题 目：循环流化床锅炉运行分析以及脱硫技术
姓 名 那广峰 层 次 专升本
学 号 1123205631 专 业 热能与动力工程
班 级 热升1292
校内指导老师：刘早宿
校外指导老师：刘东明
摘 要
循环流化床锅炉是八十年代发展起来的高效率、低污染和良好综合利用的燃煤技术，由于它在煤种适应性和变负荷能力以及污染物排放上具有的独特优势，使其得到迅速发展。循环流化床锅炉的原理及其脱硫工艺等加工技术的发展，带来了社会效益和经济效益。
关键词：循环流化床 锅炉 加工分析
1引言………………………………………………………………………………3
2循环流化床锅炉的特点…………………………………………………………3
3循环流化床内的燃烧加工过程…………………………………………………4
3.1循环流化床内煤的燃料着火…………………………………………………4
3.2循环流化床内煤的破碎特性…………………………………………………4
4循环流化床锅炉发展中存在的一些问题及加工剖析…………………………5
4.1国内目前已运行的循环流化床锅炉遇到的主要问题………………………5
4.2锅炉调试及运行中的控制重点………………………………………………5
4.2.1流化不良的预防方法………………………………………………………5
4.2.2超温结焦的预防控制方法…………………………………………………5
4.2.3两床失稳预防控制…………………………………………………………6
4.2.4堵煤预防控制与启动调试…………………………………………………6
5循环流化床锅炉脱硫技术………………………………………………………7
5.1 脱硫技术概述…………………………………………………………………7
5.2 炉内喷入石灰石脱硫技术 …………………………………………………8
5.3湿式石灰石--石膏法脱硫工艺 ……………………………………………11
5.4半干法烟气脱硫工艺 ………………………………………………………16
6结束语……………………………………………………………………………19
参考文献……………………………………………………………………………19
1 引言
循环流化床锅炉采用流态化的燃烧方式，是介于煤粉炉悬浮燃烧和链条炉固定燃烧之间的燃烧方式，即通常所讲的半悬浮燃烧方式。自循环流化床燃烧技术出现以来，循环流化床锅炉已在世界范围内得到广泛的应用。循环流化床锅炉是一种国际公认的洁净煤燃烧技术，以其燃料适应性广、脱硫效果好、NOx排放量低、负荷调节性能好等优点在我国燃煤电站中方兴未艾。我国循环流化床锅炉技术已步入世界先进水平，循环流化床锅炉总装机容量也居世界第一位，但是，我国锅炉的脱硫现状还不很乐观，脱硫系统的可用率、锅炉脱硫效率不高，因此循环流化床锅炉的应用加工还存在不少问题，离国际先进水平有一定差距。
2 循环流化床锅炉的特点
由于循环流化床内气、固两相混合物的热容量比单相烟气的热容量大几十倍甚至几百倍，循环流化床锅炉中燃料的着火、燃烧非常稳定。在床内沿炉膛高度所进行的燃烧和传热过程，基本上是在十分均匀的炉膛温度下(一般为850℃～900℃)进行的，从而可使循环流化床锅炉达到98%～99%的燃烧效率。在钙与燃料中的硫摩尔比为115～215的情况下可以达到90% 以上的脱硫效率。由于循环流化床锅炉是低温燃烧，而且燃烧过程是在整个炉膛高度上进行的，所以可以方便地组织分级燃烧，因而可以有效地抑制NOx的生成，降低NOx的排放。由于炉内气、固两相流对受热面的传热是在整个炉膛内进行的，不需在床内布置埋管受热面，因而完全避免了埋管的磨损问题。而布置在炉膛出口外的高效分离器可将大部分固体颗粒从烟气中分离出来，大大减少了尾部烟道中烟气的粉尘浓度，减少了尾部受热面的磨损。
①燃料适应性强，由于循环流化床中的燃料仅占床料的1%－3%，不需要辅助燃料而燃用任何燃料，可以燃用各种劣质煤及其它可燃物，特别包括煤矸石、高硫煤、高灰煤、高水分煤、煤泥、垃圾等，可以解决令人头疼的环境污染问题。②燃烧效率高，循环流化床比鼓泡床流化床燃烧效率高，燃烧效率通常在97%以上，基本与煤粉相当。③脱硫率高，循环流化床的脱硫方式是最经济的方式之一，其脱硫率可以达到90%。④氮氧化物排放低，这是循环流化床另外一个非常吸引人的特点，其主要原因是：一低温燃烧，燃烧温度一般控制在850－900℃之间，空气中的氮氮一般不会生成NOx；二分段燃烧，抑制氮转化为NOx，并使部分已生成的NOx得到还原。⑤燃烧强度高，炉膛截面积小，负荷调节范围大，调节速度快。⑥易于实现灰渣综合利用，由于其灰渣含炭量较低，属于低温烧透，有着更大的利用价值。⑦燃料预处理系统简单，其燃料的粒度一般小于12mm， 破碎系统比煤粉炉更为简化。
3 循环流化床内的燃烧加工过程
