CFB-FGD在大型燃煤电站锅炉烟气净化中的应用

王建春

(福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000)

CFB-FGD在大型燃煤电站锅炉烟气净化中的应用

王建春

(福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000)

通过循环流化床干法烟气脱硫除尘一体化装置在华能邯峰电厂2×660MW机组脱硫技改工程中的成功投运，详细介绍了CFB-FGD技术的工艺特点和运行情况，为大型燃煤电站锅炉烟气净化和节能环保开拓了一条全新的路线。

循环流化床;干法烟气脱硫;脱硫除尘一体化;燃煤电站

前言

循环流化床干法烟气脱硫工艺（CFB-FGD）是国内外研究最多、应用最广、有望与湿法脱硫工艺在大型机组应用上进行比选的一种脱硫工艺[1、2]。CFB-FGD工艺集脱硫、除尘于一体，具有占地少、电耗及水耗低、一次投资少、操作维护简便等优点，在中低硫煤和缺水地区，以及兼具除尘和多种污染物（多种酸性污染物如SO3、HF、HCl，重金属如汞，二英等）治理要求的领域，都具有非常好的技术经济性[3、4]。

华能邯峰电厂2×660MW机组烟气循环流化床干法脱硫项目是目前世界上装机容量最大的烟气循环流化床干法脱硫除尘一体化系统，同时，也是我国“十一五”国家高技术研究发展计划（863计划）项目课题—600MW燃煤电站半干法脱硫除尘一体化技术与装备（课题号：2007AA061806）的依托工程。该装置于2008年12月顺利通过“168”小时试运行，各项性能指标均优于设计值。

华能邯峰发电厂一期工程的两台660MW等级燃煤发电机组是国家“九五”期间河北省最大的中外合资项目，所采用的锅炉为2026.8t/h亚临界、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、“W”型火焰燃烧、固态排渣汽包炉，是目前世界上最大的燃烧无烟煤的电站锅炉。华能邯峰电厂在对这两台机组进行脱硫改造时，考虑到采用传统的石灰石/石膏湿法脱硫工艺，必须对原有的电除尘器进行大规模的改造。但由于场地紧张加上需要长时间停炉，而且原电除尘器改造需近亿元的巨额费用，且存在改造后仍无法满足排放要求的风险，改造的难度、风险非常大。因此必须因地制宜、科学合理选择脱硫工艺方案。经过多方论证，华能邯峰电厂决定采用“600MW燃煤电站半干法脱硫除尘一体化技术与装备”课题所推荐的新型节能、节水型烟气循环流化床脱硫除尘一体化的工艺方案。该方案改造工期和停炉时间较短，投资费用可节省近5000万元，每年还可降低运行成本1000多万元，并可避免采用传统的石灰石/石膏湿法脱硫工艺因烟囱防腐而造成两台炉同时长时间停机引起的巨大发电损失。

1 设计方案

1.1 总体方案

华能邯峰电厂2×660MW发电机组，采用循环流化床干法脱硫工艺旁路布置方式进行烟气脱硫。该脱硫系统在前期气流均布模拟（物模及CFD）实验成功完成优化的基础上，首创性地采用每台炉两套脱硫除尘装置，即一炉二塔工艺。旁路布置使得锅炉和脱硫两个系统互不影响，脱硫除尘系统可以单独调试运行，锅炉无需停炉。因此脱硫改造停炉时间非常短，可以利用锅炉的小修时间进行烟气接驳，大大减少因锅炉停炉造成的发电损失。

另外，由于采用一炉二塔工艺，脱硫除尘岛的负荷范围能满足锅炉负荷在35万～66万kW范围内的变化，在锅炉负荷调整时脱硫装置有良好、适宜的调节特性。脱硫系统既可以两套脱硫除尘装置同时运行，满足全负荷下全烟气脱硫的要求，同时也允许锅炉低负荷时单塔（即只投入一台脱硫除尘装置及启运一台脱硫引风机）脱硫运行，可节约电耗至少38.2%，实现大型设备节能环保的要求。

