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淺談國內(nèi)火力發(fā)電廠循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)
1.引言
我國是以燃煤為主的國家,，據(jù)統(tǒng)計(jì),，1995年煤炭消耗量為12.8億噸,且逐年遞增,，二氧化硫的排放量達(dá)2370萬噸,，超過美國2100萬噸的排放量,，成為世界二氧化硫排放第一大國,。目前全國62以上的城市SO2濃度超過國家環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)，占全國面積40左右的地區(qū)受到SO2大量排放引起的酸雨污染,，因此控制SO2的污染勢在必行,。
1996年我國頒布的《新大氣法》針對我國酸雨和SO2污染日趨加重的情況，規(guī)定對已經(jīng)產(chǎn)生和可能產(chǎn)生酸雨的地區(qū)和其他SO2污染嚴(yán)重地區(qū)劃定酸雨控制區(qū)或者SO2控制區(qū),，控制區(qū)內(nèi)新建的不能燃用低硫煤的火電廠和其他大中型企業(yè)必須配套建設(shè)脫硫和除塵裝置,，或者采用相應(yīng)控制SO2的措施；已建成的不能燃用低硫煤的企業(yè)應(yīng)采取控制SO2排放和除塵措施,。國家環(huán)保局要求在兩控區(qū)內(nèi),，要把治理措施作為當(dāng)?shù)匾?guī)劃的重點(diǎn)內(nèi)容。因此高效脫硫設(shè)備的研究開發(fā)任重道遠(yuǎn),。
2．國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
目前,，國內(nèi)外應(yīng)用的SO2的控制途徑有三種：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫（即煙氣脫硫）,。其中,，煙氣脫硫（FGD即FlueGasDesulfuration)是目前世界大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫方式，是控制SO2污染和酸雨的主要技術(shù)手段,。
已有15個(gè)國家和地區(qū)應(yīng)用了FGD裝置,，其設(shè)備總裝機(jī)容量相當(dāng)于2-2.5億Kw，每年去除SO21000萬噸,。據(jù)統(tǒng)計(jì),，1992年，全球安裝了FGD裝置646套,，其中美國占55.3,，德國占26.4，日本占8.6,，其余國家占9.7,。由于上述三國大規(guī)模應(yīng)用FGD裝置，且成效顯著,，雖然近年三國電站的裝機(jī)容量不斷增加,，但SO2排放總量卻逐年減少。
日本是早大規(guī)模應(yīng)用FGD裝置的國家,。截止1990年,，該裝置達(dá)1900多套,，總裝機(jī)容量達(dá)0.5—0.6億Kw。目前,，日本的SO2已基本得到控制,。
自70年代初開始，特別是1978年美國重新修改了環(huán)境法規(guī),，否決了高煙囪排放,，使FGD技術(shù)發(fā)展迅速。目前其FGD裝機(jī)容量達(dá)0.7—1.0億KW,，超過日本成為,。
歐洲以德國發(fā)展最為迅速，其裝置總裝機(jī)容量已達(dá)0.46億KW,，居第三位,。西德從70年代后期開始，在引進(jìn)日美先進(jìn)技術(shù)的同時(shí),，立足于本國技術(shù)的開發(fā),。截止1992年，5萬KW以上的燃煤鍋爐全部安裝了FGD設(shè)備,。
我國早在70年代,，就開始了電站鍋爐技術(shù)的研究工作，先后有60多個(gè)高校,、科研和生產(chǎn)單位對多種脫硫工藝進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,。但與發(fā)達(dá)國家相比，雖然起步不晚,，進(jìn)展卻比較遲緩,。
