)靜力分析，可得出下式，并 通過(guò)式(2

5、-1a、1b)可以預(yù)測(cè)顆粒的最小流化速度。Remfd pUmf p f2 +c1+ c2d p p r PP p -p r g I(12(1(2-1a)Ardppr p p -pr g21(2-1b)式中：C1=33.7，C2=0.0408Remf對(duì)應(yīng)于Umf的顆粒雷諾數(shù);3顆粒密度，kg/m ;、.3Pr 流體密度，kg/m ;dp 顆粒平均粒徑，mUmf 最小流化速度，m/s；2g重力加速度，m/s ;Ar 阿基米得常數(shù)。快速流態(tài)化的特征之一就流體的操作速度遠(yuǎn)大于單顆粒的帶出速度Ut(終端沉降速度，Terminal Velocity)，而球形單顆粒能夠懸浮的條件為顆粒的重力減 去其在流體中

6、浮力等于其在流體中所受到的曳力，對(duì)于球形顆粒，可分為三個(gè)區(qū)：滯流區(qū)Re<0.4 ；過(guò)渡流區(qū)Re=0.4500 ； (3)湍流區(qū)Re=5OO2OOOO0通過(guò)計(jì)算，可知我們所需要的球形顆粒在湍流區(qū)，其終端沉降速度如下式(2-2)：(2-2)1 gd ppp -p f )P 比=1.74 P f式中：p p顆粒密度，kg/m3;、.3Pr 流體密度，kg/m ;dp 顆粒平均粒徑，m2g重力加速度，m/s ;Ut 終端沉降速度，m/s對(duì)于特定的氣固系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)快速流態(tài)化，操作速度還應(yīng)大于輸送速度utr (Transport Velocity)或顯著夾帶速度 Use (Entrainment V

7、elocity)，此時(shí)顆粒不會(huì)發(fā)生噎塞或稀相與密相流化之間的突變?？捎孟率綄?duì)輸送速度utr (m/s)進(jìn)行預(yù)測(cè)(2-3a、3b):UtrUt= 15.17Re-0.468 t(2-3a)Retr -2.28Ar0.419(2-3b)式中:Ret流化床直徑，m-對(duì)應(yīng)于ut雷諾數(shù);Retr對(duì)應(yīng)于utr雷諾數(shù)。根據(jù)脫硫灰的顆粒特性，以及火電廠(chǎng)煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范煙氣循環(huán)流化 床法（HJ/T 178-2005 ）要求一一循環(huán)建立后脫硫塔內(nèi)粉塵濃度按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 8001000g/m3設(shè)計(jì)，我們進(jìn)行計(jì)算從而確定了操作速度為4.5m/s。3、確保循環(huán)流化床穩(wěn)定的措施3.1建立穩(wěn)定的流場(chǎng)要循環(huán)流化床床體穩(wěn)定顯

8、然就首先要確保操作速度穩(wěn)定。因?yàn)檠h(huán)流化床脫硫系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)為：鍋爐f脫硫塔f布袋除塵器f引風(fēng)機(jī) 順流布置（見(jiàn)圖3-1 ）,因此煙氣經(jīng)常單側(cè)引入脫硫塔。故而，煙氣不進(jìn)行整流 則無(wú)法在塔內(nèi)均勻分布，更談不上確保穩(wěn)定的操作速度、建立穩(wěn)定的循環(huán)流化床 床體。Abs uirb wnilorFsbnc Fitter / ESPvpicEiori a*Faoric F 4t ei 樂(lè)圖沖慚施戊際工締ID FanSlack41 KU聊 ElR mr Gm圖3-1循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)工藝流程圖我們采用文丘里技術(shù)（文丘里內(nèi)煙氣速度設(shè)計(jì)為4560m/s），將煙氣引入七管式文丘里（見(jiàn)圖3-2 ）進(jìn)行整流。圖3-2七管式

9、文丘里穩(wěn)定的流場(chǎng)，關(guān)鍵在于擁有穩(wěn)定的靜壓分布和均勻的速度分布場(chǎng)。對(duì)流場(chǎng)我們分靜壓場(chǎng)和速度場(chǎng)分別進(jìn)行 FLUENTS模研究。根據(jù)電腦模擬研究，整流后的 煙氣在脫硫塔反應(yīng)直段表現(xiàn)良好（見(jiàn)圖 3-3a、3b）。Vlacrty 許口的苗 CokirEd By Stariic Pre&sure （p 自乩啟 I）Nlov 23. .2009FLUENT 6.3 （3d. pbn氐 spe, rke）圖3-3a塔內(nèi)靜壓分布首先我們來(lái)看一下靜壓場(chǎng)研究情況。我們研究的是煙氣設(shè)定研究輸入?yún)?shù) 時(shí)：第一，我們將脫硫塔內(nèi)壁設(shè)定為研究邊界；第二，因?yàn)樨?fù)壓系統(tǒng)，靜壓值脫 硫塔出口小于進(jìn)口，環(huán)境變量輸入值脫硫塔塔