循环流化床锅炉的脱硫原理是在燃烧中加入适当比例和颗粒度的石灰石与燃料一起进行循环燃烧，加入的石灰石在炉内循环时间长，使石灰石磨得非常细的时候才会从分离器中飞到后面去。循环流化床锅炉的燃烧温度是900 ℃左右，这一温度既能抑制二氧化硫的生成，又使石灰石能充分分解。
煤粒送入循环流化床内迅速受到高温物料和烟气的辐射而被加热，首先水分蒸发，然后煤粒中的挥发份析出并燃烧、最后是焦炭的燃烧。其间伴随着煤粒的破碎、磨损，而且挥发份析出燃烧过程与焦炭燃烧过程都有一定的重叠。循环流化床内沿高度方向可以分为密相床层和稀相空间，密相床层运行在鼓泡床和紊流床状态。循环流化床内绝大部分是惰性的灼热床料，其中的可燃物只占很小的一部分。这些灼热的床料成为煤颗粒的加热源，在加热过程中，所吸收的热量只占床层总热容量的千之几，而煤粒在10 秒钟左右就可以燃烧（颗粒平均直径在0～8mm），所以对床温的影响很小。
3.1 循环流化床内煤的燃料着火
流化床内燃料着火的方式，固体质点表面温度起着关键作用，是产生着火的点灶热源，这类固体近质点可以是细煤粒，也可以是经分离后的高温灰粒或者是布风板上的床料。当固体质点表面温度上升时，煤颗粒会出现迅猛着火。另外，颗粒直径大小对着火也有很大的影响，对一定反应能力的煤种，在一定的温度水平之下，有一临界的着火粒径，小于这个颗粒直径，因为散热损失过大，燃料颗粒就不能着火，逸出炉膛。
3.2循环流化床内煤的破碎特性
煤在流化床内的破碎特性是指煤粒在进入高温流化床后粒度急剧减小的一种性质。但引起粒度减小的因素还有颗粒与剧烈运动的床层间磨损以及埋管受热面的碰撞等。影响颗粒磨损的主要因素是颗粒表面的结构特性、机械强度以及外部操作条件等。磨损的作用贯穿于整个燃烧过程。煤粒进入流化床内时，受到炽热床料的加热，水份蒸发，当煤粒温度达到热解温度时，煤粒发生脱挥发份反应，对于高挥发份的煤种，热解期间将伴随一个短时发生的拟塑性阶段，颗粒内部产生明显的压力梯度，一旦压力超过一定值，已经固化的颗粒表层可能会崩裂而形成破碎；对低挥发份煤种，塑性状态虽不明显，但颗粒内部的热解产物需克服致密的孔隙结构都能从煤粒中逸出，因此颗粒内部也会产生较高的压力，另外，由于高温颗粒群的挤压，颗粒内部温度分布不均匀引起的热应力，这种热应力都会引起煤颗粒破碎。煤粒破碎后会形成大量的细小粒子，特别是一些可扬析粒子会影响锅炉的燃烧效率。细煤粒一般会逃离旋风分离器，成为不完全燃烧损失的主要部分。破碎分为一级破碎和二级破碎，一级破碎是由于挥发份逸出产生的压力和孔隙网络中挥发份压力增加而引起的。二破碎是由于作为颗粒的联结体——形状不规则的联结“骨架”（类似于网络结构）被烧断而引起的破碎。煤的破碎发生的同时也会发生颗粒的膨胀，煤的结构将发生很大的变化。一般破碎和膨胀受下列因素的影响：挥发份析出量；在挥发份析出时，碳水化合物形成的平均质量；颗粒直径；床温；在煤结构中有效的孔隙数量；母粒的孔隙结构等。
4 循环流化床锅炉发展中存在的一些问题及加工剖析
由于循环流化床锅炉炉膛没有设置埋管，不存在磨管现象。也不存在点火时有一部分热量被水冷系统带走的问题，点火启动，停炉都比较方便。冷炉状态20分钟炉子就可以点着，热炉状态只用5到6分钟，一般压火24小时没有问题，环境污染小。由于循环流化床锅炉的低温燃烧特性，二氧化硫和氮氧化物排放浓度非常低(氮氧化物的生成温度约为1000 ℃，其排放浓度可控制在200PPM以下)，是链条炉和煤粉所不容易实现的。由于循环燃烧使它的炉渣几乎不含碳，呈黄褐色小颗粒，可以作为水泥制品的掺和料。并相对减少了总出渣量。
4.1国内目前已运行的循环流化床锅炉遇到的主要问题有：
①炉蒸发量不到设计的额定值；②高温分离器和物料返送器内结焦；③耐火材料和受热面磨损；④锅炉排烟温度偏高。
4.2 锅炉调试及运行中的控制重点：
4.2.1 流化不良的预防方法：
①必需保证布风板风帽小孔的畅通，这就要求在加床料之前把风帽小孔及床面清理干净；②运行后一次风量必需大于临界流化风量；③升温升压过程中，控制升温速度，防止炉内耐磨耐火材料脱落堵塞风帽；④原煤粒度控制在6～10mm之间，避免因为原煤粒度过大流化不良；⑤控制燃煤中矸石及铁块的含量，定期将大颗粒物料排除，确保流化良好。⑥在升负荷及调整过程中，加煤和调风不能猛增猛减。
4.2.2 超温结焦的预防控制方法：
①控制合理的床压，防止燃煤直接接触风帽造成燃煤堆积爆燃超温结焦。②点火启动阶段，控制合理油枪配风，保证燃油完全燃烧，避免未燃尽油雾沾附在煤粒上造成结焦。
4.2.3 两床失稳预防控制：
①运行中给煤、返料量、排渣控制合理，保证两侧床压一致。②给煤量调整时应将各点给煤均匀，使燃煤在整个床面分布均匀，如一侧给煤量减少时，应立即减少另一侧给煤量，控制炉膛两侧床压偏差小于2.5kPa。③炉膛两侧外置床返料量调整基本一致，避免因为返料量偏差而产生床温床压偏差。④调整炉膛两侧风量及给煤量，使两侧床温及一次风量均衡。
