烟气循环流化床干法脱硫技术在300MW大型火电机组上的应用 福建龙净环保股份有限公司 二OO四年十二月
目录 1. 前言 (1) 2. 项目概况 (1) 3. 煤质特性及烟气参数 (2) 4. 榆社电厂脱硫除尘系统设计基本介绍 (4) 5. 主要设计参数 (5) 6. 投运情况介绍 (6) 7. 运行参数表 (8) 8. 总结 (8)
1.前言 我国是燃煤大国,全国二氧化硫排放总量的90%由燃煤产生。我国现有的3亿多千瓦发电机组中,约有2.4亿千瓦是火电机组,每年发电耗煤约占全国煤炭消费总量的60%。我国已连续多年SO2排放总量超过2000万吨,已成为世界上最大的排放国,二氧化硫的大量排放,是造成我国酸雨污染加重的首要原因,每年给国家造成的经济损失高达1000亿元以上。因此,控制燃煤电厂二氧化硫的排放是我国控制二氧化硫污染的重点。 燃煤脱硫有三种方式,一是锅炉燃烧前脱硫,如洁净煤技术;二是燃烧过程中(炉内)脱硫,如循环流化床燃烧技术;三是燃烧后脱硫技术,即烟气脱硫(FGD)。由于燃烧前和炉内脱硫的效率率较低,难以达到较高的环保要求。因此目前火电厂,特别是大型火电机组烟气脱硫主要采用炉后烟气脱硫工艺。 目前,我国大型火电厂烟气脱硫主要采用国外应用较成熟、业绩较多的湿法(石灰石/石膏法)脱硫工艺,但由于湿法脱硫工艺的系统复杂、投资较大、占地面积大、耗水较多、运行成本较高,在一些应用场合并不是一种最佳选择。 德国鲁奇能捷斯集团(LLAG)公司最早在上世纪七十年代末开始研制一种能在一定的应用场合替代湿法脱硫工艺的,更为简洁脱硫工艺,他们率先将循环流化床工艺技术用于烟气脱硫,形成了一种有别于石灰石/石膏湿法的,全新的干法脱硫工艺。经过近三十年的不断改进(主要是在90年代中后期),解决了烟气循环流化床脱硫技术在负荷适应性、煤种适应性、物料流动性、可靠性、大型化应用等方面的问题,使烟气循环流化床脱硫(干法)技术得以成熟地进行工业应用。 龙净环保于2002年10月18日,在国内率先引进了德国LLAG公司的烟气循环流化床干法脱硫工艺技术。 2003年底,华能国际为其下属榆社电厂的2×300MW机组选择配套由福建龙净环保股份有限公司负责设计、制造的烟气循环流化床干法脱硫、除尘系统。 现就榆社电厂2×300MW机组配套烟气循环流化床脱硫系统的设计、应用情况简单介绍如下: 2.项目概况 榆社电厂位于山西省的中部地区的榆社县,是个典型的多煤缺水地区,距太原东南方向150公里。一期已建2×100MW燃煤机组。2002年新建二期工程,安装2×300MW空冷燃煤发电机组,配置2台1053 t/h煤粉锅炉。
循环流化床技术发展与应用 岳光溪清华大学热能工程系 摘要:循环流化床燃烧技术对我国燃煤污染控制具有举足轻重的意义。我国自上世纪八十年代后采取引进和自我开发两条路线,完全掌握了中小型循环流化床锅炉设计制造技术,在大型循环流化床燃烧技术上已经完成了首台135MWe超高压再热循环流化床锅炉的示范工程。引进的300MWe循环流化床锅炉进入示范实施阶段。燃煤循环流化床锅炉已在中国中小热电和发电厂得到大面积推广使用。中国积累的设计运行经验对世界上循环流化床燃烧技术的发展做出了重要贡献。超临界循环流化床锅炉是今后循环流化床燃烧技术发展极为重要的方向,是大型燃煤电站污染控制最具竞争力的技术。我国已经具备开发超临界循环流化床锅炉的能力,在政府支持下可以实现完全自主知识产权的超临界循环流化床锅炉,扭转过去反复引进的被动局面。 前言 能源与环境是当今社会发展的两大问题。我国是缺油,但煤炭资源相对丰富大国。石油天然气对我国是战略资源,要尽量减少直接燃用。目前一次能源消耗中煤炭占65%,在可预见的若干年内还会维持这个趋势。可见发展高效、低污染的清洁燃煤技术是当今亟待解决的问题。 循环流化床是近年来在国际上发展起来的新一代高效、低污染清洁燃烧技术,具有许多其它燃烧方式所没有的优点: 1)由于循环流化床属于低温燃烧,因此氮氧化物排放远低于煤粉炉,仅为120ppm左右。并可实现燃烧中直接脱硫,脱硫效率高且技术设备简单和经济,其脱硫的初投资及运行费用远低于煤粉炉加FGD,是目前我国在经济上可承受的燃煤污染控制技术; 2)燃料适应性广且燃烧效率高,特别适合于低热值劣质煤; 3)排出的灰渣活性好,易于实现综合利用。 4)负荷调节范围大,负荷可降到满负荷的30%左右。 因此,在我国目前环保要求日益严格,煤种变化较大和电厂负荷调节范围较大的情况下,循环流化床成为发电厂和热电厂优选的技术之一。我国的循环流化床燃烧技术的来自于自主开发、国外引进、引进技术的消化吸收三个主要来源。上世纪八十年代以来,我国循环流化床锅炉数量和单台容量逐年增加。据不完全统计,现有近千台35~460t/h 循环流化床蒸汽锅炉和热水锅炉在运行、安 106.78t/h,见图1;参数从中压、次高压、高压发 展到超高压,单台容量已经发展到670t/h,见图2。 截至2003年,投运台数已有700多台。单炉最大 容量为465t/h,发电量150MWE。近三年,我国 循环流化床锅炉发展迅速,100MWe以上循环流 化床锅炉订货量达到近80台,100MWe以下循环 流化床锅炉订货超过200台。今后,随着环保标 准的提高,供热及电力市场对循环流化床锅炉的 需求将会进一步扩大。