1.2 系统布置

整个脱硫除尘岛布置效果见图1，每套脱硫系统的吸收塔、脱硫除尘器与吸风机呈一字排列，吸收剂仓布置在每台炉两套脱硫系统之间。主要工艺设备和辅助设施围绕脱硫塔，按工艺要求集中布置，各设备的平面和空间组合，既工作分区明确，又合理、紧凑、方便，外观造型协调，整体性好，并与电厂其他建筑群体相协调，同时最大限度地节省了用地。

图1 邯峰CFB-FGD系统布置三维效果

每台炉两套脱硫系统的生石灰仓和消石灰仓并排布置于脱硫塔旁边，便于生石灰粉的卸车；同时生石灰仓与消石灰仓的距离较近，便于将消化出来的消石灰输送至消石灰仓内储存。消石灰仓靠近吸收塔布置便于消石灰输送进入吸收塔内。

工艺水箱、水泵、流化风机等布置在脱硫布袋除尘器下的零米层地面上，所有的设备布置整齐、有序。两个脱硫灰库布置在1＃炉脱硫除尘装置边上，便于脱硫灰装车、外运。

1.3 工艺流程及原理

CFB-FGD工艺以循环流化床原理为基础，采用生石灰或消石灰为脱硫剂。图2所示为典型的循环流化床脱硫系统工艺流程示意图，整套系统由预电除尘器（利用现有电除尘器作为预除尘器）、吸收剂制备及供应系统、脱硫塔、脱硫灰再循环系统、脱硫引风机系统、工艺水系统、脱硫后除尘器、仪表控制系统以及电气系统等组成。

图2 工艺流程示意图

锅炉空气预热器出来的烟气温度一般为120℃～180℃，通过预除尘器后从底部进入脱硫塔，在此处高温烟气与加入的吸收剂、循环脱硫灰充分预混合，进行初步的脱硫反应。

然后烟气通过脱硫塔底部文丘里管的加速，进入循环流化床体，物料在循环流化床里，气固两相由于气流的作用，产生激烈的湍动与混合，充分接触，使得气固间的滑落速度高达单颗粒滑落速度的数十倍；脱硫塔顶部结构进一步强化了絮状物的返回，提高了塔内颗粒的床层密度，使得床内的Ca/S比高达50以上。这样的循环流化床内气固两相流机制，极大地强化了气固间的传质与传热，为实现高脱硫率提供了根本的保证。

在文丘里的出口扩管段设一套喷水装置，喷入雾化水以降低脱硫反应器内的烟温至高于露点15℃左右，从而使得SO2与Ca(OH)2的反应转化为可以瞬间完成的离子型反应。吸收剂、循环脱硫灰在文丘里段以上的塔内进行第二步的充分反应，生成副产物CaSO3·1/2H2O等。喷入的用于降低烟气温度的水，以激烈湍动的、拥有巨大表面积的颗粒作为载体，在塔内得到充分的蒸发，保证了进入后续除尘器中的灰具有良好的流动状态。

在循环流化床脱硫塔中，Ca(OH)2与烟气中的SO2和几乎全部的SO3、HCl、HF等，完成化学反应，主要化学反应方程式如下：

由于流化床中气固间良好的传热、传质效果，SO3全部得以去除，加上排烟温度始终控制在高于露点温度15℃以上，因此烟气不需要再加热，同时整个系统也无须任何的防腐处理。经除尘器捕集下来的固体颗粒，通过除尘器下的再循环系统，返回脱硫塔继续参加反应。多余的少量脱硫灰渣通过物料输送至脱硫灰仓内，再由罐车或二级输送设备外排。

2 运行情况

邯峰2×660MW机组脱硫除尘装置竣工后外观照片如图3所示。图4为邯峰项目DCS画面。

图3 邯峰2×660MW机组脱硫除尘装置照片

图4 邯峰项目DCS画面

从图4中可以看出，在原烟气入口SO2浓度为2175mg/m3的情况下，经过CFB-FGD脱硫后出口净烟气SO2浓度降为146mg/m3，系统整体脱硫效率达到93.3%，同时经布袋除尘后粉尘排放控制到了30.6mg/m3。脱硫除尘效果完全满足设计要求，同时也满足了国家标准规定的排放要求。