隨著能源工業(yè)的發(fā)展，燃煤的增加,，酸雨的危害日趨嚴(yán)重,，使SO2的控制技術(shù)的研究被提到議事日程上來。七五,、八五期間,，國家投入了大量的人力、物力和財(cái)力,，對SO2的污染控制組織了攻關(guān)研究,，取得了一系列成果。國內(nèi)在FGD方面開展的研究很多,，涉及各類方法,，但大部分尚停留在小試或中試階段，有的技術(shù)雖有工業(yè)性試驗(yàn)裝置,，但未能大規(guī)模推廣應(yīng)用,。為了促進(jìn)國內(nèi)FGD技術(shù)的開發(fā)研究，國家有計(jì)劃,、有目的的引進(jìn)了一批國外的先進(jìn)技術(shù)和裝置,。所引進(jìn)的示范工程涉及各種成熟工藝。
引進(jìn)的示范工程雖然設(shè)備先進(jìn),、運(yùn)行穩(wěn)定,、自控程度高，但其投資及運(yùn)行費(fèi)用極為昂貴,，同時(shí)還存在二次污染,。因此，如何使其國產(chǎn)化,，降低成本及費(fèi)用以適應(yīng)我國的市場需求,，就成為我國科研工作者的一項(xiàng)艱巨任務(wù)。
3.我所現(xiàn)有的相關(guān)工作基礎(chǔ)
山東省科學(xué)院能源研究所多年來致力于節(jié)能和環(huán)保技術(shù)的研究和開發(fā),，建立了較好的煙氣脫硫及相關(guān)技術(shù)的研究基礎(chǔ),。
近年來，我所在煙氣脫硫技術(shù)方面進(jìn)行了一些研究和開發(fā),，建立了流化床,、水浴、旋風(fēng)分級,、旋流板式等煙氣一些脫硫試驗(yàn)臺架,，并購置了一批基本的試驗(yàn)和測試儀器。
自1989年來,，我所進(jìn)行了較多的干燥和熱能技術(shù)的研究和開發(fā),，承擔(dān)了國家和省科委課題，取得了一批研究和開發(fā)成果,。如山東省課題鼓泡床干燥技術(shù),、粉碎流化床干燥技術(shù)、載體流化床干燥技術(shù),、循環(huán)氣流干燥技術(shù),、自清理回轉(zhuǎn)圓筒干燥技術(shù)、旋風(fēng)分級干燥技術(shù)等,。這些課題均通過了專家鑒定,，其中兩項(xiàng)為水平，其余為國內(nèi)水平,。所有這些課題在通過鑒定后,，我所隨即進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化開放，形成了產(chǎn)品,，并占領(lǐng)了較大的市場,，目前以上干燥設(shè)備的年銷售額已突破2000萬元,。由于獲得了較好的應(yīng)用，這些課題均獲得了山東省科學(xué)院科技進(jìn)步一等獎(jiǎng),，其中粉碎流化床干燥技術(shù)及裝置的研究課題在1997年榮獲山東省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng),。目前，還有一些在研的干燥技術(shù)課題,，如化工裝備總公司95煤化工的干燥單元,、山東省重大科技攻關(guān)項(xiàng)目新型噴霧干燥機(jī)的研制等
在傳熱傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)方面，干燥過程和煙氣脫硫過程的特征極其相似,。以上這些研究成果為煙氣脫硫技術(shù)的研究奠定了較好的理論及產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ),。
在1999年我所派團(tuán)赴波蘭羅茲技術(shù)大學(xué)進(jìn)行技術(shù)交流時(shí)，確定了在干燥和環(huán)保設(shè)備的研究及其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測方面,，以及先進(jìn)的激光測試實(shí)驗(yàn)手段實(shí)施方面的進(jìn)一步合作關(guān)系,，為脫硫技術(shù)和裝置研究的國際合作打下了良好的基礎(chǔ)。
在多年研究工作的基礎(chǔ)上,，我們逐步強(qiáng)化了我們的試驗(yàn)力量,，建成了包括脫硫在內(nèi)的多個(gè)有代表性的試驗(yàn)臺架，配置了基本的測試,、分析儀器,。山東省科學(xué)院專門為我所建造了1200m2的熱能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，為我們承擔(dān)相關(guān)的重點(diǎn)課題,、進(jìn)行煙氣脫硫的深化研究,打下了堅(jiān)實(shí)的試驗(yàn)基礎(chǔ),。