循环流化床燃烧技术 一、概念 循环流化床(CFB)燃烧技术是一项近二十年发展起来的清洁煤燃烧技术。它具有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、低成本石灰石炉内脱硫、负荷调节比大和负荷调节快等突出优点。 自循环流化床燃烧技术出现以来,循环床锅炉在世界范围内得到广泛的应用,大容量的循环床锅炉已被发电行业所接受。 循环流化床低成本实现了严格的污染排放指标,同时燃用劣质燃料,在负荷适应性和灰渣综合利用等方面具有综合优势,为煤粉炉的节能环保改造提供了一条有效的途径。 二、循环流化床燃烧技术发展历史回顾 主循环回路是循环流化床锅炉的关键,其主要作用是将大量的高温固体物料从气流中分离出来,送回燃烧室,以维持燃烧室稳定的流态化状态,保证燃料和脱硫剂多次循环、反复燃烧和反应,以提高燃烧效率和脱硫效率。 分离器是主循环回路的关键部件,其作用是完成含尘气流的气固分离,并把收集下来的物料回送至炉膛,实现灰平衡及热平衡,保证炉内燃烧的稳定与高效。从某种意义上讲,CFB锅炉的性能取决于分离器的性能,所以循环床技术的分离器研制经历了三代发展,而分离器设计上的差异标志了CFB燃烧技术的发展历程。 ●(一)绝热旋风筒分离器 德国Lurgi公司较早地开发出了采用保温、耐火及防磨材料砌装成筒身的高温绝热式旋风分离器的CFB锅炉[1]。分离器入口烟温在850℃左右。应用绝热旋风筒作为分离器的循环流化床锅炉称为第一代循环流化床锅炉,目前已经商业化。Lurgi公司、Ahlstrom公司、以及由其技术转移的Stein、ABB-CE、AEE、EVT等设计制造的循环流化床锅炉均采用了此种形式。 这种分离器具有相当好的分离性能,使用这种分离器的循环流化床锅炉具有较高的性能。但这种分离器也存在一些问题,主要是旋风筒体积庞大,因而钢耗较高,锅炉造价高,占地较大,旋风筒内衬厚、耐火材料及砌筑要求高、用量大、费用高启动时间长、运行中易出现故障;密封和膨胀系统复杂;尤其是
一、循环流化床锅炉的原理 (一)循环流化床的工作原理 1.流化态过程 当流体向上流过颗粒床层时,其运动状态是变化的。流速较低时,颗粒静止不动,流体只在颗粒之间的缝隙中通过。当流速增加到某一速度之后,颗粒不再由分布板所支持,而全部由流体的摩擦力所承托。此时,对于单个颗粒来讲,它不再依靠与其他邻近颗粒的接触而维持它的空间位置,相反的,在失去了以前的机械支撑后,每个颗粒可在床层中自由运动;就整个床层而言,具有了许多类似流体的性质。这种状态就被称为流态化。颗粒床层从静止转变为流态化时的最低速度,称为临界流化速度。 快速流态化流体动力特性的形成对循环流化床是至关重要的。 2.循环流化床锅炉的基本工作原理 高温炉膛的燃料在高速气流的作用下,以沸腾悬浮状态(流态化)进行燃烧,由气流带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛。一次风由床底部引人以决定流化速度,二次风由给煤口上部送人,以确保煤粒在悬浮段充分燃烧。炉内热交换主要通过悬浮段周围的膜式水冷壁进行。 (二)流化床燃烧设备的主要类型 流化床操作起初主要应用在化工领域,本世纪60年代开始,流化床被用于煤的燃烧。并且很快成为三种主要燃烧方式之一,即固定床燃烧、流化床燃烧和悬浮燃烧。流化床燃烧
过程的理论和实践也大大推动了流态化学科的发展。目前流化床燃烧已成为流态化的主要应用领域之一,并愈来愈得到人们的重视。 流化床燃烧设备按流体动力特性可分为鼓泡流化床锅炉和循环流化床锅炉,按工作条件又可分为常压和增压流化床锅炉。这样流化床燃烧锅炉可分为常压鼓泡流化床锅炉、常压循环流化床锅炉、增压鼓泡流化床锅炉和增压循环流化床锅炉。其中前三类已得到工业应用,增压循环流化床锅炉正在工业示范阶段。 循环流化床又可分为有和没有外部热交换器两大类。(如图a和b) (三)循环流化床锅炉的特点 1.循环流化床锅炉的主要工作条件 2.循环流化床锅炉的特点 循环流化床锅炉可分为两个部分。第一部分由炉膛(快速流化床)、气固物料分离设备、固体物料再循环设备和外置热交换器(有些循环流化床锅炉没有该设备)等组成,上述部分形成了一个固体物料循环回路。第二部分为对流烟道,布置有过热器、再热器、省煤器和空气预热器等,与常规火炬燃烧锅炉相近。 循环流化床燃烧锅炉的基本特点如下: (1)燃料适应性广,几乎可燃烧一切煤种;(2)低污染燃烧,脱硫效率高达90% (3)燃烧热强度大,炉膛体积比一般常规锅炉小得多;(4)床内传热系数高,可减少受热面的金属磨损,使受热面布置紧凑;(5)负荷调节性能好、范围大(30%-100%),低负荷下稳定燃烧特性好;(6)灰渣可综合利用;(7)循环流化床锅炉电耗比煤粉炉小10%;(8)只需将煤破