4.2.4 堵煤预防控制与启动调试：
①循环流化床锅炉无煤粉制备系统，粗、细碎煤机将原煤破碎成6～8mm的煤粒后进入原煤斗，再通过给煤机直接进入炉内。由于破碎后的煤粒表面积增大，水分、内水分增高，因此极易在碎煤机、原煤斗、给煤机落煤口等部位发生堵煤现象。堵煤时将直接危及锅炉的稳定运行，主要故障有：a原煤破碎设备堵塞：原煤破碎设备堵塞是指原煤粘在破碎机出口及入口管道上，导致下煤不畅输煤中断，或原煤粘在破碎机内部导致破碎机堵塞；b原煤斗堵煤：原煤斗堵煤是由于破碎后的煤粒在原煤斗内受到挤压，导致在原煤斗内搭桥下煤不畅；且原煤斗设计为方形，原煤和煤斗之间的接触面积增大，下煤阻力增大导致原煤斗堵煤；c落煤口堵煤：进入落煤口的煤粒由于受到回灰的加热，导致煤粒中外水分大量蒸发，上升水蒸汽在落煤口聚集并冷凝成水滴，最终导致煤粒搭桥堵塞落煤口。d运行中不但要加强给煤设备的监视及维护，还要注意以上区域是否堵煤，如发生堵煤应及时疏通，在给煤恢复后应注意燃烧及汽温的控制。②启动调试的主要内容：a风量测量装置的标定。锅炉燃烧风量是运行人员调整燃烧的的重要依据，其测量的准确性直接影响到锅炉的经济安全运行。安装在锅炉风道上的风量测量装置，往往由于安装位置管道直段不能满足设计要求、装置加工误差等原因使流量系数偏离设计值，为锅炉运行的需要，我们对锅炉主要的风量进行了测量。按等截面布置测量点，标准测速元件采用毕托管，压差信号用电子微压计读取。由于风量测量装置厂家的设计数据在试运期间多次修改，根据厂家最后提供的数据，DCS上显示风量与实测值基本相符。b风量调节挡板检查。风门挡板检查在冲管结束后进行，通过实地检查及在全关、全开状态下风量测量及管道压力判断风门能否关严，并检查判断与指示开度位置、DCS显示是否一致。要通过多次反复检查，锅炉风系统如有较多的风门挡板实际位置与DCS显示不符的问题已解决，单多数调节挡板全关状态下关闭不严，仍需进一步解决。c冷渣器布风板阻力试验及风室间窜风情况检查。冷渣器布风板阻力试验由于冷却风量小、波动大，数据可靠性差，由此计算出的风量值不可靠，因此无法整理出合理的风量与布风板阻力的关系曲线。冷渣器风室间窜风将会影响冷渣器内物料的流化，特别是在炉膛排渣量较大时，选择室的流化质量更难保证，最后导致冷渣器堵塞，冷渣器风室间窜风检查非常必要，热工调试内容包括：热工信号及连锁保护校验、热工信号逻辑及报警系统试验、锅炉炉膛安全监控系统试验、负责DCS端子排以外的热控装置的二次调整、锅炉各种自动及保护的投运等。
5 循环流化床锅炉的脱硫技术
5.1 脱硫技术概述
SO2控制技术的研究，从20世纪初至今已有百年的历史。自20世纪60年代起，一些工业化国家相继制定了严格的法规和标准，限制煤炭燃烧过程中SO2等污染物的排放，这一措施极大地促进了SO2控制技术的发展。目前世界各国开发、研制、使用的SO2控制技术已超过200种，这些技术概括起来可以分为三大类：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫以及燃烧后脱硫。
⑴ 燃烧前脱硫技术主要是指煤炭选洗技术，应用物理方法、化学法或微生物法去除或减少原煤中所含的硫分和灰分等杂质，从而达到脱硫的目的。这种方法投资大、运行成本高，因此仅在对煤质要求高的领域才用到。
⑵ 燃烧中脱硫，是在煤燃烧的过程中同时投入一定量的脱硫剂，在燃烧时脱硫剂将SO2脱除。在煤的燃烧过程中加入石灰石（CaCO3）或白云石（CaCO3或MgCO3)粉作脱硫剂，CaCO3、MgCO3，受热分解生成Ca0、MgO，与烟气中SO2反应生成硫酸盐，随灰渣排出，从而达到脱硫目的。在我国，燃烧中脱硫的方法主要有型煤固硫、循环流化床燃烧脱硫、水煤浆燃烧技术和炉内喷钙等。
⑶ 燃烧后脱硫，即烟气脱硫，是在烟道处加装脱硫设备，对烟气进行脱硫的方法，它是目前大规模商业化应用最多的脱硫方法。燃烧后脱硫即烟气脱硫( Flue Gas Desulfurization, FCD)，被公认为最有效也是应用最广泛的一项脱硫技术。此外，各类脱硫技术按吸收剂、脱硫产物在脱硫过程中的干湿状态分为干法、半干法和湿法；按生成物的处置方式分为回收法和抛弃法；按脱硫剂是否循环使用分为再生法和非再生法。
湿法脱硫技术是含有吸收剂的溶液或浆液在湿状态下脱硫和处理脱硫产物，该法具有脱硫反应速度快、煤种适应性强、脱硫效率高和吸收剂利用率高等优点，但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染等问题。
干法脱硫技术的脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行，该法具有无污水废酸排除、设备腐蚀小，烟气在净化过程中无明显温降、净化后烟温高、利用烟囱排气扩散等优点，但存在脱硫效率低、反应速度较慢、吸收剂消耗量大等问题。