4．“十五"期間的打算
針對國家的環(huán)保形勢，并充分考慮在煙氣脫硫方面的科研能力和研究條件,，山東省科學(xué)院能源研究所決心在煙氣脫硫技術(shù)的研究及其裝置的產(chǎn)業(yè)化方向取得突出的成就,。
根據(jù)我所在流態(tài)化干燥和噴霧干燥技術(shù)及其裝置的研究和應(yīng)用基礎(chǔ)，十五期間,，我們擬對循環(huán)流化床煙氣脫硫進(jìn)行深入研究,。
4.1循環(huán)流化床的研究現(xiàn)狀
循環(huán)流化床（即CircularFluidBed以下簡稱CFB）脫硫技術(shù)是國外90年代開始研究應(yīng)用的一種新型的脫硫技術(shù)，在降低設(shè)備投資方面具有較大的優(yōu)勢,，同時(shí)還具有很高的脫硫效率,。該裝置利用CFB內(nèi)固體顆粒與氣體接觸均勻、氣固兩相相對速度較高等特點(diǎn),，使CFB煙氣脫硫裝置具有較高的脫硫效率,。固體顆粒在CFB中通過加濕、吸收SO2,、被干燥等過程后,，被旋風(fēng)分離器從煙氣中分離，部分固體分離物再循環(huán)加入流化床內(nèi)，使吸收劑得以充分利用,，減小了鈣硫比,。1998年德國LurgiGmbH公司開發(fā)出三套CFB裝置，用于64MW及170MW電廠鍋爐的煙氣脫硫,，使用情況良好,，其SO2的脫除效率高達(dá)95以上。
4.2研究目的
本研究的目的是:借鑒國內(nèi)外已有的研究成果和相關(guān)行業(yè)的技術(shù),，進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和突破，研制適合于我國大中規(guī)模燃煤設(shè)備（如64MW-300MW規(guī)模的電廠鍋爐）的脫硫裝置,。
4.3技術(shù)關(guān)鍵
該項(xiàng)目的技術(shù)關(guān)鍵在于裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù),、霧化形式的確定及其與CFB脫硫裝置的配置。使CFB脫硫裝置具有較高脫硫效率和較小壓力損失,?！?br/>
該裝置擬對國外常規(guī)CFB裝置的機(jī)構(gòu)作適當(dāng)改動(dòng)，引入適當(dāng)強(qiáng)度的切向流,，以提高氣固,、氣液的相對速度，提高煙氣與吸收劑的反應(yīng)強(qiáng)度,。并延長氣固,、氣液的接觸時(shí)間，使反應(yīng)趨于,。在此基礎(chǔ)上,，利用我所在旋風(fēng)分級干燥技術(shù)的研究成果，設(shè)置相應(yīng)的內(nèi)部構(gòu)件,，使不同粒徑的含濕固體或液體顆粒與煙氣具有不同的接觸時(shí)間,，使反應(yīng)更加均勻完善，并降低吸收劑的用量和對吸收劑和霧化均勻性的要求,。
該項(xiàng)目的技術(shù)創(chuàng)新和突破在于在通過引入適當(dāng)強(qiáng)度的切向流,，提高了煙氣與吸收劑的反應(yīng)強(qiáng)度，降低了吸收劑的循環(huán)量和粒度要求以及降低了系統(tǒng)后半部除塵單元的負(fù)荷,，可相應(yīng)降低系統(tǒng)的動(dòng)力消耗,。
4.4預(yù)期所能達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
a.脫硫效率³90；b.除塵效率³95,；c.使用壽命5年以上,。
4.5經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益
該項(xiàng)目研究完成后的技術(shù)成果可廣泛應(yīng)用于各種燃煤設(shè)備，如電站鍋爐,、工業(yè)鍋爐,、生活鍋爐、熱風(fēng)爐、熱處理爐等,。預(yù)計(jì)每年至少可銷售50臺套各種型號的脫硫設(shè)備,，可為本單位創(chuàng)造800萬元以上的利潤。該裝置實(shí)現(xiàn)應(yīng)用后,，可有效的減少煙氣的SO2排放量,，不言而喻也將具有可觀的環(huán)保效益和社會(huì)效益。