燃煤鍋爐爐內脫硫技術
1 型煤
型煤 ,特別是添加固硫劑的型煤 ,是工業鍋爐實現爐內脫硫的主要方法之一。型煤又稱人造塊煤 ,它是向煤粉中加入粘結劑和固硫劑 ,然后加壓成具有一定形狀的塊狀燃料。按用途分民用型煤和工業型煤兩大類 ,工業型煤又分工業燃料型煤和工業氣化型煤。隨著采煤機械化程度的提高 ,塊煤產量逐年下降 ,平均僅占煤炭總量 20 %～30 % ,而實際商品塊煤則不足 20 % ,遠不能滿足工業鍋爐和窯爐燃燒的需要 ,采用添加固硫劑的型煤后 ,脫硫率可達40 %～60 % ,并可減少煙塵排放量 60 % ,節約煤炭15 %～27 % ,因此 ,是潔凈煤技術的重要組成部分和優先發展領域 ,特別在工業鍋爐脫硫技術和方法中 ,具有廣闊的發展前景。
型煤技術的攻關和研究方向一直集中在新的粘結劑和大型高壓成型設備兩方面。粘結劑可分為兩大類 ,一類是有機粘結劑 ,疏水性有機粘結劑 ,如焦油瀝青、石油瀝青、焦油渣、親水性有機粘結劑則有淀粉類、紙漿廢液、腐植酸鹽堿液、糖醛渣液等。有機粘結劑粘結能力強 ,但疏水性有機粘結劑價格高 ,來源有限;親水性有機粘結劑加入量大 ,不防水 ,熱強度較差。另一類是無機粘結劑 ,常用的有石灰、不溶性水泥、粘土、水溶性水玻璃等 ,此類粘結劑來源廣、價格便宜 ,有的粘結劑粘結能力強 ,還有固硫作用;缺點是加入量大 ,型煤灰分增加量多 ,后處理工藝復雜 ,多數產品不防水。為此 ,使用以上兩類粘結劑的復合粘結劑就可取長補短、發揮兩者的優勢。這種熱性能好、高強度、防水、免烘干并有一定固硫效果的復合粘結劑正在研制中并已取得基本成果。型煤的成型工藝則使用 20～40MPa冷壓成型(加粘結劑) 。目前 ,我國民用型煤技術居世界先進水平 ,工業燃料型煤年產能力為 55 萬 t ,化工造氣型煤已有 600 條生產線在運行 ,年產 20Mt。
2 爐內噴吸收劑脫硫(LIFAC ,LIMB)
這種方法是爐內噴入脫硫劑(石灰石、白云石、消石灰或碳酸氫鈉等) ,在煙溫為 900～1250 ℃區域 ,脫硫劑分解為 CaO 或 MgO ,再和 SO2 作用生成硫酸鈣而達到脫硫目的。由于爐溫較高 ,單純的爐內噴鈣系統脫硫率較低 ,為此在爐后增加第二級脫硫裝置 ——增濕活化器 ,這就組成了爐內噴鈣和活化氧化法脫硫(LIFAC) 。增加增濕活化器后 ,就可使煙氣中未反應的 CaO、MgO和水反應生成高活性的Ca(OH)2、Mg(OH)2 并與剩余的 SO2 化合成亞硫酸鈣或亞硫酸鎂 ,部分 CaSO3、MgSO3 還能氧化為硫酸鈣和硫酸鎂 ,最后在電氣除塵器中被收集下來。LIFAC 脫硫技術 ,在 Ca/ S = 1. 5 時 ,脫硫率ηSO2可達 70 %～80 %。
爐內噴鈣排煙增濕活化脫硫技術有投資少、占地少、運行費用低、無廢水、操作維護方便等優點。對中、小容量燃用中、低硫煤的鍋爐特別適用。對現有機組進行環保改造時也可應用。此法在國外 ,以芬蘭的 Tempella Power 公司的技術最典型。國內撫順電廠、南京下關電廠應用后效果較好。圖1 是下關電廠LIFAC工藝流程和物料平衡圖 ,這種方法中的增濕活化反應塔和霧化噴嘴示于圖 2 中。與LIFAC基本相似的是美國 Babcock & Wilcox 公司開發的LIMB 脫硫技術 ,它是屬于爐內噴鈣并進行分段燃燒的方法 ,此法同時可降低 NOX ,由于分段燃燒 ,空氣分段供給 ,因此爐溫較L IFAC法低 ,其余和L IFAC相同 ,這種方法在噴鈣 Ca/ S = 2 時 ,脫硫率ηSO2可達 50 %或更高。
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3 循環流化床(CFBC)
循環流化床(CFBC) 、增壓流化床聯合循環(PFBC-CC)、煤氣化聯合循環(IGCC)以上幾種爐內脫硫技術 ,在專門的書籍和論文
中已有很多介紹。把煤破碎為 0～5mm 或 0～10mm ,石灰石 0. 1～1mm 送入循環流化床 ,爐內布風板處風速 20m/ s ,屏區5～6m/ s ,爐溫為 880～900 ℃,對脫硫特別有利。另外 ,煤粒和脫硫劑可經分離器分離后返回爐內 ,因此 ,燃燒效率和脫硫率都
較高 ,當 Ca/ S = 1. 5 時 ,脫硫率ηSO2可達 90 %～95 %。我國 35t / h、75t / hCFBC已生產 300 余臺 ,運行情況(包括脫 SO2 效果)良好。220、410t / h 正作示范試驗中。引進芬蘭 410t / h已鑒定 ,近期擬引進300MWCFBC機組。CFBC - CC15MW已建成中試廠 , 100MW 正示范試驗中; IGCC 擬建 300 ～400MW示范廠。
CFBC脫硫 ,除了ηSO2高外 ,其工藝特點沒有噴漿系統 ,沒有廢水產生 ,占地面積小 ,投資小 ,脫硫副產品可作混凝土摻和料、礦井回填、路基等。因此 ,CFBC脫硫技術將有很好發展和應用前景。
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