半干法脱硫技术兼有干法与湿法的一些特点，是脱硫剂在干燥状态下脱硫在湿状态下再生或者在湿状态下处理脱硫在干状态下处理脱硫产物的脱硫技术。特别是在湿状态下脱硫在干状态下处理脱硫产物的半干法，以其既有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点，又有干法无污水废酸排出、脱硫后产物易于处理的好处而受到人们广泛的关注。
目前循环流化床锅炉所采用的脱硫技术，主要以燃烧中脱硫和燃烧后脱硫为主，且绝大多数技术可以应用在煤粉锅炉和CFB锅炉中。
课题组根据目前国内外CFB锅炉实际所采用的主要脱硫技术进行了深入和广泛的研究，现将研究的主要脱硫技术进行介绍。
5.2 炉内喷入石灰石脱硫技术
5.2.1 炉内喷入石灰石脱硫工艺原理
目前国内外CFB锅炉多数采用是传统的炉内喷入石灰石粉脱硫工艺，这是一种在煤燃烧中进行脱硫的工艺。脱硫用石灰石主要成分为CaCO3，喷入炉膛的CaCO3 高温煅烧分解成CaO，与烟气中的SO2 发生反应，生成CaSO4，从而达到脱硫的目的。
石灰石在循环流化床锅炉内的脱硫过程主要分以下三个步骤来完成：
⑴ 石灰石的煅烧分解
在进入炉膛后，当床温超过其煅烧平衡温度时，将发生煅烧分解反应：1bfe51bef8a67dbcd53af31f0df58647.png
石灰石是一种致密的不规则结构，其孔隙容积和比表面积都很小，煅烧后首先生成多孔的CaO，一方面有利于存集反应产物，另一方面可以使反应气体穿透至颗粒内部进行反应。煅烧过程中，石灰石颗粒内孔隙容积不断扩大，比表面积不断增加。
⑵ 硫的析出和氧化
燃料煤中的硫可以分为有机硫、黄铁矿硫、硫酸盐和元素硫四种形式，其中黄铁矿、有机硫和元素硫是可燃硫，硫酸盐硫是不可燃硫，元素硫的含量极少，而黄铁矿硫和有机硫是燃煤中SO2生成的主要来源。
有机硫在煤加热至400℃时开始大量分解，黄铁矿硫在300℃时开始失去硫分，在650℃以上开始大量分解，最终在遇氧气等氧化性物质时逐步被氧化生成为SO2。
有关实验表明，煤在被加热并燃烧的过程中，SO2 的析出呈现出明显的阶段性。前期的析出高峰是由于挥发分析出及着火而形成的，析出的时间会因床层温度的升高而不断提前，且SO2的析出速率较高；后期的析出高峰是对应于黄铁矿硫形成的SO2，持续时间可达数分钟，SO2的析出速率相对前期较低。煤中的硫以SO2形式析出的总转化率很高，在1000℃时可达到90～95%。
⑶ 硫酸盐的生成
由于MgO与SO2的反应速度很低，一般情况下可认为是惰性的，CaO将在有富余氧气时与SO2发生如下硫酸盐化反应：
相关实验研究表明：燃烧温若小于800℃时，脱硫反应的速率很低，从而引起床料中石灰石捕获SO2 的效果降低，难以达到有效脱硫；相反，当燃烧温度过高(＞920℃)时，虽然反应速率很高，但脱硫效率反而会下降，原因是温度过高，会引起石灰石颗粒的表面孔隙过早堵塞，而内孔物质未得到充分利用；同时，温度过高时，颗粒表面会产生局部低氧和还原气氛，使已经生成的CaSO4，重新分解为CaO并释放出SO2，从而降低脱硫剂的利用率。
大部分石灰石与白云石的孔隙率很低，范围在0.3%~12%内，但经过高温煅烧后Ca0的孔隙率可以高达50%，为脱硫反应创造有利条件；由于炉内强烈的湍流混合与颗粒的冲刷摩擦，使得气固传质和接触吸收反应效率很高．从而达到高的脱硫率。
理论上，硫盐化反应中CaO与SO2按照等摩尔进行，但通常循环流化床的钙利用率只有20%~45%。这是因为脱硫产物CaSO3的摩尔体积（52.16cm3/mol）比CaO(17.26cm3/mol)大，使孔隙堵塞阻止内部CaO的进一步反应。因此，即使经过很长的反应时间，钙利用率仍然很低。
循环流化床锅炉的钙利用率较低，即一半以上的脱硫剂没有参与脱硫反应。为了将循环流化床锅炉烟气中的SO2脱除至90%以上，就需要增加石灰石用量，往往需要更高的钙硫比（2.5左右），有时即使增加钙硫比也难以达到所要求的脱硫率。
为了提高循环流化床脱硫的钙利用率，国内外学者围绕这一目标开展了广泛的研究，主要体现在：对反应后的脱硫剂进行循环再利用，使炉内湍流运动强烈。
5.2.2 炉内喷入石灰石脱硫系统构成
CFB锅炉一般采用向炉内添加石灰石颗粒的方法来脱除SO2，只需要配置将石灰石粉（石灰石粉可以自己制备或外购）加入炉膛的输送给料系统（通常采用气力输送），系统比较简单。典型的石灰石添加系统。石灰石粉仓中储存的石灰石粉，经过两级缓冲仓后，由给粉机控制石灰石的下料量。由空气压缩机产生的压缩空气，通过射流混合器与石灰石粉混合，通过管道进行浓相输送，从锅炉炉膛二次风口附近或回料管位置，送入炉膛。
5.2.3 影响炉内喷入石灰石脱硫工艺的因素