10、出口設(shè)定為OPa。3936Velocity Veclors Colored By Velotity MagnitudeNov 23_ 2009FLUENT 6. J (3d. pbns.轄 rke)圖3-3b塔內(nèi)速度分布綜上所述，采用文丘里技術(shù)措施可以很好的解決建立穩(wěn)定流場(chǎng)的問(wèn)題3.2建立連續(xù)循環(huán)的脫硫灰輸送系統(tǒng)有了穩(wěn)定的流場(chǎng)，就需要有連續(xù)供應(yīng)的床料。脫硫灰循環(huán)系統(tǒng)則是實(shí)現(xiàn)連續(xù) 供應(yīng)的關(guān)鍵。我們需要的流化床參數(shù)是依據(jù)一定顆粒計(jì)算而得到的，因此床料顆粒必須為 均勻單顆粒狀態(tài)的；特別注意的是必須避免有循環(huán)灰聚團(tuán)的情況出現(xiàn)， 且入塔前 為穩(wěn)定流化狀態(tài)，以便于入塔后與流化床床體很好的進(jìn)行混合。由上可見(jiàn)

11、，脫硫灰循環(huán)系統(tǒng)最恰當(dāng)是利用氣力輸送方式， 即使用空氣斜槽作 為輸送設(shè)備，且必須避免使用機(jī)械輸送方式（例如螺旋輸送機(jī)、鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)等） 空氣斜槽根據(jù)功能的不同分為兩段：1、布袋除塵器下流化槽，主要是為循環(huán)灰進(jìn)行緩沖儲(chǔ)料，料層較高（1-3m）；2、連接流化槽和脫硫塔的輸送槽，主要是輸送循環(huán)灰，料層較低（100-200mq）。料層不同，則壓阻不同，輸送氣壓就不同。很多項(xiàng)目在設(shè)計(jì)上沒(méi)有考慮到兩段的區(qū)別，使用同一臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)供氣，在 輸送槽進(jìn)氣段也未加減壓裝置，由于輸送槽段壓阻小，致使壓縮空氣大量從輸送 槽段通過(guò)，而流化槽段物料沒(méi)有很好的進(jìn)行流化；從而，循環(huán)灰在流化槽段更容易壓實(shí)團(tuán)聚，導(dǎo)致大量大顆粒脫硫灰

12、入塔，這些顆粒與循環(huán)流化床設(shè)計(jì)流化速度有別，因此這些床料就會(huì)塌落至塔底成為廢料外排。這樣的工況運(yùn)行， 循環(huán)流化 床就無(wú)法建立應(yīng)有的料層， 由于噴入的霧化水量一定， 則塔內(nèi)水灰比將大大提高 超出設(shè)計(jì)值，將導(dǎo)致塔內(nèi)嚴(yán)重積灰，循環(huán)流化床系統(tǒng)床料失穩(wěn)最終崩潰。為了避免這樣的情況出現(xiàn)，在輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)上必須將兩段空氣斜槽區(qū)別對(duì) 待，分別配備不同壓力的氣源滿(mǎn)足各自流化要求， 以實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足脫硫的床料連續(xù)供 應(yīng)。根據(jù)具體項(xiàng)目的調(diào)試， 按上述配置設(shè)計(jì)的輸送系統(tǒng)完全能夠滿(mǎn)足循環(huán)流化床 硫系統(tǒng)的要求，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，脫硫效率達(dá) 91%以上。4、結(jié)語(yǔ)循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)的技術(shù)要求較高， 在做施工設(shè)計(jì)前， 必須先對(duì)脫硫塔流 場(chǎng)進(jìn)行詳盡的研究，然后在設(shè)計(jì)輸送系統(tǒng)設(shè)備時(shí)，也必須考慮到流化床的特點(diǎn)。 當(dāng)然，在建立流化床的時(shí)候還應(yīng)考慮節(jié)能方面的要求， 應(yīng)根據(jù)脫硫效率的不同設(shè) 計(jì)最經(jīng)濟(jì)節(jié)能的相適應(yīng)的流化床床料濃度，這將是我們下一步繼續(xù)研究的重點(diǎn)。 參考文獻(xiàn)：1 高翔，劉海蛟，滕斌，駱仲泱，倪明江，岑可法：循環(huán)懸浮式煙氣半干法脫硫技術(shù)的實(shí) 驗(yàn)研究，動(dòng)力工程， 2006 年 05 期2 米