在168小时的试运过程中，设备运行稳定，始终维持较高的脱硫除尘效率，满足了环保要求。在稳定持续运行接近一年之后，华能邯峰电厂请权威机构进行了性能测试，结果显示各指标均满足或高于保证/设计值，显示出优越的性能。

3 技术特点

（1）采用优化的烟气循环流化床脱硫反应塔，脱硫效率高、系统可靠、稳定

塔内没有任何运动部件和支撑杆件，操作气速稳定、磨损小，没有堆积死角，设备使用寿命长、检修方便。特别是通过进气结构的改进设计和增加了清洁烟气再循环装置，无须在塔内增加絮流圈，就可使烟气负荷在10%～110%的变化范围内保证塔内良好的气固混合和充分接触，而且不出现堆积死角。

由于设计选择了最佳的操作气速，使得气固两相流在循环流化床内的滑落速度最大，脱硫反应区床层密度高，颗粒在脱硫塔内单程的平均停留时间长达40秒左右（考虑循环倍率，颗粒总的停留时间为60分钟左右），烟气在塔内的气固接触时间长达8秒以上，使得脱硫塔内的气固混合、传质、传热更加充分，优化了脱硫反应效果，达到了较高的脱硫效率。

（2）采用大流量高压回流式雾化水喷嘴，直接向脱硫塔内喷水降温，对负荷变化响应快，保证后续布袋除尘器可靠运行

采用进口的大流量回流式雾化水喷嘴具有流量大、喷水压力高、雾化效果好、耐磨损耐腐蚀等优点，从高压水泵出来的工艺水通过高压回流式水喷嘴喷入脱硫塔内，烟气温度下降到脱硫反应器所需要的最佳温度（高于烟气露点温度15℃以上）。当锅炉负荷变化时，所需的喷水量也随之变化，此时通过水系统中的回流水调节阀来调节喷入脱硫塔内的水量，对负荷变化响应快。喷入塔内的水由于压力高、雾化效果好，水分得以瞬间气化，使得塔内激烈湍动的固体颗粒不易黏结抱团，因此能保证后级布袋除尘器的稳定可靠运行。

（3）操作控制简单

整套装置操作非常简单，启停快速。在锅炉紧急投运时，脱硫系统可以选择热备或停止运行，实现锅炉启停情况下脱硫系统无扰运行。整套装置的调节控制回路少，主要通过3个回路实现，这3个回路相互独立，互不影响。

1） SO2排放控制：根据吸收塔入口SO2的总量，确定消石灰旋转给料器变频控制的频率，然后根据脱硫塔出口的SO2浓度，校核和精确地调节消石灰粉给料量的辅助调控参数，以保证达到按要求的SO2排放浓度。

2） 温度控制：通过对脱硫塔出口温度的测定，控制回流喷嘴向脱硫塔内的喷水量，以使温度降低到设定值。脱硫系统停止运行时，工艺水会自动停止注入。

3） 脱硫塔的压降控制：脱硫塔的压降由烟气压降和固体颗粒压降两部分组成。通过调节除尘器灰斗下料进入空气斜槽的物料量，以控制送回脱硫塔的再循环量，从而维持脱硫塔内的固体颗粒压降相对稳定，保证塔内流化床脱硫反应所需的固体颗粒浓度。

（4）单塔处理能力大，已有大型化的应用业绩

采用一个塔内配置7个文丘里管的结构，单塔理论上最高可处理的烟气量为28×105Nm3/h。配置7个文丘里单塔循环流化床脱硫系统已在300MW燃煤机组脱硫上得到成功应用，并运行近4年。目前国内企业已有单塔处理烟气量超过25×105Nm3/h的运行业绩，已接近理论的最大处理烟气量。