循环流化床干法脱硫+COA脱硝技术 在CFB炉上的应用 董晨光 (山东齐鲁石化工程有限公司,山东淄博 255400)摘要xxx公司三台CFB炉前期经过SNCR改造,烟气中NOx浓度≤100mg/Nm3;脱硫采用炉内加钙方式, 烟气中SO2浓度≤200mg/Nm3;本次改造采用循环流化床干法脱硫+COA协同氧化脱硝技术,使烟气中NOx 浓度≤50mg/Nm3,SO2浓度≤35mg/Nm3,从而满足天然气锅炉排放标准之要求。 关键词 CFB锅炉;SNCR脱硝;循环流化床干法脱硫;COA协同氧化脱硝 一引言 XXX公司现有3台额定出力为240t/h高温高压循环流化床燃煤锅炉,于2006年建成投产。2014年,公司对该三台CFB炉进行了SNCR脱硝改造,使锅炉烟气中NOx浓度值降低到100mg/Nm3 浓度低于200mg/Nm3,以下。锅炉脱硫采用炉内加钙方式,脱硫效率90%左右,锅炉烟气中SO 2 基本满足了《火电厂大气污染排放标准》[1](一般地区)和《山东省区域性大气污染物综合排放标准》[2]第三时段规定的要求。 然而,随着环保标准的不断升级,该三台CFB炉的烟气污染物排放浓度不能达到国家标准《火电厂大气污染排放标准》重点地区特别排放限值、《山东省区域性大气污染物综合排放标准》第四时段(2020年1月起)、“天然气锅炉排放标准”的要求。因此,对该三台CFB锅炉 浓度采用循环流化床干法脱硫+COA协同氧化脱硝技术改造,使烟气中NOx浓度≤50mg/Nm3,SO 2 ≤35mg/Nm3,以满足新环保标准之要求。 二循环流化床干法脱硫 (一)工艺原理 烟气循环流化床干法脱硫技术主要是根据循环流化床理论,使吸收剂在吸收塔内悬浮、反复循环,与烟气中的SO2充分接触反应来实现脱硫。系统以消石灰粉(Ca(OH)2)作脱硫吸收剂,以锅炉飞灰、消石灰等混合物作循环物料,在反应器内直接喷水增湿,使循环物料生成一定大小的带有一定量水分的颗粒,这样在反应器中由于颗粒的水分蒸发与水分吸附和固体颗粒之间强烈接触摩擦,使反应器中气、固、液三相之间具有极大的反应活性和反应表面积,可有效去除SO2、HCl、二恶英与其它有害物质。
一、喷水量的计算(热平衡法) 参数查表: 144℃: ρ(烟气)=0.86112Kg/m 3; C p(烟气)=0.25808Kcal/Kg ·℃ 78℃: ρ(烟气)=1.0259Kg/m 3; C p(烟气)=0.25368Kcal/Kg ·℃ 144℃:C 灰=0.19696Kcal/Kg ·℃ 78℃: C 灰=0.19102Kcal/Kg ·℃;C 灰泥,石膏=0.2Kcal/Kg ·℃ C Ca(OH)2=0.246Kcal/Kg ·℃ 1.带入热量: Q 烟气, Q 灰,Q Ca(OH)2,Q 水 M 烟气 =ρ 烟气 ·V 烟=510453.286112.0??510112.2?=(Kg/hr ) Q 烟气=C P ·M ·t 5510489.7814410112.225808.0?=???=(Kcal/hr) M 灰253105694.4810453.2108.19?=???=-(Kg/hr ) Q 灰=C 灰?M 灰?t =52103775.1144105694.4819696.0?=???(Kcal /hr) Q Ca(OH)2=C Ca(OH)2?M ?20=20246.02)(??OH Ca M 当 Ca/S=1.3, SO 2浓度为3500mg/m 3时 Kg M OH Ca 244.151810743.185 .06410453.21035003532 )(=???????=-- ∴Q Ca(OH)2=76.746920244.1518246.0=??(Kcal/hr) Q 水=cmt=χχ20201=??(Kcal/hr) 其中χ为喷水量 2.带出热量:Q 灰3,Q 烟气,Q 灰2,Q 蒸汽,Q 散热 M 灰3=M Ca(OH)2=1518.244Kg ; Q 灰3=Q Ca(OH)2=7469.76(Kcal/hr) Q 烟气=cmt=551079.417810112.225368.0?=???(Kcal/hr); Q 灰2=264.7576810785694.482.02=???(Kcal/hr) Q 蒸汽=630.5χ(Kcal/Kg ) 热损失以3%计: Q 散=(Q 烟气+Q 灰) 03.0?03.0)103775.110489.78(55??+?= 3.系统热平衡计算: Q in =Q out ,即: 03 .0)103775.110489.78(5.630264.757681079.4176.74692076.7469103775.110489.785 5 5 55??+?+++?+=++?+?χχ ∴χ=5.72(t/hr)
循环流化床锅炉的特点 循环流化床锅炉的特点 循环流化床锅炉是近十几年发展起来的一项高效、低污染清洁燃烧技术。因其具有燃烧效率高、煤种适应性广、烟气中有害气体排放浓度低、负荷调节范围大、灰渣可综合利用等优点,在当今日益严峻的能源紧缺和环境保护要求下,在国内外得到了迅速的发展,并已商品化,正在向大型化发展。 1.1 独特的燃烧机理 固体粒子经与气体或液体接触而转变为类似流体状态的过程,称为流化过程。流化过程用于燃料燃烧,即为流化燃烧,其炉子称为流化床
锅炉。流化理论用于燃烧始于上世纪20年代,40年代以后主要用于石油化工和冶金工业。 流化燃烧是一种介于层状燃烧与悬浮燃烧之间的燃烧方式。煤预先经破碎加工成一定大小的颗粒(一般为<8mm)而置于布风板上,其厚度约在350~500mm左右,空气则通过布风板由下向上吹送。当空气以较低的气流速度通过料层时,煤粒在布风板上静止不动,料层厚度不变,这一阶段称为固定床。这正是煤在层燃炉中的状态,气流的推力小于煤粒重力,气流穿过煤粒间隙,煤粒之间无相对运动。当气流速度增大并达到某一较高值时,气流对煤粒的推力恰好等于煤粒的重力,煤粒开始飘浮移动,料层高度略有增长。如气流速度继续增大,煤粒间的空隙加大,料层膨胀增高,所有的煤粒、灰渣纷乱混杂,上下翻腾不已,颗粒和气流之间的相对运动十分强烈。这种处于沸腾状态的料床,称为流化床。这种燃烧方式即为流化燃烧。当风速继续增大并超过一定限度时,稳定的沸腾工况就被破坏,颗粒将全部随气流飞走。物料的这种运动形式叫做气力输送,这正是煤粉在煤粉炉中随气流悬浮燃烧的情景。
