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国外烟气循环流化床脱硫技术与石灰法湿法脱硫设备防护

2021-01-02 16:31:43

<一>、国外烟气循环流化床脱硫技术开发现状
  近几年烟气循环流化床技术发展很快,目前,已达到工业化应用的主要有四种流程,它们是:
  (1)德国Lurgi公司开发的烟气循环流化床脱硫技术(CFB)
  该工艺以循环流化床原理,吸收剂多次循环,与烟气的接触时间大大增加,从而大幅度提高了吸收剂的利用率。且其工艺简单,占地少,投资低,副产品呈干态易于处理或综合利用,并能在较低的钙硫比情况下达到与湿法相近的脱硫效率。该工艺流程主要包括吸收剂的制备系统、吸收塔、除尘器、吸收剂再循环系统以及仪表控制系统等部分,其流程与烟气循环流化床脱硫设备流程类似。
  在CFB系统中,由锅炉排出的未经处理的烟气从流化床的底部进入,如果考虑到综合利用的因素,不希望脱硫的副产品与飞灰混合在一起,则需要在吸收塔之前安装一个预除尘器。
  流化床吸收塔的底部为一个文丘里装置。烟气经文丘里管后速度加快,并与细的吸收剂粉末互相混合。它们之间的相对滑移速度很大,加上吸收剂颗粒的密度很大,因此吸收剂颗粒之间,气体与颗粒之间的摩擦非常剧烈。吸收剂与烟气中的SO2反应,生成亚硫酸钙。由于吸收剂的循环使用,吸收塔内有很高的飞灰和石灰颗粒浓度,这个浓度通常高达500~2000g/m³。经脱硫后带有大量固体颗粒的烟气由吸收塔的顶部排出进入吸收剂再循环除尘器中,该除尘器为一个机械式除尘器,也可以是电除尘器的预除尘器。烟气中的大部分颗粒被分离出来。被分离出的颗粒经过一个中间灰仓返回到吸收塔循环使用,由于大部分的颗粒被循环多次,因此固体物料的累积滞留时间很长,可达30min以上。这大大延长了烟气与吸收剂的接触时间,加大了SO2的传质总量,使吸收剂得以充分利用。
  以干粉的形式输入流化床吸收塔的吸收剂,同时还要喷入一定量的水以增大吸收剂的反应活性,提高脱硫效率。
  该系统的控制系统有三个控制回路:
  ①根据反应塔进口烟气量和烟气中原始SO2浓度控制消石灰粉的给料量,保证按要求脱硫效率所需要的钙/硫比。
  ②根据反应塔出口的烟气温度直接控制反应塔底部的喷水量,以保证烟气出口温度尽可能在接近结露温度的佳温度范围内,以获得尽可能高的脱硫效率,为此要求精确掌握进口烟气量和温度的变化。
  ③根据烟气进入吸收塔内的流量变化,保证床内一定的固体颗粒质量浓度或固/气比。沿床高度的固气比可通过床的底部和顶部的压差δP表示。运行中可通过控制再循环飞灰量来调节。
  (2)德国Wulff公司开发的回流循环流化床(RCFB)
  在Lurgi公司原有技术基础上,德国Wulff公司开发出了二代内循环式循环流化床工艺,即脱硫吸收塔一回流循环流化床(RCFB)。该工艺主要是在吸收塔的流场设计和塔顶结构上作了较大改进,使得在吸收塔内烟气和吸收剂颗粒的向上运动中,有一部分颗粒从塔顶向下回流。这股固体回流与烟气方向相反,而且它是一股很强的内部湍流,增加了烟气与吸收剂的接触时间,也增大了吸收剂与颗粒间的摩擦,使颗粒表面不断更新,提高了吸收剂的利用率,因此,在外部循环同时存在的情况下,脱硫性能得到优化。一般来说,塔内部回流的固体物料为外部再循环物料的30%~50%,这样塔内的回流就大大降低了反应塔出口烟尘浓度,简化了下游除尘器的设计,节省了投资。运行经验表明,该工艺对大型电厂的适用性是可以保证的。
