CN203790827U - 一种用于cfb锅炉的经济高效脱硫装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于CFB锅炉的经济高效脱硫装置，涉及一种锅炉脱硫装置，包括CFB锅炉，以及与其连通的石灰石仓和气固分离器，还包括CFB-FGD反应器，与所述CFB-FGD反应器连通为其供料的锅炉底渣仓和增湿活化水管路，以及与所述CFB-FGD反应器连通的除尘器，所述锅炉底渣仓与所述CFB锅炉底渣排出口连通，所述CFB-FGD反应器下部设有文丘里装置，所述文丘里装置的烟气入口与所述气固分离器的烟气出口连通，所述增湿活化水管路分别与所述CFB-FGD反应器和文丘里装置连通。本实用新型提供一种不需额外添加脱硫剂即可实现高效脱硫的CFB锅炉脱硫装置，从而保持CFB锅炉在污染控制方面的优势。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种锅炉脱硫装置，尤其涉及用于CFB锅炉的脱硫装置。
背景技术
循环流化床（CFB）锅炉因其燃烧适应性强，污染物排放控制成本较低，在国内得到了较为广泛的应用。2013年，全世界单台机组规模最大的CFB锅炉（600MW）在四川内江白马电厂正式投入运行，CFB锅炉的市场前景更为光明。
目前，国内运行的CFB锅炉通常采用炉内喷钙的方式进行脱硫。CFB炉内喷钙脱硫技术系统简单，设备投资和运行维护成本低，脱硫效率通常能达到90%，在满足国家排放标准的前提下是CFB锅炉脱硫的首选技术。
但是，从2012年1月1日开始实行的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）规定：自2012年1月1日起，新建火力发电锅炉SO2排放浓度不得超过100mg/Nm3，重点地区则不得超过50mg/Nm3。这一标准的执行，为CFB锅炉脱硫技术的选择带来一个难题。CFB锅炉所燃烧的煤种品质通常较低，煤中S含量较高，这就使得在不采取脱硫措施时，CFB锅炉烟气中SO2含量很高，往往能够达到3000-5000mg/Nm3，甚至能够达到10000mg/Nm3。如果仅仅采取炉内喷钙脱硫的方法，即使是通过采用技术优化，提高Ca/S等措施将脱硫效率提高到95%，也难以保证CFB锅炉烟气SO2排放浓度达标。如果为CFB锅炉单独建立一套石灰石-石膏湿法脱硫系统，或者其他高效脱硫系统，使得脱硫效率达到98%以上，则需要增加巨大的投资、运行成本，使得CFB锅炉丧失与煤粉锅炉相比所具有的污染物控制成本低的优势。
针对这个问题，目前较为常用的解决方法是在CFB锅炉炉内喷钙脱硫后再加一级尾部烟气脱硫系统，其中最常用的方法是在CFB锅炉尾部加一套半干法循环流化床烟气脱硫（CFB-FGD）系统。但是现有的半干法CFB-FGD技术均需新建一套生石灰或消石灰添加系统，在炉内喷钙之外再添加价格更贵的生石灰或消石灰作为脱硫剂，明显增加了CFB锅炉的脱硫成本。
因此，一种经济高效的CFB锅炉脱硫装置对于保证CFB锅炉满足SO2排放达标，保持CFB锅炉在污染控制方面的成本优势尤为重要。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：针对现有CFB锅炉脱硫技术存在的缺陷和不足，在CFB锅炉炉内喷钙脱硫技术的基础上提供一种不需额外添加脱硫剂即可实现高效脱硫的CFB锅炉脱硫装置，以较低成本实现CFB锅炉SO2排放浓度控制在100mg/Nm3以下（GB13223-2011）以及更低，从而保持CFB锅炉在污染控制方面的优势。