1.2 锅炉热效率较高 由于循环床内气—固间有强烈的炉内循环扰动,强化了炉内传热和传质过程,使刚进入床内的新鲜燃料颗粒在瞬间即被加热到炉膛温度(≈850℃),并且燃烧和传热过程沿炉膛高度基本可在恒温下进行,因而延长了燃烧反应时间。燃料通过分离器多次循环回到炉内,更延长了颗粒的停留和反应时间,减少了固体不完全燃烧损失,从而使循环床锅炉可以达到88~95%的燃烧效率,可与煤粉锅炉相媲美。 1.3 运行稳定,操作简单 循环流化床锅炉的给煤粒度一般小于10mm,因此与煤粉锅炉相比,燃料的制备破碎系统大为简化。循环流化床锅炉燃料系统的转动设备少,主要有给煤机、冷渣器和风机,较煤粉炉省去了复杂的制粉、送粉等系统设备,较链条炉省去了故障频繁的炉排部分,给燃烧系统稳定运行创造了条件。
循环流化床锅炉旋风分离器改造 俞信福 (宁波热电股份有限公司,浙江宁波 315800) [摘要]通过对我公司6#炉主蒸汽流量长期达不到额定出力的分析,首先从运行的角度入手,查阅相关资料分析入口烟速、飞灰浓度和粒 径、烟气温度等因素对分离器的影响不致于使其阻力严重偏低;然后从结构上对照设计图纸,实地观察为分离器短路造成其压差偏少,因此有针对性地对旋风分离器进行了改造,取得了较好的效果,为以后类似问题的解决提供了一定的思路。[关键词]循环流化床锅炉;旋风分离器;中心筒;短路 分离器是循环流化床锅炉的主要部件之一,它的分离性能对整个锅炉设计与稳定运行起着至关重要的作用。旋风分离器是目前循环流化床锅炉中应用最为广泛的一种分离装置,其结构简单,且分离效率较高,问题主要是体积较大。 1设备介绍 我公司6#炉为次高压循环流化床锅炉,由杭州锅炉集团有限公司制造生产的,型号为:NG-130/5.3-M7,在炉膛与尾部烟道之间布置有两台蜗壳式旋风分离器。旋风分离器的上半部分为蜗壳式入口,下半部分为锥形。烟气出口为圆筒形,由防磨耐热铸件拼接而成。颗粒和烟气先旋转下流至圆柱体的底部,粗颗粒将被分离,洁净烟气向上流动,离开旋风分离器。粗颗粒进入回料器。 旋风分离器为膜式包墙过热器结构,其顶部与底部均与环形集箱相连,墙壁管子在顶部向内弯曲,使得在旋风分离器管子和烟气出口圆筒之间形成密封结构。旋风分离器中心筒由5排筒板构成,每排筒板由24块ZG8Cr26Ni4Mn3Nre 组成,筒体进口内径Φ1470mm ,出口内径1662mm ,中心筒伸出长度1545mm ,并要求满焊,中心筒上部与耐磨浇注料相接并采用密封套结构,密封套用不锈钢丝网将硅酸铝棉板裹住,并用不锈钢丝将其缝牢,不锈钢丝和不锈钢丝网材料均为1Cr18Ni9Ti ,在密封套与耐磨浇注料之间用硅酸铝棉板塞实,以防气流短路。 2问题的提出及分析 我公司6#炉2005年1月投入运行以来,流量只能达到110t/h ,再带高就出现主蒸汽超温,减温水每只6t/h 全开主蒸汽温度还在455℃以上。从运行的角度对影响旋风分离器分离效率的因素进行分析,由于主蒸汽超温,首先想到温度对旋风分离器分离效率的影响,通过查阅资料,烟气温度影响着烟气的粘度,随着温度的升高,烟气的粘度随之增加,因而作用在运动颗粒的粘性阻力也会增加,从而使其分离效率下降。但是烟气的密度随着温度的增加而减少,从而使粘性阻力减少,因此烟气的温度对旋风分离器分离效率的作用并不明显。 旋风分离器进口烟速对其分离效率的影响,分离器的效率随着进口烟速的增大而增大,虽然当进口烟速过高时,由于紊流增加和尘粒反弹等因素使分离器的效率有所下降,按运行锅炉炉膛出口的压力和高温过热器进口压力比较,进口烟速不可能过高。最后是灰粒,灰粒的许多物理化学性能都对旋风分离器性能有影响,其中飞灰的浓度和粒径影响较大,分离效率随着飞灰的浓度的增加而增大,同时也随着飞灰的粒径增加而增大,而运行中5#炉和6#炉在用同一种煤时颗粒也一样,既使燃用不同的煤种锅炉负荷还是不会上来。从结构上分析旋风分离器为锅炉厂整体制造提供,与其进口烟道接口的支吊架位置材料都由锅炉厂提供,现场只是整体拼装,不可能出现大的偏差。从运行的参数比较分析,主要为分离器阻力偏低,主蒸汽超温,锅炉流量带不上。运行时分析是否为旋风分离器保温有问题,但保温问题也不应该影响分离器的效率,也考虑筒板少装,但4#炉的中心筒只有4排比三期少一排,也未出现炉膛灰浓度提不上,锅炉流量带不上情况。因此问题还是出在旋风分离器本身,5月下旬6#炉停炉时,经检查旋风分离器保温完好,从旋风分离器出口烟道处检查发现中心筒上部筒板开裂严重,大的裂缝有20mm ,长度大的为300mm 以上(一块筒板的有效高度为525mm ),中心筒上部耐磨浇注料与密封套之间的硅酸铝棉板已大部分 被短路的烟气拉走,因此在中心筒上部第二块筒板处均匀地割了4块,高度为300mm ,塞入用不锈钢丝网将硅酸铝棉板裹住缝牢的密封套,并在密封套与耐磨浇注料之间通过4个孔用硅酸铝棉板塞实,再用原筒板把4个孔补回,用专用焊条( 奥407铬26镍21不锈钢焊条)焊接,较大的缝采取耐热钢筋衬,并且满焊。投入运行的初期,主蒸汽流量曾到过120t/h ,以后一直在100t/h 以内。