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015.循环悬浮式烟气半干法脱硫技术实验研究

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  第 25 卷增刊  2005 年 10 月 
 

动 力 工 程  JOURNAL OF POWER ENGINEERING 

Vol.25 Sup.                                   Oct.2005 

循环悬浮式烟气半干法脱硫技术实验研究 

高  翔,刘海蛟,滕  斌,骆仲泱,倪明江,岑可法 
(浙江大学 热能工程研究所,杭州  310027)   
摘  要:建立了烟气处理量 1500Nm3/h 的中试试验台,对循环悬浮式半干法烟气脱硫工艺进行了实 验研究。研究了运行参数(包括烟气在吸收塔内的停留时间,Ca/S,绝热饱和温距, 浆滴粒径,入 口二氧化硫浓度,入口烟温等),脱硫灰再循环等因素对脱硫塔内和整个系统脱硫效率的影响。研 究结果表明运行参数中绝热饱和温距、钙硫比以及浆滴粒径的变化对系统脱硫效率影响明显,循环 灰的增加有利于提高脱硫效率。  关键词 :循环流化床,烟气脱硫,运行参数,灰循环  中图分类号:X511              文献标识码:A              

Experimental Study of Semi-dry Flue Gas Desulfurization in  Circulating Suspension Fluidized Bed 

GAO Xiang, LIU Hai-jiao, TENG bin, LUO Zhong-yang, NI Ming-jiang, CEN Ke-fa (Zhejiang University Institute for Thermal Power Engineering Hangzhou 310027 ) Abstract: An experimental study of semi-dry flue gas desulfurization(FGD) in a circulating fluidized bed has been performed. The influence of operation parameters(residence time, Ca/S ratio, approach to saturation temperature, average diameter of slurry drops, inlet flue gas temperature, inlet concentration of SO2), recycle of desulfurization ash, and additions on SO2 removal has been investigated. The optimum operating parameters have been got. Results of experiment show that the approach to saturation temperature, Ca/S mole ratio and average diameter of slurry drops influence SO2 removal strongly. Recycle of desulfurization ash are propitious to improve the efficiency. Key word: Circulating fluidized bed,Semi-dry FGD, Operating parameters, Recycle of desulfurization ash

在现有的烟气脱硫工艺中,半干法烟气脱硫工 艺因为系统简单、占地面积小、投资低、脱硫产物 容易处理、耗水量小、 无二次污染等优点广泛地应
基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(199902201-05)  作者简介:高翔(1968-),男,浙江杭州人,博士,教授,博士生导 师,从事烟气净化及污染物控制方面的研究。

用在场地有限的中小型工业锅炉和窑炉,并且在容 量较小的发电锅炉也有较好的应用[1]【2】【3】。然而传 统的半干法烟气脱硫工艺存在吸收剂利用率较低、 吸收剂消耗量较大,脱硫效率不高,并且由于工艺 不完善,容易造成吸收浆液贴壁现象,严重影响了 系统的经济效益和安全运行,制约了半干法烟气脱 硫工艺的发展。本文中研究的循环悬浮式烟气脱硫
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工艺在借鉴传统半干法脱硫工艺基础上,通过优化 水的流量由转子流量计测量,雾化空气的流量用转

工艺运行参数、对脱硫灰再循环进行控制,大大地 子流量*胁饬俊!

提高了工艺的吸收剂利用率和脱硫效率,并且保证

吸收剂成分分析参见表 1,各运行参数变化范

了系统的安全稳定运行。

围见表 2。 

1 试验系统及装置 
循环悬浮式半干法烟气脱硫试验系统如图 1 所 示。 
 

表 1 生石灰成分分析  Table 1 Composition analysis of lime 

成分 

CaO 

含量%  78.90 

MgO  4.71 

K2O  0.22 

Na2O  0.06 

成分  Fe2O3  Al2O3  TiO2  其他 

含量%  0.39  1.97  0.08  13.67 
表 2 试验基本运行参数值  Table 2 Basic operating parameters of 
experiment 