本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：
一种用于CFB锅炉的经济高效脱硫装置，包括CFB锅炉，以及与其连通的石灰石仓和气固分离器，还包括CFB-FGD反应器，与所述CFB-FGD反应器连通为其供料的锅炉底渣仓和增湿活化水管路，以及与所述CFB-FGD反应器连通的除尘器，所述锅炉底渣仓与所述CFB锅炉底渣排出口连通，所述CFB-FGD反应器下部设有文丘里装置，所述文丘里装置的烟气入口与所述气固分离器的烟气出口连通，所述增湿活化水管路分别与所述CFB-FGD反应器和文丘里装置连通。
作为选择，所述CFB-FGD反应器的增湿活化水入口设于锅炉底渣入口上方。
作为选择，所述文丘里装置的增湿活化水入口设于烟气入口上方、文丘里装置的喉部。
作为选择，所述除尘器的脱硫灰出口分别与所述文丘里装置和脱硫灰仓连通。
作为选择，所述CFB-FGD反应器下部设有布风板，所述布风板上方设置有排渣口。
作为选择，所述文丘里装置底部设有灰斗及其排灰口。
作为选择，所述CFB-FGD反应器和除尘器之间还设有气固分离器，所述气固分离器的固相出口与所述CFB-FGD反应器连通。
前述本实用新型主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本实用新型可采用并要求保护的方案：如本实用新型，各选择即可和其他选择任意组合，本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，在此不做穷举。
本实用新型的工作流程：
通常，CFB锅炉炉内喷钙脱硫Ca/S选取2.0，炉内脱硫效率约90%。由此可以计算炉内脱硫后未反应钙与未反应SO2的摩尔比为：（2-0.9）/（1-0.9）=11。根据CFB锅炉“一进二出”的物料平衡原理可知，未反应钙将全部从CFB锅炉飞灰和底渣排出。因此，CFB锅炉飞灰和底渣中未反应钙与炉膛出口烟气中SO2的摩尔比为11。若能充分利用CFB锅炉飞灰和底渣中未反应钙来吸收烟气中SO2，则完全不需要另外购买生石灰或消石灰，也不需要针对后一级脱硫设备设置生石灰消化系统，从而显著降低CFB锅炉脱硫系统的投资、运行成本。基于以上思路，本专利提出了一种适用于CFB锅炉的经济高效的两级脱硫技术。
第一级CFB锅炉脱硫系统为常规CFB锅炉炉内喷钙脱硫系统。石灰石仓内的石灰石以一定质量流量由螺旋给料机送入炉膛，石灰石在炉膛内经过受热爆裂、脱硫反应、物料循环等过程，部分发生脱硫反应的石灰石反应生成CaSO4，覆盖在未发生脱硫反应的CaO表面，阻碍了未反应的CaO继续参与脱硫反应；其中一部分未反应CaO与锅炉飞灰随着烟气从气固分离器出口流向下游，一部分粒径较大的未反应CaO作为CFB底渣从底渣排出口排出。
根据半干法CFB-FGD的适合反应温度区间，CFB-FGD反应器作为CFB锅炉第二级脱硫系统，设置在空预器之后。烟气从空预器出来后，温度约为145℃，烟气以侧向进风方式进入CFB-FGD反应器，经文丘里装置加速并与增湿活化水管路供给的增湿活化水混合；烟气加速后，粉尘磨耗加剧，未反应CaO重新暴露出来并与增湿活化水结合，活化其脱硫性能；随后烟气携带粉尘通过布风板后进入CFB-FGD反应器上段，烟气减速后SO2与粉尘中活化后的CaO充分进行脱硫反应。当仅依靠飞灰中未反应CaO不能达到SO2排放标准时，将一定量的CFB锅炉底渣通过锅炉底渣仓送入CFB-FGD反应器。由于颗粒粒径较大，大部分底渣颗粒在CFB-FGD反应器上部以内循环的方式反复流动、磨耗，未反应CaO也不断暴露出来，并经增湿水活化后参与脱硫反应，以保证烟气SO2排放浓度满足排放要求。为提高未反应CaO活性，可在增湿水中加入一定量的氧化剂（H2O2等）。