经过分析可能为焊缝为表面成形,且从4个孔塞棉的难度较大,中心筒出现裂缝后把部分硅酸铝棉板拉走,重新形成短路。8月份6#炉停炉后,与有关技术老师傅探讨后,对旋风分离器中心筒与分离器的密封进行了改造,见图1。 图1分离器中心改造图 保温层与分离器中心筒之间用硅酸铝棉板塞实后,用4mm 的SUS309密封,密封板外径Φ1770mm 内径Φ1610mm 的圆环分成若干段安装,每隔100mm 加一块4mm 的SUS309尺寸为40mm ×80mm 的筋板,并要求满焊,对旋风分离器中心筒出现的裂缝再次进行满焊,焊条仍为奥407铬26镍21不锈钢焊条。 3分离器改造前后运行参数比较 旋风分离器改造前主蒸汽流量长期不超过100t/h ,炉膛顶部P16/P19差压不超过1kPa (一般在0.75kPa 左右),(下转第144页)
循环流化床半干法脱硫工艺流化床的建立及稳床措施浙江洁达环保工程有限公司吴国勋、余绍华、傅伟根、杨锋 【摘要】 循环流化床半干法脱硫工艺技术要求高,建立和稳定流化床是两个关键点,只有做好恰当的流化床设计和配置合理的输送设备,才可保证脱硫系统的稳定高效运行。 【关键词】 循环流化床半干法脱硫床体 1、简介 循环流化床脱硫工艺技术是较为先进的运用广泛的烟气脱硫技术。该法以循环流化床原理为基础,主要采用干态的消石灰粉作为吸收剂,通过吸收剂的多次再循环,延长吸收剂与烟气的接触时间,以达到高效脱硫的目的,其脱硫效率可根据业主要求从60%到95%。该法主要应用于电站锅炉烟气脱硫,已运行的单塔处理烟气量可适用于6MW~300MW机组锅炉,是目前干法、半干法等类脱硫技术中单塔处理能力最大、在相对较低的Ca/S摩尔比下达到脱硫效率最高、脱硫综 合效益最优越的一种方法。 该工艺已经在世界上10多个国 家的20多个工程成功运用;最大业 绩项目烟气量达到了1000000Nm3/h, 最高脱硫率98%以上,烟尘排放浓度 30mg/Nm3以下,并有两炉一塔、三炉 一塔等多台锅炉合用一套脱硫设备 的业绩经验,有30余套布袋除尘器的业绩经验,特别是在奥地利Thesis热电厂300MW机组的应用,是迄今为止世界上干法处理烟气量最大的典范之作;在中国先后被用于210MW,300MW,50MW 燃煤机组的烟气脱硫。 但是很多循环流化床半干法脱硫项目由于未能建立稳定的床体,导致项目的失败,不能按原有计划完成节能减排的要求。因此很有必要在此讨论一下关于“循
环流化床半干法工艺流化床的建立及稳定措施”的相关问题。 2、循环流化床脱硫物理学理论 循环流化床脱硫塔内建立的流化床使脱硫灰颗粒之间发生激烈碰撞,使颗粒表面生成物的固形物外壳被破坏,里面未反应的新鲜颗粒暴露出来继续参加反应,从而客观上起到了加快反应速度、干燥速度以及大幅度提高吸收剂利用率的作用。另外由于高浓度密相循环的形成,塔内传热、传质过程被强化,反应效率、反应速度都被大幅度提高,而且脱硫灰中含有大量未反应吸收剂,所以塔内实际钙硫比远远大于表观钙硫比。 而建立稳定的流化床,就需要有分布均匀的流场和一定高度的床料。可见该技术的重点是:1、建立稳定的流化床;2、建立连续循环的脱硫灰输送系统。而这两个基本项的控制技术就成为了整个脱硫项目成功与否的关键。 首先我们先来了解下循环流化床的动力学特性。 脱硫循环流化床充分利用了固体颗粒的流化特性,采用的气固流化状态为快速流态化(Fast Fluidization)。快速流态化现象即细颗粒在高气速下发生聚集并因而具有较高滑落速度的气固流动现象,相应的流化床称为循环流化床。 当向上运动的流体对固体颗粒产生的曳力等于颗粒重力时,床层开始流化。 如不考虑流体和颗粒与床壁之间的摩擦力,根据静力分析,可得出下式,并通过式(2-1a 、1b)可以预测颗粒的最小流化速度。 ()12 12 3221R c g d c c u d e r p r p f mf p mf -??? ? ????-+= μρρρ=μ ρ (2-1a) ()2 3μρρρg d Ar r p r p -= (2-1b) 式中: c 1=33.7,c 2=0.0408 mf e R ——对应于mf u 的颗粒雷诺数; p ρ ——颗粒密度,kg/m 3; r ρ ——流体密度,kg/m 3;
大家先来看一道2017年的大气知识题: ?2017-1-P-50 50.关于循环流化床干法烟气脱硫,在正常运行条件下,以下哪些说法是正确的?【】(A)循环是指烟气循环(B)循环是指灰渣循环 (C)脱硫塔内温度越高,脱硫效率越高(D)塔内流速越低,脱硫效率越高 解析: 《教材上册(第四版)》P197,CFB-FGD借助循环流化床原理,通过脱硫剂(灰渣)的多次循环利用,增大脱硫剂与烟气的接触时间,从而提高脱硫剂的利用率,故A选项错误、B选项正确;《教材第1分册(第三版)》P759,近绝热饱和温度越低,浆液蒸发慢,液相存在时间长,脱硫剂与烟气中二氧化硫的离子反应时间长,脱硫效率高,另一方面必须保证脱硫剂到达脱硫塔出口前完全干燥,以及整个脱硫系统在露点以上安全运行,否则将引起系统黏壁堵塞和结露,这要求近绝热饱和温度大于℃,故C选项错误;塔内流速越低,接触时间长,脱硫效率越高,D选项正确。 张工培训答案:【BD】 上面这道题的“C选项”涉及到的是“CFB-FGD”设计参数对脱硫性能的影响因素,那么,现在咱们来看看《第一分册(第三版)》P759关于该部分知识点的介绍是怎么样的(如下):