影响脱硫率的因素很多，主要因素是石灰石活性、床层温度、钙硫比和石灰石的粒度，此外还有床层高度、流化速度、石灰石性能、机械强度、含水量以及煤种、烟气含氧量等。这些因素的综合影响决定了脱硫率的大小．不同的情况，主导导因素也不同。
⑴ 吸收剂的反应活性与脱硫反应性能实验室评价
吸收剂的反应活性简单的讲，是指吸收剂与二氧化硫进行表面化学反应的难易程度，受石灰石成分和内部微观结构等的影响。研究表明，煅烧后具有大的平均孔径和大的比表面积，往往意味着更好的脱硫性能。大的孔径可以延缓孔隙的堵塞，延长反应时间，而大的比表面积意味着更多的参与反应的面积。其中，大的比表面积对于脱硫性能具有更大的意义，往往煅烧后具有大的比表面积的石灰石具有更好的脱硫性能。
⑵ 床温
硫酸盐化的反应速度一开始随温度升高而升高，在800～850℃时达到最佳值。之后随温度升高，反应速度开始下降。这是因为氧化钙的空隙被迅速生成的CaSO4堵塞，从而阻止了吸收剂的进一步反应。在更高的温度下，CaSO4还会逆相分解放出SO2，进一步降低硫酸盐化的化学反应速度。
⑶ Ca/S摩尔比
Ca/S摩尔比直接反映了加入炉内石灰石的相对量的多少。随着石灰石量加入的增加，SO2与石灰石接触反应的几率增加，脱硫效率上升。但随着加入石灰石量的继续增加，对脱硫效率的提升逐渐减少。
⑷ 气相停留时间及炉膛高度
SO2在炉内的停留时间越长，与吸收剂的接触时间越长，越有利于SO2的脱除，但硫酸盐化反应的速度取决于SO2的浓度。因此循环流化床增加炉膛高度以延长SO2停留时间对脱硫效果的促进左右是指数衰减的，在实际循环流化床炉膛内，气体停留时间一般为2～5s，继续提高炉膛对脱硫效果的改善作用很小。
⑸ 固体停留时间、石灰石粒度及旋风分离器的效率
由于吸收剂的硫酸盐化速度较慢，对于中等粒度石灰石粉，其在循环流化床循环系统中停留时间对脱硫性能影响极大，停留时间越长转化为CaSO4的程度也越大，但存在一个最大硫酸盐化程度。固体颗粒的停留时间与固体颗粒的粒径及旋风分离器的工作性能密切相关。颗粒越细，则表面积越大，吸收剂的可利用率越高；但如果太细，以至超过了分离器的分离粒径，则吸收剂的利用会因停留时间太短而降低。
5.3湿式石灰石--石膏法脱硫工艺
5.3.1湿式石灰石--石膏法脱硫工艺原理
烟气脱硫工艺多达180种，然而具有工业应用价值的不过10余种。目前，在火电厂中常用的烟气脱硫工艺有：湿式石灰石一石膏法脱硫、烟气循环流化床脱硫、喷雾于燥法、炉内喷钙尾部增湿活化法、海水法、电子束法、氨法、镁法等。现有的烟气脱硫工艺中，湿式石灰/石灰石洗涤工艺技术最为成熟，运行最为可靠，湿式石灰石-石膏法烟气脱硫技术目前在火电厂中应用最多，市场占有率达90%以上。
湿式石灰石--石膏法是利用石灰石(CaCO3)的浆液做吸收剂，吸收烟气中SO2的方法，反应生成物是石膏，吸收SO2的反应主要发生在吸收塔内，SO2的脱除步骤分为：
⑴ 向吸收塔下部的浆液池中加入新鲜的石灰石浆液。
加入固态(s)石灰石，即可消耗吸收塔浆液中氢离子，也可以生成最终产物所需的钙离子。
石灰石在浆液中的溶解，是按照上述反应式进行，由化学过程（反应动力学过程）和物理过程（反应物从石灰石粒子中迁移出的扩散过程）决定。当pH值在5.0～7.0之间时，这两种过程一样重要。当pH值较低时，有利于CaCO3的溶解，当若CaCO3含量过高，在最终产物和废水中的CaCO3含量也都会增高，一方面增加了吸收剂的消耗，另一方面降低了石膏的质量。因此，在实际工程应用中，需求两者的平衡点，选用既有利于石灰石的溶解又有利于SO2高效脱除的pH值范围。
⑵ 石灰石浆液由塔的上部喷入，并在塔内与SO2发生物理吸收和化学反应，最终生成亚硫酸钙。
在吸收塔内，烟气中的气相（g）SO2进入浆液中形成液相（aq），首先发生了如下反应。
在吸收塔中，浆液的pH值基本上在5.0～6.0之间，所以进入水中的SO2主要以HSO3-离子的型式存在。加入吸收剂CaCO3后，可以消耗氢离子，使反应向右进行。
⑶ 亚硫酸钙在浆液池中被强制氧化生成CaSO4·2H2O（石膏）。
湿法脱硫工艺采用氧化风机向吸收塔浆液槽中鼓入空气，HSO3-被强制氧化成为SO42-，反应式如下：
氧化反应的结果，使大量HSO3-转化成SO42-，生成的SO42-与Ca2+发生反应，生成溶解度相对较小的CaSO4，加大了SO2溶解的推动力，从而使SO2不断的由气相转移到液相，达到脱除SO2的目的。
⑷ 将石膏浆液由浆液池排除，通过水里旋流器、石膏脱水机，最终分理处含水率小于10%的石膏。
在吸收塔内形成硫酸盐后，吸收SO2的反应进入最后阶段，即生成固态盐类结晶，并从溶液中析出。湿法脱硫工艺生成的是硫酸钙，从溶液中析出的是石膏CaSO4·2H2O。反应式如下：
控制石膏结晶，使其生成易于分离和脱水的石膏颗粒是很重要的。在可能的条件下，石膏晶体最好是粗颗粒。溶液中，相对过饱和度不同，晶种的密度会不同，相对过饱和度越大，晶种密度越高。当达到一定的相对过饱和度时，现有的晶体可进一步增长而生成大的石膏颗粒。