接着，烟气携带粉尘进入气固分离器，粒径较大的颗粒被气固分离器收集后送回CFB-FGD反应器循环，粒径较小的颗粒则随烟气进入除尘器。除尘器可选择静电除尘器或布袋除尘器。在除尘器中，烟气流速较低，粉尘中未反应的CaO可继续与烟气中SO2发生反应，进一步提高整体脱硫效率。被除尘器收集下来的粉尘则根据需要一部分送入文丘里装置参与循环，一部分送至脱硫灰仓。经处理达到排放标准的烟气则经由烟囱排放至大气。
本实用新型的有益效果：与常规用于CFB锅炉的CFB-FGD装置相比，本专利不需要额外购买生石灰或消石灰，也不需要设置生石灰消化系统，可显著降低CFB-FGD的投资、运行成本；本装置能够根据不同CFB锅炉烟气SO2浓度及SO2排放控制要求，在炉内喷钙的基础上，选择CFB-FGD脱硫系统的投运和控制策略，保证在不使用额外脱硫剂的情况下能够满足SO2排放浓度限值<100mg/Nm3的要求（GB13223-2011），乃至更低达到50mg/Nm3以下，从而实现CFB锅炉高效、低成本脱硫，使其继续保持在污染物控制成本方面的优势。
附图说明
图1是本实用新型实施例的装置流程示意图；
图中，1为CFB锅炉，2为CFB-FGD反应器，3为除尘器，4为石灰石仓，5为旋风分离器Ⅰ，6为旋风分离器Ⅱ，7为锅炉底渣仓，8为排灰口，9为排渣口，10为烟气入口，11为增湿活化水入口Ⅰ，12为文丘里装置，13为循环脱硫灰入口，14为脱硫灰仓，15为增湿活化水入口Ⅱ。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，一种用于CFB锅炉的经济高效脱硫装置，包括CFB锅炉1，以及与其连通的石灰石仓4和旋风分离器Ⅰ5，还包括CFB-FGD反应器2，与CFB-FGD反应器2连通为其供料的锅炉底渣仓7和增湿活化水管路，以及与CFB-FGD反应器2连通的除尘器3，锅炉底渣仓7与CFB锅炉1底渣排出口连通，CFB-FGD反应器2下部设有文丘里装置12，文丘里装置12的烟气入口10与旋风分离器Ⅰ5的烟气出口连通，增湿活化水管路分别与CFB-FGD反应器2和文丘里装置12连通，CFB-FGD反应器2的增湿活化水入口Ⅰ15设于与锅炉底渣仓7连通的锅炉底渣入口上方，文丘里装置23的增湿活化水入口Ⅱ11设于烟气入口10上方、文丘里装置23的喉部。除尘器3的脱硫灰出口分别与文丘里装置12和脱硫灰仓14连通，一部分经循环脱硫灰入口13送入文丘里装置12参与循环，一部分送至脱硫灰仓14。CFB-FGD反应器2下部设有布风板，布风板上方设置有排渣口9。文丘里装置12底部设有灰斗及其排灰口8。CFB-FGD反应器2和除尘器3之间还设有旋风分离器Ⅱ6，旋风分离器Ⅱ6的固相出口与CFB-FGD反应器2连通，粒径较大的颗粒被旋风分离器Ⅱ6收集后送回CFB-FGD反应器2循环。
在3MW规模CFB锅炉燃烧试验台尾部建立前述半干法CFB-FGD脱硫装置，燃烧不同含硫量煤种时脱硫系统采用不同投运策略，能满足SO2浓度排放标准，具体实施措施如下：