参数名称  烟气流量  入口烟温  出口烟温 

参数值  1156Nm3/h  162±1℃  63±1℃ 

图 1 半干法烟气脱硫实验系统  Fig 1 Experimental System of semi-dry flue
gas desulfurization 脱硫塔是脱硫工艺的主体设备,包括主塔和副 塔。塔体内径 450mm,总有效段 24.5m。脱硫塔上开 设压力、温度、湿度、SO2 浓度等参数的测孔以及取 样孔和喷嘴法兰。主塔下部采用渐缩渐扩设计,形 成文丘里结构,浆喷嘴设在喉部,塔体外部敷设保温 层。  试验过程中,热烟气由燃油模拟烟气发生系统 产生,烟气温度通过冷热风混合调节.烟气中 SO2 浓度用纯 SO2 钢瓶气调节。配制好的石灰浆液从主 塔喉口喷嘴喷入塔中。脱硫后烟气从反应器上部由 引风机排出,脱硫灰经布袋除尘器收集,部分返送 回塔体进行循环利用,脱硫灰渣由塔体下端的排渣 口排出。  试验时温度和流量分别由镍铬—镍硅热电偶和 标定过的翼型测速装置测定,沿烟气流程共布置有 12 个压力测点,通过 U 形管测定床内不同高度的压 降。脱硫塔入口、出口和布袋除尘器后 3 处烟气二 氧化硫浓度用标定过的德国德图公司生产的 testo-450 烟气分析仪来测量。石灰浆液以及增湿

总喷水量*  入口SO2浓度 

钙硫比 

85±2kg/h 

843.48ppm 

1.54 

*烟气本身含湿量 0.04561kg/m3 

2 结果及分析 

2.1 运行参数对脱硫效率的影响  在半干法烟气脱硫工艺中,运行参数是影响系
统脱硫效率的重要因素,本试验研究运行参数对脱 硫效率的影响是在基本试验工况下进行的,即脱硫 试验过程中不采取脱硫灰再循环、尾部增湿活化以 及添加添加剂等措施。  2.1.1Ca/S  
图 2 和图 3 分别给出了Ca/S 比对脱硫效率和钙 利用率的影响。图中ηtower 和ηtotal 分别表示脱 硫塔内和整个系统的脱硫效率,φtower 和φtotal 表示脱硫塔内和整个系统的钙利用率。 
如图 2 图 3 所示,随着钙硫比的增大,脱硫效 率呈非线性上升的趋势,钙利用率都呈非线性下降 趋势。在其它条件不变的情况下,钙硫比的增大意 味着石灰浆液浓度的升高,浆滴的含水量降低,吸 收剂颗粒表面液膜厚度变薄,液相传质阻力减小, 加大了反应推动力,使 SO2 的吸收速率增大。因此, 钙硫比的增大使得脱硫效率得到提高。 

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图 2 脱硫效率随 Ca/S 变化曲线  Fig 2 Curve of desulfurization efficiency with
Ca/S changed  

图 4 脱硫效率随停留时间变化曲线 Fig 4 Curve of desulfurization
efficiency with residence time changed   
 

图 3 钙利用率随 Ca/S 变化曲线  Fig 3 Curve of utilization ratio of Ca
with Ca/S changed 吸收反应速率加快导致 SO2 浓度的降低也加快, 使得反应的推动力减少,所以随着钙硫比的进一步 增加,脱硫效率的增加会变缓,使钙利用率下降。  2.1.2 烟气在塔内停留时间  由图 4 和图 5 可见,随着烟气在脱硫塔内停留 时间的增加,脱硫塔内和系统的脱硫效率及钙利用 率都增加,但增幅不大。  在脱硫塔内,SO2 的吸收反应主要发生在恒速干 燥阶段[4],一般在 1~1.9s[5]。因此烟气停留时间对 脱硫塔内影响主要在浆滴干燥以后的气固反应阶 段,由于这一阶段的吸收反应速度较慢,所以反应 时间的增加,对脱硫效率的提高幅度不是很大。 

图 5 钙利用率随停留时间变化曲线  Fig 5 Curve of utilization ratio of Ca with residence time changed
有关文献认为烟气在脱硫塔内的停留时间一般 在 10s 左右为宜[6]。从本实验结果来看,在 6~10s 的停留时间内,脱硫效率的增加有限。  2.1.3 绝热饱和温距 
 绝热饱和温距对脱硫效率和钙利用率的影响见 图 6 和图 7。可以看出,随绝热饱和温距的减小, 脱硫效率和钙利用率都增大,且增幅较大。 
绝热饱和温距降低,意味着烟气的相对湿度升 高,将导致浆滴内水分的蒸发速率降低,水分的保 留时间延长,也即延长了离子状态的反应时间,因 此对脱硫效率的影响较明显。 
关于水分对钙基吸收剂反应活性的影响, 

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图 6 脱硫效率随绝热饱和温距变化曲线 Fig 6 Curve of desulfurization efficiency with approach to saturation temperature changed   
 

图 8 脱硫效率随入口烟气温度变化曲线  Fig 8 Curve of desulfurization efficiency
with inlet flue gas temperature changed    