5.3.2湿式石灰石--石膏法脱硫系统构成
典型的石灰石-石膏法湿法脱硫系统工艺流程，主要由烟气系统、SO2吸收系统、石灰石浆液制备系统、石膏脱水系统、废水处理系统、公用系统（工艺水、压缩空气、事故浆液罐系统等）、热工控制系统、电气系统等组成。
⑴ 烟气系统
来自锅炉引风机出口的烟气从FGD原烟气进口挡板门进入FGD系统，经FGD增压风机送至烟气再热器，如回转式烟气—烟气加热器（GGH）。在GGH中，原烟气（未经处理）与来自吸收塔净烟气进行热交换后被冷却，被冷却的原烟气进入吸收塔与吸收塔与喷淋的吸收剂浆液接触反应以除去SO2。脱硫后的饱和烟气（50℃左右）经除雾器后进入GGH的升温侧被加热至80℃以上，然后从FGD净烟气出口挡板进入烟囱排入大气。
⑵ SO2吸收系统
吸收塔是FGD系统的核心部分，由多种类型，主要有填料塔、液柱塔、鼓泡塔及喷淋塔等。吸收塔的主要作用是吸收烟气中的SO2并产生石膏晶体。对喷淋塔，其流程为：来自GGH的烟气自吸收塔侧面进入塔内，烟气从下往上流经吸收塔时，与来自吸收塔循环泵喷淋的浆液接触反应，浆液含有10%～20%左右的固体颗粒，主要是由石灰石、石膏及水中的其他惰性固体物质组成。浆液将烟气冷却至约50℃，同时吸收烟气中的SO2，与石灰石发生反应生成烟硫酸钙。反应产物被收集在吸收塔底部，由氧化风机鼓入的空气氧化成石膏，并在此被循环泵循环至喷淋层。吸收塔内浆液被机械搅拌器或脉冲悬浮泵适当地搅拌，使石膏晶体悬浮。
⑶ 石灰石浆液制备系统
石灰石浆液制备系统的主要功能是制备合格的吸收剂浆液，并根据吸收塔系统的需要由石灰石浆液泵直接打入吸收塔内或打到循环泵入口管道中，经喷嘴充分雾化而吸收烟气中的SO2。
石灰石浆液的制备一般有两种模式：采用湿式球磨机及用石灰石粉加水制浆。
⑷ 石膏脱水系统
石膏脱水系统的主要功能是将吸收塔内石膏浆液脱水成含水量小于10%的石膏，这些石膏可作为商用副产品，也可抛弃不用。脱水系统的主要组成部分由石膏旋流器（一级脱水）、脱水机（二级脱水）及附属设备，如真空泵、滤液箱、废水旋流器及废水箱、石膏仓或石膏库等。
⑸ 废水排放和处理系统
在是石灰石-石膏湿法脱硫工艺中，不可避免地要产生一定量的废水，FGD废水的水量和水质，与FGD工艺系统、燃料成分及吸收剂等多种因素有关。燃煤中含有多种元素，包括重金属元素，这些元素在炉膛高温条件下进行一些列的化学反应，生成了多种不同的化合物。这些化合物一部分随炉渣排出炉膛，另外一部分随烟气进入FGD吸收塔，溶解于吸收浆液中。废水中的主要杂质有：悬浮物、NH4+、Ca2+和Mg2+、Cl-、SO32-和S2O62-、F-、重金属离子等。FGD系统排放的废水一般来自石膏脱水和清洗系统：石膏水力旋流器的溢流水或是真空皮带过滤机的滤液。
针对脱硫废水的水质特点，为满足国家规定的废水排放标准，一般采用如下工艺步骤：通过加减中和脱硫废水，并使废水中的大部分重金属形成沉淀物；加入絮凝剂使沉淀物浓缩成为污泥，污泥脱水后被送至灰场等堆放；废水的pH值和悬浮物达标后直接排放。
⑹ 公用系统
FGD系统有工艺水、闭式循环冷却水系统。工艺水一般从主厂房工业水系统接入1个FGD水箱，然后由工艺水泵送至FGD系统各用水点，主要包括吸收塔除雾器冲洗、石灰石浆液制备系统、真空皮带脱水机、FFH的冲洗水、设备冷却水、所有浆液输送设备、输送管路、储存箱的冲洗水等。闭式循环冷却水一般从炉侧闭式循环冷却水管接出供增压风机、氧化风机等大设备冷却用水，其回水回收至闭式循环冷却水回水管。
⑺ 热工控制系统与电气系统
目前大型火电厂FGD系统热工自动化水平与机组的自动化控制水平是一致的，采用分散控制系统（DCS），其功能包括数据采集和处理、模拟量控制、顺序控制及连锁保护、脱硫变压器和脱硫厂用电源系统监控。
5.3.2影响湿式石灰石--石膏脱硫工艺的因素
影响脱硫率的因素很多，如吸收温度、进口SO2浓度、脱硫剂品质、钙硫比、浆液pH值、液气比和烟尘浓度等。
⑴ 吸收液pH值
吸收液pH值对脱硫效率影响极大。一般控制吸收液pH值在5.0～6.0。
⑵ 石灰石类型和粒度
石灰石类型和粒度直接影响到吸收液的反应性能，也直接影响到其溶解速度和利用率。一般选用200～300目筛通过率90%的石灰石颗粒作为脱硫剂。
⑶ 烟气温度
降低烟温，SO2平衡分压随之降低，有助于吸收和提高脱硫效率。但过低会使设备庞大，一般控制烟温59～60℃。
⑷ 氧化速率
CaSO3氧化成CaSO4的速率大，有助于SO2的吸收。
⑸ 液气比
液气比是决定脱硫效率的主要参数。一般设计液气比8～28L/m3。
⑹ 吸收区高度
吸收区高度决定了烟气和脱硫剂的接触时间，同时也决定了循环泵的扬程和功耗。通常吸收区高度在5～15m。
⑺ 水滴直径