1、在CFB锅炉1的炉膛中部设置石灰石仓4，在CFB锅炉4尾部合适位置设置CFB-FGD反应器2，CFB-FGD反应器2可视设计条件设置旋风分离器Ⅱ6，在旋风分离器6后设置除尘器3，除尘器3可采用静电除尘器或布袋除尘器；
2、当燃烧低硫煤，烟气中SO2浓度低于1000mg/Nm3时，可仅采用炉内喷钙的方式，钙硫比1.8-2.2之间，可保证炉内脱硫效率大于90%，脱硫后烟气SO2浓度满足排放标准；
3、当燃烧中低硫煤，烟气中SO2浓度低于3000mg/Nm3时，首先采用炉内喷钙的方式钙硫比1.8-2.2之间，保证旋风分离器5出口SO2浓度低于300mg/Nm3；携带飞灰的烟气从烟气入口10进入CFB-FGD反应器2，经下部文丘里12加速，飞灰中未反应CaO经增湿活化水11增湿活化后与烟气中SO2在CFB-FGD反应器2中进行第二级的脱硫反应，从而保证烟气中SO2浓度满足排放标准；
4、当燃烧高硫煤，烟气中SO2浓度约5000mg/Nm3时，在措施3的基础上经锅炉底渣仓7将CFB锅炉底渣送入CFB-FGD反应器2，并从上部增湿水入口15喷入增湿活化水，以提高第二级CFB-FGD系统的脱硫效率，从而保证烟气中SO2浓度满足排放标准；
5、当烟气中SO2浓度大于5000mg/Nm3时，在措施4的基础上适当提高炉内喷钙的钙硫比，可同时提高炉内喷钙脱硫效率及CFB-FGD脱硫效率，从而保证烟气中SO2浓度满足排放标准；
6、通过调节增湿水量控制CFB反应器处于CFB-FGD最佳反应温度区间（60-90℃）；
7、通过控制CFB反应器排渣口的排渣量控制CFB反应器整体压降处于1500-2000Pa之间；
8、在采取上述措施的同时，可在增湿活化水中加入一定量的氧化剂，例如H2O2等，以进一步提高未反应CaO活性，降低炉内喷钙的钙硫比。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于CFB锅炉的经济高效脱硫装置，包括CFB锅炉，以及与其连通的石灰石仓和气固分离器，其特征在于：还包括CFB-FGD反应器，与所述CFB-FGD反应器连通为其供料的锅炉底渣仓和增湿活化水管路，以及与所述CFB-FGD反应器连通的除尘器，所述锅炉底渣仓与所述CFB锅炉底渣排出口连通，所述CFB-FGD反应器下部设有文丘里装置，所述文丘里装置的烟气入口与所述气固分离器的烟气出口连通，所述增湿活化水管路分别与所述CFB-FGD反应器和文丘里装置连通。
2.如权利要求1所述的用于CFB锅炉的经济高效脱硫装置，其特征在于：所述CFB-FGD反应器的增湿活化水入口设于锅炉底渣入口上方。
3.如权利要求1所述的用于CFB锅炉的经济高效脱硫装置，其特征在于：所述文丘里装置的增湿活化水入口设于烟气入口上方、文丘里装置的喉部。
4.如权利要求1所述的用于CFB锅炉的经济高效脱硫装置，其特征在于：所述除尘器的脱硫灰出口分别与所述文丘里装置和脱硫灰回收仓连通。
5.如权利要求1所述的用于CFB锅炉的经济高效脱硫装置，其特征在于：所述CFB-FGD反应器下部设有布风板，所述布风板上方设置有排渣口。
6.如权利要求1所述的用于CFB锅炉的经济高效脱硫装置，其特征在于：所述文丘里装置底部设有灰斗及其排灰口。
7.如权利要求1所述的用于CFB锅炉的经济高效脱硫装置，其特征在于：所述CFB-FGD反应器和除尘器之间还设有气固分离器，所述气固分离器的固相出口与所述CFB-FGD反应器连通。
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