图 7 钙利用率随绝热饱和温距变化曲线  Fig 7 Curve of utilization ratio of Ca with approach to saturation temperature changed
F.Ruland[7]认为当钙基吸收剂中的水分超越某个临 界值后,其反应机理相对于干燥状态已发生了明显 变化。高 翔、骆 仲 泱、岑可法[8][9]等人利用实验系 统和理论模型,分析和研究了水分含量对吸收剂脱 硫反应速率的影响,认为在反应初期,SO2 与脱硫剂 的反应是属于气液离子反应,反应速率主要由反应 物在液相中溶解速率和 HSO3—、SO3—、Ca2+等离子在 液相中的扩散速率控制,因此具有较高的反应速率。 随停留时间的延长,颗粒内的水分蒸发,致使脱硫 剂表面只剩下结合水参与反应,它不能在整个颗粒 中维持离子反应,SO2 需要通过孔隙扩散才能到达反 应液面。   

图 9 钙利用率随入口烟气温度变化曲线  Fig 9 Curve of utilization ratio of Ca with inlet flue gas temperature changed 2.1.4 脱硫塔入口烟气温度  图 8 和图 9 是入口烟气温度对脱硫效率和钙利 用率的影响关系曲线。  由图 8 和图 9 可见,在其它运行参数不变的条 件下,随着脱硫塔入口烟温升高,脱硫效率和钙利 用率也提高。  入口烟温升高使得所需水量相应升高,浆滴粒 径不变时浆滴颗粒数目会增加,吸收反应面积随之 增大,这是脱硫效率提高的主要原因。由于 Ca/S 比不变,所以钙利用率随着脱硫效率的提高而提高。  2.1.5 入口 SO2 浓度  图 10 和图 11 是入口 SO2 浓度对脱硫效率和钙 利用率的影响关系曲线。试验时 Ca/S 比保持不变。   

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图 10 脱硫效率随入口 SO2 浓度变化曲线 Fig 10 Curve of desulfurization efficiency with inlet concentration of SO2 changed     

图 12 脱硫效率随浆滴*均粒径变化曲线 Fig 12 Curve of desulfurization efficiency with
average diameter of slurry drops changed     

图 11 钙利用率随入口 SO2 浓度变化曲线  Fig 11 Curve of utilization ratio of Ca
with inlet concentration of SO2 changed    由图可见,在其它运行参数不变等情况下,随 着入口 SO2 浓度的升高,脱硫塔内和系统的脱硫效 率以及钙利用率都有所下降。  其他参数保持不变时,入口 SO2 浓度的升高使 得单位时间内进入塔内的脱硫剂的量增加,浆液浓 度升高,浆滴粒径不变时,单个浆滴的含固量增加, 含水量减小,这不但使得浆滴的干燥时间变短,而 且使得脱硫反应速率降低。  2.1.6 浆滴*均粒径  图 12 和图 13 是浆滴粒径对脱硫效率和钙利用率的 影响关系曲线。由图可见,在试验范围内,随着浆 滴粒径的增大,脱硫塔内和系统的脱硫效率以及钙 

图 13 钙利用率随浆滴*均粒径变化曲线 Fig 13 Curve of utilization ratio of Ca with average diameter of slurry drops changed 
利用率都上升,但是浆滴增大到一定程度后,脱硫 效率和钙利用率的增长变缓,甚至出现下降的趋势。 
浆滴粒径的增大一方面延长了浆滴的干燥时间 和 SO2 吸收反应的液相离子反应时间,这对浆滴吸 收 SO2 是有利的,另一方面,浆滴粒径增大使得总 反应面积减少,这对吸收反应不利。从上述实验结
果看,浆滴粒径在 80 ?m 左右较为合理。 
2.2 循环对脱硫效率的影响   将灰渣进行再循环,使未反应完毕的石灰进入
脱硫塔内参与 SO2 的吸收反应,不但可以提高脱硫 效率和脱硫剂的利用率,而且可以节省吸收剂的成 本。循环灰进入脱硫塔内后,与新鲜的石灰浆滴发   

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生碰撞后,新鲜浆液覆盖在再循环脱硫灰渣的表面, 增大,布袋除尘器的脱硫效率下降。由图 15 可见,

使得浆滴的有效表面积相对增加,SO2 反应吸收面积 随着循环倍率的增大,钙利用率也增大。 

增加,从而可以提高脱硫效率。 

2.2.2 不同 Ca/S 比时循环倍率变化对脱硫效率的

2.2.1 循环倍率变化对脱硫效率和钙利用率的影响  影响                (a) 

图 14 和图 15 给出了不同循环倍率时的脱硫效                        (a(909 

率和钙利用率的变化曲线。 

 

 

 

 