减小水滴直径可增加传质表面积，延长水滴在塔内的停留时间。但提高水滴细度必然提高喷嘴压力，增加功耗。通常水滴直径在2～2.5mm。
⑻ 空塔速度
提高空塔速度加强传质，并使水滴保持悬浮状态。通常逆流式塔的空塔速度在2.5～3.8m/s，顺流式塔的空塔速度在4.0m/s。
5.3.3湿式石灰石--石膏法脱硫工艺特点
⑴ 脱硫率高，吸收剂利用率高。湿式石灰石--石膏法脱硫工艺脱硫率一般可达95%以上，而且烟气含尘量也进一步减少，钙的利用率可达90%以上。
⑵ 单机处理烟气量大，适用于大容量机组，且可多机组配备一套脱硫装置。
⑶ 技术成熟，运行可靠性好。湿式石灰石--石膏法脱硫装置投入率达95%以上，由于其发展历史长、技术成熟、运行经验多，因此不会因脱硫设备而影响机组的正常运行。
⑷ 对煤种变化的适应性强。无论是含硫量大于3%的高硫煤，还是含硫量低于1%的低硫煤，湿式石灰石一石膏法脱硫工艺都能适应：
⑸ 吸收剂资源丰富，价格低廉，便于就地取材。脱硫工艺的各种吸收剂中，石灰石价格最便宜，破碎磨细也较简单；
⑹ 脱硫副产物便于综合利用。湿式石灰石--石膏法脱硫工艺的脱硫副产物为石膏，主要用途是建筑制品和水泥缓凝剂。
但湿式石灰石一石膏法脱硫工艺存在以下缺点：
1 初期投资费用较高，运行费用也高。
2 占地面积大。
3 系统管理操作复杂，磨损、腐蚀现象较为严重。
4 副产物石膏的利用存在一定的困难，废水处理较为复杂等。
5.4半干法烟气脱硫工艺
5.4.1半干法脱硫工艺原理
半干法脱硫已达到工业化应用的并具有代表性的主要有5种工艺：丹麦GEANiro开发的旋转喷雾半干法（SDA）脱硫技术、德国Lurgi公司开发的烟气循环流化床脱硫技术(CFB)、德国Wulff公司开发的回流式烟气循环流化脱硫技术( RCFB)、丹麦FLS公司开发的气体悬浮吸收(GSA)烟气脱硫技术以及ABB公司开发的新型一体化脱硫技术(NID)。
半干法技术在美国和欧洲燃煤电站实现商业化，在我国也有应用，此方法主要用于燃烧中、低硫煤的中、小容量机组上。
各种半干法脱硫的工艺基本原理一致的。半干法反应器内进行的化学反应是比较复杂的。一般认为当石灰、工艺水和燃煤烟气同时加入反应器内，会有以下主要反应发生：
生石灰与液滴结合产生水合反应：ea2f221ec92c4dbf91a42c02dea9d26b.png
SO2被液滴吸收：2ef25de3891d06a5b38a60a3d251c9ef.png
Ca(OH)2与H2SO3反应：622b555a984373a8b4545ed84123c536.png
部分CaSO3/2H2O被烟气中的O2氧化：4ac55fd4c803f0e0fa846d45b5bafb28.png
由上述反应可看出，反应器中进行的是气液固三相反应，其反应速率由下述步骤所决定：
(1) 气相主体中的SO2靠湍流扩散到气膜表而。
(2) SO2靠分子扩散通过气膜到达两相界面。
(3) 在界面上SO2从气相溶入液相。
(4) 液相SO2靠分子扩散从两相界面通过液膜。
(5) 相SO2靠湍流扩散从液膜边界到液相主体。
(6) Ca(OH)2固体扩散到液相主体中。
(7) Ca(OH)2颗粒的溶解；
(8) 液相主体中的SO2和Ca(OH)2进行反应。
上述SO2和Ca( OH)2的传质是分别同时进行的，并且相互影响，相互促进。Ca(OH)2和SO2反应的活性与浆液中水分的存在时问有极大的关系。因为这些反应都是在液相中进行的，所以水分的蒸发限制了以上几步在液相中的反应，如步骤(4)~(8)。生成物CaSO3由于在反应界面上产生，它将沉积在表面上，这样随着反应的进行以及颗粒的再循环，部分未反应完全的颗粒表面上就会留下一层惰性产物。这些产物层的扩散可能限制反应速度。特别是当反应产物形成一种致密层时，反应速度必然受它的影响。由于反应器中颗粒物的不断磨损，意味着反应形成的产物将不断地被剥落。
5.4.2半干法烟气脱硫工艺系统构成
脱硫系统由石灰浆制备系统、脱硫反应系统和除尘及引风系统组成，包括石灰贮仓、灰槽、灰浆泵、水泵、反应器、旋风分离器、除尘器和引风机等设备。主要控制参数有床料循坏倍率、流化床床料浓度、烟气在反应器及旋风分离器中的停留时间、钙硫比、反应器内操作温度和脱硫率等。在其发展过程中，存在着各种设计方案，
系统主要由生石灰接受储存系统、浆液制造和供给系统、烟气脱硫系统和灰处理和再循环系统组成。
系统主要的构成为：
⑴ 生石灰接受储存系统
脱硫剂采用生石灰，采用卡车卸入接收槽，经过破碎成为平均粒径小于4mm的粉状，经过生石灰输送机，送入生石灰储存仓进行储存。
⑵ 浆液制造和供给系统
该系统由生石灰剂量、制浆、供浆三部分组成。储存仓的粉状生石灰经螺旋输送机送到高位料斗仓，由计量仓计量后进入生石灰熟化罐，生石灰在这里完成熟化后成为具有良好脱硫活性的熟石灰Ca(OH)2浆液。熟化好的浆液经过滤除渣后进入浆液供给罐，由供浆泵送入脱硫反应塔的高位槽，经分离残渣后进入旋转喷雾器。