再来看看《教材上册(第四版)》,P197也有关于“烟气循环流化床脱硫技术”相关知识点的介绍,但是相对于《第三版》教材来说,删除了“烟气循环流化床脱硫技术”的反应机理、主要性能设计参数及性能影响因素两个最重要的知识点,而2017年第一天下午的多选题-50题恰好就考到了,这充分说明:并不是第三版教材中删掉的内容就不考了,注册环保工程师考试的内容范围是不固定的,而且每年考试的范围比较广。 针对上述问题,笔者在张工培训注册环保工程师大气精讲班上特意补充了上述内容(如下),还请各位小伙伴们能补充到复习教材的相应位置处哦:
循环流化床锅炉旋风分离器返料器设计运行 作者:华升加油枪加油机日期:2010-9-10 22:58:2 字体大小: 小中大 永嘉县华升阀门厂:滑过渡造成旋风分离器内壁不光滑,施工后应采取措施保证内壁光滑,在直段和锥段结合处也要保证光滑过渡。1.2.2保证返料器和旋风分离器之间密封良好如果密封不严,则会破坏炉膛、旋风分离器及返料器之间的压力平衡,造成返料间断或不返料,导致旋风分离器因堵灰而结焦。施工过程中,在保证整个锅炉密封的同时,要更加注意旋风分离器和返料器之间的密封。不要在旋风分离器上随意开一些检修孔和观察孔,开孔过多会影响旋风分离器的性能,也会导致旋风分离器因密封不严而漏风。1.2.3保证返料器各处尺寸在施工过程中,要保证返料器各处的尺寸,特别要注意返料器尺寸中的A、B两个尺寸(见图1),以防偏大或偏小。由于各地的煤质不同,其颗粒度的大小也不同,特别是低位发热量较低且小颗粒所占比例较大的无烟煤,运行时循环灰量比较大。锅炉运行一定时间后,尺寸A因磨损而不断减小,要经常检查耐火砖的损坏情况,避免尺寸A的数值为零或负值。这样将会导致呈正压的炉膛密相区热烟气反窜进入旋风分离器内,破坏旋风分离器的工作条件,使返料被迫中止。在安装时,尺寸B过小会使返料阻力增大,过大则会影响返料器位置的物料充满度,均不利于返料,应严格按图纸施工。图1U型返料器1.2.4采用冷却套管结构,控制返料器的温度当今国内已经研制出包敷整个旋风分离器的鳍片式及单管式旋风分离器,分为水冷与汽冷两种型式。由于水冷式旋风分离器在边壁处对热灰的温降较大,不利于煤的燃尽,使飞灰含碳量较高,目前多采用绝热分离器与汽冷分离器。在绝热分离器的料腿位置加设水冷套,以防止此位置因温度过高而结焦。加设水冷套装置的绝热分离器,运行十分稳定,飞灰含碳量较低。汽冷分离器的使用不但缩短了锅炉启动时间,还保持分离器内壁处于较高温度,且能有效地防止结焦的发生,倍受用户的青睐。1.2.5采取合适的风管结构风量和风压是返料器正常运行的基础,风量和风压只有同时达到要求,才能使返料器正常工作,任何一项达不到,返料器都不能正常工作。随着循环流化床锅炉的发展,返料器位置当前的送风方式大致分为集中送风和分配送风两种。集中送风大多应用于75t/h以下锅炉中,返料量少,返料器位置的流化风与返料风共用一个风箱(见图2),两者的风量分配通过彼此的风帽开孔率来达到,风箱接于一次风入口(或出口)处,风箱前的阀门保持一定开度就能达到运行需要。分配送风大多应用于130t/h以上锅炉中,返料量大,返料器位置的流化风与返料风各有一个风箱,通过支管接于返料专用风机母管上,在支管上设置调节阀。母管上设置流量计(见图3),从而较好地分配风量和控制总风量,达到控制返料量和返料温度的目的。如果返料风量达到最大但仍达不到运行要求,说明返料风压衰降过多,多为返料风管的沿程阻力过大所致,可通过增粗返料风管的途径来达到提高返料风压的目的。图2U型返料器1一返料器;2一风室;3一调节阀;4一风管;5~放渣管图3U型返料器1一返料器;2一返料风室;3一流化风室;4一调节阀;5一流
循环流化床锅炉主要性能参数 锅炉型号 XG—35∕3.82-—M XG—75∕3.82—M 项目 额定蒸发量t/h 35 75 额定工作压力MPa 3.82 3.82 额定蒸汽温度oC 450 450 给水温度oC 105 130 燃烧方式循环流化床燃烧循环流化床燃烧 适应燃料烟煤、无烟煤、贫煤、褐煤、煤矸石烟煤、无烟煤、贫煤、褐煤、煤矸石设计燃料低位发热值KJ/Kg 12670 8117 满负荷运行燃料消耗量t/h 9045 20417 设计热效率% 85 80 排烟温度oC 150 145 脱硫效率% 88 88 锅筒中心线标高mm 25000 28300 本体最高点标高mm 26750 33950 产品特点: 1.燃料适应性广,既可燃烧优质煤,也可燃用低挥发分、高灰分的劣质煤。 2.燃烧效率高,气固混合良好,未燃尽的大颗粒燃料可再循环回炉膛充分燃烧。 3.高效脱硫,低温燃烧,NOx(氮氧化物)排放低。 4.负荷调节范围大,负荷调节快。 5.易于实现灰渣的综合利用。 6.满足中国一类地区锅炉大气污染物排放标准(GB13271—2001)
SZFH型复合燃烧锅炉 锅炉型号 SZFH10—1.25—AⅡSZFH20—1.25—AⅡ项目 额定蒸发量t/h 1020 工作压力(Mpa) 1.25 1.25 蒸汽温度(℃)193193 给水温度(℃)2020 排烟温度(℃)170170热效率%8385受热面积(m2)354726炉排有效面积(m2)12.820.8耗煤量(kg/h)15803000 主机或最大运件尺寸(mm)7343×3316×352411600×3280×3520主机或最大运件运输重量 3050 (↑) 适应煤种AⅡ、AⅢAⅡ、AⅢ 备注:1、煤的热值为:18090kJ/kg 2、满足中国一类地区锅炉大气污染物排放标准(GB13271—2001)
