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循环流化床脱硫反应器CaS比选择的影响因素

时间:2016-1-15 15:39:00   来源:中国脱硫设备网   添加人:admin

  循环流化床脱硫反应器Ca比选择的影响因素胡金榜,陈安新,李艳平,宗润宽(天津大学化工学院,天津300072)硫反应机理、烟气停留时间、脱硫产物循环比及烟气气体组成等多种因素的影响,本文分析讨论了这些因素对选择CaS的影响,提出了适宜的操作条件,以期为工业应用提供。

  3:A循环流化床烟气脱硫技术是近几年国际上应用的先进的具有推广前途的烟气脱硫技术。与其它烟气脱硫工艺相比,这种技术具有脱硫效率高、脱硫剂利用率高、投资成本低、占地相对较少、操作简单及易于维护等优点。德国鲁奇(Lugi)公司采用这一技术同时脱除燃煤电厂排放烟气的二氧化硫与氮氧化物,脱除效率可分别达到95%和90%得到预期效果并实现了良好的社会效益111.随着世界各国对环境保护的要求越来越高,这一技术的优势更加被人们所重视。

  在循环流化床脱硫反应器脱除二氧化硫时,影响其脱硫效率的因素很多,其中Ca/S原子比(下同)的选择是非常重要的影响因素,本文通过对影响选择Ca/比的主要操作参数进行分析,可为工业应用提供。

  /比对脱硫效率的影响Ca/比,即脱除每摩尔S2需要脱硫剂如CaO、CaC3的摩尔用量,是钙法脱硫的关键参数,其直接影响脱硫效率与脱硫剂的作用量。在本文中若无特殊说明,钙硫比均指摩尔比。

  Burnett等对10MW机组,燃煤含硫量为3%(质量分数)的烟气脱硫系统进行了试时监测,监测结果表明,钙硫比为1.3时的脱硫效率可达80%90%.吴颖海等建立了循环流化床烟气脱硫试验平台,研究了Ca/比对脱硫效率的影响,并建立了理论模型,其理论计算值与实测值的比较如所示。从可知,脱硫效率随Ca/比的增加而增加。

  22烟气停留时间烟气在循环流化床内的停留时间是以床体高度与烟气表观气速之比来衡量的。适宜的烟气停留时间可以提高脱硫剂利用率,有利于减小Ca/比。高金和在CaS比为1. 5及气体在床内停留时间为1s的条件下,得到848%的脱硫率。Gerald等在试验中通过调节烟气流量来改变烟气停留时间,发现其由3.3s增至44s时,脱硫效率没有显示出随停留时间变化的规律性,如所示。

  这表明当超过一定停留时间后,停留时间的增加不足以明显的提高脱硫效率,也不会降低实际操作中的Ca/比。从工程设计考虑,循环流化床与烟气速度共同影响下应保证SO2的停留时间不少于3s4s 2选择Ca/S比的影响因素bookmark3 %co较溪23脱硫产物的循环比循环流化床脱硫反应器脱硫产物参与再循环是通过外部流动实现的。参加再循环的产物和未完全反应的脱硫剂的质量流率与新投入脱硫剂的质量流率的比称为脱硫产物的循环比。正确选择这一参数,对降低Ca/比有着重要意义。

  张凡等通过不同循环比对脱硫效率影响的试验研究表明,在没有脱硫产物循环条件下,要超过60%的脱硫效率,Ca/比不能低于2.0;要实现超过80%的脱硫效率Ca/S比不能低于3. 0,此时CaO(或。3)2)过剩值约为100%200%,造成脱硫剂很大的损失和浪费,试验结果如所示。当采用脱硫产物循环操作时,脱硫剂的利用率明显提高,详见。

  2.脱硫反应机理循环流化床烟气脱硫反应器是一种适用广泛的脱硫器。对于沸腾锅炉、煤粉锅炉、流化床锅炉,可以设置前除尘器,也可以不设置前除尘器。当加入脱硫剂CaCO3粉和CaO粉时,其颗粒直径均在100以下,这一特征为脱硫提供了气固接触表面积,保证了脱硫高效率。化学反应过程一般遵循双膜理由于烟气中热能量的存在,同时进行着干燥过程。