⑶ 烟气脱硫系统
脱硫反应塔是烟气脱硫系统的核心部分，由高速旋转喷雾器、烟气分配器、吸收塔组成。烟气从塔的顶部切向进入烟气分配器，烟气分配器在很大程度上决定了塔内的烟气流场，从而影响到系统的脱硫效率。
⑷ 灰处理和再循环系统
灰处理采用抛弃法。从脱硫电除尘器收集到的脱硫灰（CaSO3）以及反应塔底部排出的灰，经电厂冲灰管道排至灰场。
为了提高吸收剂中钙的利用率，可以设计安装了脱硫灰（脱硫副产生成物和粉尘的混合物）再循环系统，将除尘器收集到的一部分脱硫灰与电除尘器一电场收集的一部分飞灰，经气力输灰系统送到脱硫灰仓储存，根据运行和试验需要，按比例投料，由磨机磨细后，再投到副产品搅拌槽，加水搅拌后进入生石灰消化槽进行循环利用。
5.4.3影响半干法烟气脱硫工艺的主要因素
影响半干法烟气脱硫效率的主要因素有：床层温度、颗粒物浓度、钙硫比、烟气停留时间、脱硫剂的粒度和性能等。
⑴ 钙硫比及吸收剂数量
钙硫比是影响脱硫效率的主要因素。最佳的钙硫比要根据烟气量、含硫量、要求脱硫效率等综合考虑。一般控制钙硫比1.4左右，脱硫效率一般在85%左右。
⑵ 绝热饱和温度
绝热饱和温度（Δt）是影响脱硫效率另一个主要因素。Δt=吸收塔出口温度和绝热饱和温度的差值。在相同钙硫比下，脱硫效率随Δt降低而提高。
⑶ 烟气停留时间
烟气再反应器内停留的时间一般在3s，再增加停留时间，脱硫效率增加幅度较小，脱硫反应大部分在1～3s内完成。为提高钙的利用率，使除尘器收集的固体颗粒物部分返回到反应器中，增加固体物的停留时间，从而提高脱硫效率。
⑷ 烟气入口温度
由于浆液含固量、钙硫比及再循环率的限制，烟气入口温度对脱硫效率有影响。
⑸ 入口SO2浓度
入口SO2浓度越高，越难获得高的脱硫效率。
5.4.3半干法烟气脱硫工艺特点
半干法脱硫工艺的主要优点是：
⑴ 在Ca/S摩尔比为1.2～1.5时，脱硫效率可以达到85%以上。
⑵ 除尘后的烟气温度为70℃左右，不必再热，可直接从烟囱排出。
⑶ 工程投资费用、运行费用和脱硫成本较低，为湿法脱硫工艺的50～70%。
⑷ 工艺流程简单、系统设备少，从而提高了系统的可靠性，降低维护和检修的费用。
⑸ 能耗较低，仅为湿法脱硫工艺的30～50%。
⑹ 无脱硫废水排放，且脱硫副产品呈干态，便于收集。
但是，半脱硫工艺还存在一定的缺点和有待解决的问题，主要包括：
⑴ 需要采用高品位的石灰作为吸收剂，我国石灰的供应存在品位低、质量不稳定、供应量不足、供应源分布不均，价格过高等问题。
⑵ 由于本工艺的脱硫副产品中含有一定量的亚硫酸钙，而亚硫酸钙的化学性能不稳定，因此将影响粉煤灰的综合利用。
⑶ 系统的压力降较大（1500～2000Pa），一般电厂现有引风机的压头裕量难以克服，需要增加新的脱硫风机，高的压力损失还将使得运行费用增加。
⑷ 需要设置满足脱硫脱硫灰循环的除尘器系统。
6 结束语
循环流化床燃烧技术是一种高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程，它有着污染物排放少，锅炉负荷适应性好、燃料适应性广、燃烧效率高以及环境污染少等优点。企业采用流态化循环燃烧，通过提高其燃煤效率进而简化其工作地流程，大大的提高的企业的工作效率。我国现在二氧化硫产生的酸雨已严重危害着环境，一般工业锅炉配套的脱硫设备不但投资较大，而且脱硫效果也不尽人意。若采用循环流化床锅炉，这一问题也能得到较好地解决。再者，由于温室效应、全球沙漠化、缺水等问题日趋严重，要求控制CO2排放量的呼声越来越高。我国作为一个CO2排放大国，提高锅炉运行效率，减少燃煤消耗势在必行，循环流化床锅炉因它结构所决定的节能和环保上的优势，应该得到广泛的应用。
循环流化床燃烧技术是具有燃料适用性好，效率高，污染物排放少等优点的洁净燃烧技术。我国自 20 世纪80 年代开始走自主研究和引进技术相结合的道路，历年来，经科研院所、高校、锅炉制造企业、用户的共同努力，在设计、制造、建设及运行等各方面取得了明显的成绩，广大工程技术人员对我国循环流化床燃烧技术的发展做出了积极的贡献，积累了丰富的经验，加快了循环流化床锅炉的发展速度，并向大型化的方向迈进，为正在引进、发展300MW 大型循环流化床锅炉打下了良好的基础。至今，我国已有35～480 t/h 不同蒸发量的循环流化床锅炉2000多台投入运行中，总装机容量达到 25000 MW。其中蒸发量在410 t/h以上的高压和超高压中间再过热循环流化床锅炉已有100 多台在建设和运行中。我国已成为世界上循环流化.床锅炉台数最多，总装机容量最大的国家。
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