图 14 循环倍率对脱硫效率的影响  Fig 14 The influence of recycle ratio to
desulfurization efficiency   
           
图 15 循环倍率对钙利用率的影响 Fig 15 The influence of recycle ratio to utilization
ratio of Ca 由图 14 可见,当 Ca/S 一定时,随着循环倍率 的增大,脱硫塔内的脱硫效率和系统的脱硫效率都

(b) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(a)塔内脱硫效率 

(b)系统脱硫效率 

Desulfurization efficiency   Desulfurization 

of tower 

efficiencyof 

system 

图 16 Ca/S 摩尔比不同时不同循环倍率对脱硫效 率的影响 

Fig 16 The influence of different Ca/S and

recycle ratio to desulfurization efficiency 图 16 是在循环灰不加湿和塔内无增湿水的条

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件下,不同 Ca/S 比时循环倍率对脱硫效率的影响结

由图可见,脱硫效率随循环灰含湿量的增加而

果。可以看出,Ca/S 比越高,达到某一脱硫效率时 提高。含湿量增加使得循环灰内水分的停留时间延

所需的循环倍率越小。 

长,有利于脱硫反应。但是循环灰含湿量增加,会

2.2.3 循环灰含湿量对脱硫效率的影响 

影响灰的流动性能,容易造成加湿器甚至脱硫塔内

                (a) 

 

壁积灰。 

 

2.3 脱硫塔阻力特性  

 

本实验系统脱硫塔的阻力损失与烟气流速的关

系见图 18a,脱硫塔阻力损失与循环倍率的关系见

图 18b。            

 

 

(a) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(b) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(a)塔内脱硫效率 

(b)系统脱硫效率 

Desulfurization 

Desulfurization 

efficiency of tower 

efficiency of system 

图 17 不同循环倍率时循环灰总含湿量对脱硫效率影



Fig 17 The influence of total moisture content to desulfurization efficiency with different recycle ratio 

图 17 是循环倍率不同时,循环灰含湿量对脱硫

      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                 (b) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a 无灰循环时 

b 有灰循环时 

With no recycle ash  With recycle ash 

图 18 脱硫塔阻力特性 

效率的影响。循环灰在加湿前测定其本身水分含量 为 1.34%,进入吸收塔之前在加湿器内进行加湿,含 湿量达到所需值。 

Fig18 Drag characteristic of desulfurization tower 由图 18a 可以看到,喷浆和不喷浆时脱硫塔阻 力实测值都与烟气流速呈二次曲线关系,这与理论

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计算值是吻合的。由图 18b 可以看到有灰循环时, 脱硫塔的阻力与循环倍率成正比。所以在通过提高 循环倍率来提高脱硫效率的同时,系统的阻力也会 成倍的增加。若对脱硫效率要求较高,建议循环倍 率取值 14,如果对系统阻力增加控*涎细瘢ㄒ 循环倍率取值 8。由于实际工程中脱硫塔内径要大 的多,灰粒沿塔内径向有较长的干燥时间,提高循 环倍率造成的贴壁问题会较轻,干燥的灰粒甚至还 能起到对塔壁的冲刷作用,所以提高循环倍率时, 塔内阻力的增加应当比试验时的小,则循环倍率的 取值可以更大一点。 
3 结论 
运行参数中绝热饱和温距、钙硫比以及浆滴粒 径的变化对系统脱硫效率影响明显,其他运行参数 对脱硫效率的影响不是很明显。绝热饱和温距越低, 钙硫比越高,脱硫效率越高;一定范围内,浆滴粒 径越大,脱硫效率越高,但是超过一定值后,脱硫 效率会下降。绝热饱和温距一般保持在 10℃,钙硫
比一般选为 1.5,浆滴粒径则控制在 75~80 ?m 左
右。  增大循环倍率可以提高脱硫效率,继续增大循
环倍率,脱硫效率仍有提高的余地。但是,系统的

参考文献   [1] 赵旭东、高继慧、吴少华、秦裕琨, 干法、半干法(钙
基)烟气脱硫技术研究进展及趋势,化学工程,Vo1.31,  No.4Aug.2003,p64-67  [2] 董勇、秦裕琨、马春元、李玉忠、田凤国 , 中小电站锅 炉半干法烟气脱硫技术,电站系统工程 ,Vo1.19, No.2, Mar.2003,p40-42  [3] 谭鑫、钟儒刚、甄岩、佘远斌、张凡 , 钙法烟气脱硫技 术研究进展,化工环保 ,Vo1.23, No.6,Dec.2003, p322-328,uspensions. Chem. Eng. Sci, 1991, 46(4): 939-947 
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阻力也会随之倍增。建议循环倍率取 10 为佳。 

 

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