  RCFB装置简单易操作,要求空间小,RCFB装置的直径只有相同容量喷雾干燥塔的一半。
  本工艺大的特点是通过RCFB内部佳的反应条件,保持强烈的气固接触,固体停留时间长达30~60min及不断更新的化学反应表面,使该工艺在低消耗下实现很高的污染物脱除效率。
  运行试验表明,在低Ca/S比时,脱硫效率可达90%以上,并可除去大部分的重金属。
  <二>、石灰法湿法烟气脱硫设备的综合防护措施
  1、主体脱硫塔防腐
  治理烟气在进人主体脱硫塔之后,经过一系列的除尘、脱硫、气液分离以及洗涤循环之后,所产生的酸性物质,对接触部位造成了严重的腐蚀损坏。在对主体脱硫塔进行防腐处理时,要分别分析脱硫塔本身的尺寸、结构、条件、工艺等,选择适当的并该性非金属材料作为衬里层的制作材料,能够实现对主体脱硫塔的综合防护效果,这种制作工艺不仅效果显著,制作成本也较低,适用于各种规模的冶炼或燃煤生产企业。若主体脱硫塔不大,且结构简单便于加工,则可利用碳钢紧衬聚烯烃材料,进行配套气相管道、液相管道、流槽等的制作;若主体脱硫塔的直径较大,在进行防腐处理时,难以滚塑成型,所以常常采用喷涂的方式,利用改性聚脲防腐材料或改性玻璃鳞片涂料,进行相关防腐处理。
  2、过渡段防护
  烟气治理过程中,人口烟气温度有时能够达到200-300℃,经过湿法洗涤之后,温度能够降至60-80℃。针对这类工艺现状,可在脱硫塔上部、洗涤塔顶部与脱硫主体设备之间,增设过渡段,有效解决在湿法洗涤过程中,由于十湿交替、温度突变的酸性介质对原有高温碳钢烟道的腐蚀,一并消除对设备外碳钢烟道接口部位的腐蚀现象。
  在过渡段设计过程中,可采用碳钢紧衬聚四氟乙烯材料,内衬石墨或石墨填充四氟环,这两种材料都具有良好的耐高温和耐腐性能,对能够显著提升石灰法湿法烟气脱硫设备的综合防护效果。
  3、脱硫塔内部组件防护
  在石灰法湿法烟气脱硫设备当中,涉及到众多组件,包括喷淋洗涤装置、人字除沫装置、文氏消泡装置等,在对此类组件进行综合防护时,可对其进行优化设计,如,采用流线形的结构进行设计,尽量消除死角,由此保证冲洗过程的顺畅,由此有效避免结垢堵塞等现象。另外,在相关组件的制作过程中,可采用非极性高聚物或特种耐酸钢,对面层不粘性进行有效改进,提升设备总体的防垢与防堵性能,如在喷淋洗涤装置当中,内衬、外包聚烯烃;利用整体聚丙烯制作除沫装置;将特种耐酸性钢作用于文氏消泡装置的制作过程。另外,关于组件安装,可采用机构集接的方式,若采用传统的螺丝连接方式,则螺丝本身腐蚀,容易影响设备整体是防护效果。除此之外,在相关组件的设计与防护过程中,在选材与改性方面的有效优化,能够有效提升装置的防腐与抗磨综合性能。
  在上述防护措施应用过程中,采用了多种非金属衬里材料。由于石灰法湿法烟气脱硫设备本身较大,且容易受到频繁温变的影响,导致衬里层与基体,在热胀冷缩的作用下,形成鼓泡、龟裂或脱层现象;另外,由于不同经营项目下的脱硫工艺的差异,导致其腐蚀性能也不尽相同。
  由此在设备综合防护的过程中,要有针对性的选用衬里防护材料,同时有针对性的加以改性,满足不同设备以及设备当中不同部位的特殊要求。

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