附件一附件一 循环流化床干法脱硫工艺描述循环流化床干法脱硫工艺描述 1. 循环流化床干法脱硫循环流化床干法脱硫系统系统系统((CFB -FGD )概述 CFB -FGD 烟气循环流化床干法脱硫技术是循环流化床干法烟气脱硫技术发明人---世界著名环保公司德国鲁奇能德国鲁奇能捷斯捷斯捷斯公司公司公司((LLAG )公司具有世界先进水平的第五代循环流化床干法烟气脱硫技术(CirculatingFluidizedBedFlueGasDesulphurization ,简称CFB-FGD ),该技术是目前商业应用中单塔处理能力最大、脱硫综合效益最优越的一种干法烟气脱硫技术。该技术已先后在德国、奥地利、波兰、捷克、美国、爱尔兰、中国、巴西等国家得到广泛应用,最大机组业绩容量为660MW 。简要介绍如下: 发展历史 德国鲁奇能捷斯德国鲁奇能捷斯((LLAG )公司是世界上最早从事烟气治理设备研制和生产的企业,已有一百多年的历史(静电除尘器的除尘效率计算公式——多依奇公式,就是该公司的工程师多依奇先生发明的)。LLAG 在上世纪六十年代末首先推出了循环流化床概念,此后把循环流化床概念应用到四十多个不同的工艺。LLAG 在发明循环流化床锅炉的基础上,首创将循环流化床技术(CFB )应用于工业烟气脱硫,经过三十多年不断的完善和提高,目前其循环流化床干法烟气脱硫技术居于世界领先水平。 LLAG 公司的循环流化床干法烟气脱硫技术(CFB-FGD )的应用业绩已达150多台套,居世界干法脱硫业绩第一位。 (90年代初,全世界还只有LLAG 公司拥有循环流化床烟气脱硫技术。目前,全世界除了直接转让鲁奇能捷斯公司的烟气循环流化床技术的公司外,其它所有的烟气循环流化床脱硫技术均来自于鲁奇能捷斯公司90年代初从鲁奇公司离开的个别职工所带走的早期技术。) 2001年10月,福建龙净首家技术许可证转让LLAG 公司的CFB-FGD 技术;
循环流化床燃烧技术 循环流化床燃烧(CFBC)技术系指小颗粒的煤与空气在炉膛内处于沸腾状态下,即高速气流与所携带的稠密悬浮煤颗粒充分接触燃烧的技术。 循环流化床锅炉脱硫是一种炉内燃烧脱硫工艺,以石灰石为脱硫吸收剂,燃煤和石灰石自锅炉燃 烧室下部送入,一次风从布风板下部送入,二次风从燃烧室中部送入。石灰石受热分解为氧化钙和 二氧化碳。气流使燃煤、石灰颗粒在燃烧室内强烈扰动形成流化床,燃煤烟气中的SO2与氧化钙接 触发生化学反应被脱除。为了提高吸收剂的利用率,将未反应的氧化钙、脱硫产物及飞灰送回燃烧 室参与循环利用。钙硫比达到2~2.5左右时,脱硫率可达90%以上。流化床燃烧方式的特点是:1.清洁燃烧,脱硫率可达80%~95%,NO x排放可减少50%;2.燃料适应性强,特 别适合中、低硫煤;3.燃烧效率高,可达95%~99%;4.负荷适应性好。负荷调节范围30%~100%。 循环流化床锅炉主要由燃烧系统、气固分离循环系统、对流烟道三部分组成。其中燃烧系统包括风室、布风板、燃烧室、炉膛、给煤系统等几部分;气固分离循环系统包括物料分离装置和返料装置两部分;对流烟道包括过热器、省煤器、空气预热器等几部分。 循环流化床锅炉属低温燃烧。燃料由炉前给煤系统送入炉膛,送风一般设有一次风和二次风,有的生产厂加设三次风,一次风由布风板下部送入燃烧室,主要保证料层流化;二次风沿燃烧室高度分级多点送入,主要是增加燃烧室的氧量保证燃料燃烬;三次风进一步强化燃烧。燃烧室内的物料在一定的流化风速作用下,发生剧烈扰动,部分固体颗料在高速气流的携带下离开燃烧室进入炉膛,其中较大颗料因重力作用沿炉膛内壁向下流动,一些较小颗料随烟气飞出炉膛进入物料分离装置,炉膛内形成气固两相流,进入分离装置的烟气经过固气分离,被分离下来的颗料沿分离装置下部的返料装置送回到燃烧室,经过分离的烟气通过对流烟道内的受热面吸热后,离开锅炉。因为循环流化床锅炉设有高效率的分离装置,被分离下来的颗料经过返料器又被送回炉膛,使锅炉炉膛内有足够高的灰浓度,因此循环流化床锅炉不同于常规锅炉炉膛仅有的辐射传热方式,而且还有对流及热传等传热方式,大大提高了炉膛的传导热系数,确保锅炉达到额定出力。
循环流化床锅炉旋风分离器的最新发展与高效运行 刘佳斌 (山东大学能源与动力工程学院济南250010) 摘要:循环流化床的分离机构是循环流化床的关键部件之一,其主要作用是将大量高温固体物料从气流中分离出来,送回燃烧室,以维持燃烧室的快速流态化状态,保证燃料和脱硫剂多次循环、反复燃烧和反应。这样,才有可能达到理想的燃烧效率和脱硫效率。 关键词: 旋风分离器、循环流化床锅炉、循环效率、发展。 图1 75t/h循环流化床锅炉简图 1.循环流化床旋风分离器的工作原理 如图2、3为普遍采用的高温旋风分离器结构。此类分离器的体积庞大,占地面积与炉膛基本相当,它是利用旋转的含尘气体所产生的离心力,将颗粒从气流中分离出的一种干式气固分离装置。含灰烟气在炉膛出口处分进入旋风分离器,旋风分离器的圆形筒体和气体的切向入口使气固混合物进入围绕旋风分离器的2个同心涡流,外部涡流向下,内部涡流向上。由于固体密度比烟气密度大,在离心力作用下固体离开外部涡流移向壁面, 再沿旋风分离器的循环流化床的分离机构是循环流化床的关键部件 之一,其主要作用是将大量高温固体物料从气流中分 离出来,送回燃烧室,以维持燃烧室的快速流态化状态, 保证燃料和脱硫剂多次循环、反复燃烧和反应。这样, 才有可能达到理想的燃烧效率和脱硫效率。因此,循环 流化床分离机构的性能优劣,将直接影响整个循环流 化床锅炉的出力、效率及运行寿命。 随着循环流化床锅炉大型化的发展,对分离器提出 了更高的要求,它不但要能处理大容量的烟气,还要求 能在恶劣的环境中可靠、稳定运行。多年的商业运行 经验表明,高温旋风分离器目前仍是最适合(大型)循 环流化床锅炉的分离器之一。 图 3 高温旋风分离