  Gerald指出在脱硫剂与SO2反应过程中,会在脱硫剂表面形成一层产物层,SO2通过产物层扩散到脱硫剂的扩散作用成为反应速率的控制因素。虽然产物层和液滴内部之间存在着扩散必需的脱硫剂的浓度差,但当产物层达到一定厚度后,扩散速率将会下降并被忽略,最终使脱硫反应终止。所以脱硫剂利用率不可能是100%的,在实际操作时,选择适宜的Ca/比是优化操作的关键步骤。

  P.Olfeio等通过对在西班牙南部某电厂建立的试验平台研究发现,当只有少于50%的脱硫产物参与再循环,Ca比为1 85时,脱硫效率只能达到668%,而当有98%的脱硫产物参与再循环时,Cai比只需1. 22,脱硫效率即可达到947%.由此可见脱硫灰的循环利用对于降低Cai比和提高脱硫效率起着非常重要的作用。

  在循环流化床运行过程中,随着脱硫产物循环比的增加,脱硫效率及脱硫剂利用效率就会越高,所需Cai比也会降低。形成这种现象,有以下几方面原因:脱硫灰的循环延长了Cao,尤其是较小颗粒的床内停留时间;是高了悬浮空间的颗粒浓度,增加脱硫剂与SO2的接触反应几率;循环流化床的床内是一种强烈的湍流状态。强烈的湍流状态以及高的颗粒循环比提供了连续的颗粒接触。颗粒之间的碰撞使得吸收剂表面的反应产物不断磨损剥落,使新的CaO表面连续暴露在气体中,从而避免了孔堵塞造成的吸收剂活性下降,强化了床内的传质和传热过程使吸收剂对吸收加强脱硫灰中含有许多比Cao更加活跃的金属氧化物,如Fe23、Al23和MgO等,它们的存在有助于S2的去除;另一个很重要的原因就是通过脱硫产物的循环在反应器中形成飞灰、粉尘和石灰的高浓度接触反应区,其质量浓度通触并发生反应的几率增大。

  但是,当床内悬浮空间颗粒浓度达到一定值后进一步增加循环比时,脱硫效率增加缓慢。因为此时颗粒逃逸的可能性增加,密相区颗粒浓度可能有降低,使总体的气固反应物在接触由吸收的总量基本保持不变。这种情况下,继续降低Cai比是不适宜的。因此,对循环流化床存在一个最有利于脱硫和经济要求的脱硫产物循环比。

  2.4烟气的气体组成(体积分数,下同)C2的6%2.由于烟气中CO2的存在,影响了脱硫剂的利用率。要达到相同的脱硫效率,需考虑增加Cai比或者脱硫产物的循环比。试验结果表明,烟气中CO2对脱硫效率的影响与烟气的饱和温差ATa有关。饱和温差越小,烟气中CO2含量的影响越弱。当饱和温差ATa足够小时,烟气中CO2浓度对脱除率的影响将很小,以致可以忽略,如所示。工业中推荐饱和温差ATa值为2.5其它因素还有其它的一些因素,诸如烟气的饱和温差ATa、脱硫剂的微观结构及液滴雾化质量等也将影响Cai比的选择,但同以上所分析因素相比,影响不太明显,故本文不加讨论。

  3结论脱硫反应机理、烟气的床内停留时间、脱硫产物的循环比和烟气的气体组成等多种因素均影响着Ca/比的选择。在工业应用中,应综合考虑各种因素的影响,以期在适宜的Ca/S比下达到最佳的脱硫剂利用率和脱硫效率。本文通过对几种影响Ca/比选择因素的分析,国内外技术实例的运行情况,认为循环流化床脱硫反应器的适宜操作条件为:Ca/比为1.3、烟气床内停留时间为3s、饱和温差ATa为15 C和脱硫产物98%参与再循环利用。