（5）采用流线型的底部进气结构，保证了脱硫塔入口气流分布均匀

通过对脱硫塔的入口结构大量的气流分布模型试验表明：采用流线型结构，有利于气流塔内径向分布均匀，保持塔内流化床的稳定，在实现高效脱硫的同时有效减少塔底落灰，有利于脱硫系统的稳定运行。

（6）设计有清洁烟气再循环烟道，负荷适应性好，维持脱硫塔内操作气速稳定，进一步保证了气固两相流场的稳定

由于采用了清洁烟气再循环技术，以及脱硫灰再循环等措施，可以满足不同的锅炉负荷要求。锅炉负荷在35%～110%范围内变化时，脱硫系统可正常运行。在不依赖锅炉即不引入热烟气的情况下，脱硫系统可实现烟气自循环，完成系统静态分布试运，从而缩短装置调试时间。

（7）无须防腐

循环流化床脱硫塔内具有优良的传质传热条件，使塔内的水分迅速蒸发，并且可脱除几乎全部的SO3，烟气温度高于露点15℃左右，脱硫塔及其下游设备不会产生腐蚀，因此整个系统无需采取任何防腐措施，显著节省投资，缩短装置施工时间。

（8）良好的入口烟气SO2浓度变化适应性

当煤的含硫量或要求的脱硫效率发生变化时，无需增加任何工艺设备，仅需调节脱硫剂的耗量便可满足更高脱硫效率的要求。

（9）脱硫副产物流动性好，易于处理；脱硫剂利用率高、脱硫副产物排放少

脱硫系统使用正确的注水位置，保证喷入脱硫塔内冷却水的充分蒸发，加上烟气和颗粒在塔内具有较长的接触行程，进一步加强了冷却水的蒸发，因此脱硫副产物含水率小，副产物流动性好，易于输送和处理。

从吸收剂及循环物料加入口到脱硫塔烟气出口长近40米的气固接触行程和塔内长达8秒以上的气固接触时间，保证了塔内充分的脱硫反应，加上二级除尘器收集脱硫灰全部返回塔内再循环，外排的脱硫灰数量很少，因此灰的综合处理成本较低。

4 结语

电力能源是国民经济的命脉。大量燃煤引发的大气污染是中国实现可持续发展和创建和谐社会的主要障碍之一。华能邯峰电厂CFB-FGD系统的顺利投运，标志着我国600MW及以上大型燃煤电站新型节能、节水型干法烟气脱硫工艺的研制取得了成功，表明我国环保产业在技术创新能力方面已经逐渐走到了世界前列。循环流化床干法烟气脱硫技术完全适用于大型燃煤电站的锅炉烟气净化，而且相比湿法脱硫工艺，其表现出的对锅炉负荷良好的适应性，多污染物一体化解决方案，环保节能，降低烟气脱硫建设和运行成本，更易于处理的脱硫副产物等特点，为解决大型燃煤电站锅炉烟气净化开拓了一条全新的路线。

[1]陶雷行，吕敬友，陈洪涛.烟气脱硫的工艺选择及因素分析[J].上海电力，2006，5：12-15.

[2]王凤印，王翠苹.循环流化床烟气脱硫技术的研究现状[J].电力环境保护，2005，21（4）： 452-458.

[3]Sauer H., Baege R, Herden H. New Aspects of the CFB Technology for Flue Gas Cleaning[A]. [In]Power Gen Europe 2002, Milano, Italy, June 11-13,2002.

[4]Yi Jianglin, Sauer H., Leuschke F., Baege R. What is possible to achieve on flue gas cleaning using the CFB technology?[A]. [In]8th International Conference on CFB, Hangzhou, China, May 10-13, 2005. 836-843.

Application of CFB-FGD on Flue Gas Purification of 660MW Coal-fired Power Plants

WANG Jian-chun

X701

A

1006-5377（2011）06-0027-04

国家863课题“600MW燃煤电站半干法脱硫除尘一体化技术与装备”，编号：2007AA061806。