福建龙净环保循环流化床干法脱硫除尘一体化工艺描述 1.循环流化床干法脱硫系统(CFB-FGD)概述 CFB-FGD烟气循环流化床干法脱硫技术是循环流化床干法烟气脱硫技术发明人---世界著名环保公司德国鲁奇能捷斯公司(LLAG)公司具有世界先进水平的第五代循环流化床干法烟气脱硫技术(CirculatingFluidizedBedFlueGasDesulphurization,简称CFB-FGD),该技术是目前商业应用中单塔处理能力最大、脱硫综合效益最优越的一种干法烟气脱硫技术。该技术已先后在德国、奥地利、波兰、捷克、美国、爱尔兰、中国、巴西等国家得到广泛应用,最大机组业绩容量为660MW。简要介绍如下:发展历史 德国鲁奇能捷斯(LLAG)公司是世界上最早从事烟气治理设备研制和生产的企业,已有一百多年的历史(静电除尘器的除尘效率计算公式——多依奇公式,就是该公司的工程师多依奇先生发明的)。LLAG在上世纪六十年代末首先推出了循环流化床概念,此后把循环流化床概念应用到四十多个不同的工艺。LLAG在发明循环流化床锅炉的基础上,首创将循环流化床技术(CFB)应用于工业烟气脱硫,经过三十多年不断的完善和提高,目前其循环流化床干法烟气脱硫技术居于世界领先水平。 LLAG公司的循环流化床干法烟气脱硫技术(CFB-FGD)的应用业绩已达150多台套,居世界干法脱硫业绩第一位。 (90年代初,全世界还只有LLAG公司拥有循环流化床烟气脱硫技术。目前,全世界除了直接转让鲁奇能捷斯公司的烟气循环流化床技术的公司外,其它所有的烟气循环流化床脱硫技术均来自于鲁奇能捷斯公司90年代初从鲁奇公司离开的个别职工所带走的早期技术。) 2001年10月,福建龙净首家技术许可证转让LLAG公司的CFB-FGD技术;
烟气脱硫设计计算 1130t/h 循环流化床锅炉烟气脱硫方案 主要参数:燃煤含 S 量1.5% 工况满负荷烟气量285000m3/h 引风机量 1台,压力满足 FGD 系统需求 要求:采用氧化镁湿法脱硫工艺(在方案中列出计算过程) 出口 SO2含量200mg/Nm 3 第一章方案选择 1、氧化镁法脱硫法的原理 锅炉烟气由引风机送入吸收塔预冷段,冷却至适合的温度后进入吸收塔,往上与逆向流下的吸收浆液反应, 氧化镁法脱硫法 脱去烟气中的硫份。吸收塔顶部安装有除雾器,用以除去净烟气中携带的细小雾滴。净烟气 经过除雾器降低烟气中的水分后排入烟囱。粉尘与脏东西附着在除雾器上,会导致除雾器堵塞、系统压损增大,需由除雾器冲洗水泵提供工业水对除雾器进行喷雾清洗。 吸收过程 吸收过程发生的主要反应如下: Mg(OH)2 + SO2→ MgSO3 + H2O MgSO3 + SO2 + H2O→ Mg(HSO3)2 Mg(HSO3)2 + Mg(OH)2→ 2MgSO3 + 2H2O 吸收了硫分的吸收液落入吸收塔底,吸收塔底部主要为氧化、循环过程。
氧化过程 由曝气鼓风机向塔底浆液内强制提供大量压缩空气,使得造成化学需氧量的MgSO3 氧化成 MgSO4 。这个阶段化学反应如下: MgSO3 + 1/2O2→ MgSO4 Mg(HSO3)2 + 1/2O2→ MgSO4 + H2SO3 H2SO3 + Mg(OH)2→ MgSO3 + 2H2O MgSO3 + 1/2O2 → MgSO4 循环过程 是将落入塔底的吸收液经浆液循环泵重新输送至吸收塔上部吸收区。塔底吸收液pH 由自动喷注的20 %氢氧化镁浆液调整,而且与酸碱计连锁控制。当塔底浆液pH 低于设定值时,氢氧化镁浆液通过输送泵自动补充到吸收塔底,在塔底搅拌器的作用下使浆液混合均匀, 至 pH 达到设定值时停止补充氢氧化镁浆液。20 %氢氧化镁溶液由氧化镁粉加热水熟化产 生,或直接使用氢氧化镁,因为氧化镁粉不纯,而且氢氧化镁溶解度很低,就使得熟化后的浆液非常易于沉积,因此搅拌机与氢氧化镁溶液输送泵必须连续运转,避免管线与吸收塔底 部产生沉淀。 镁法脱硫优点 技术成熟 氧化镁脱硫技术是一种成熟度仅次于钙法的脱硫工艺,氧化镁脱硫工艺在世界各地都有 非常多的应用业绩,其中在日本已经应用了100 多个项目,台湾的电站95%是用氧化镁法,另外在美国、德国等地都已经应用,并且目前在我国部分地区已经有了应用的业绩。 原料来源充足 在我国氧化镁的储量十分可观,目前已探明的氧化镁储藏量约为160 亿吨 ,占全世界的80%左右。其资源主要分布在辽宁、山东、四川、河北等省,其中辽宁占总量的84.7%,其次是山东莱州,占总量的10%,其它主要是在河北邢台大河,四川干洛岩岱、汉源,甘肃 肃北、别盖等地。因此氧化镁完全能够作为脱硫剂应用于电厂的脱硫系统中去。 脱硫效率高