循环流化床法烧结烟气脱硫.docx

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循环流化床法烧结烟气脱硫

循环流化床法烧结烟气脱硫系统

项目建议书

中国科学院

中北国技（北京）科技有限公司

一、项目背景

SO2主要来自燃料的燃烧，燃料中的硫化铁硫和有机硫，在750℃温度下，90%受热分解并氧化释放。

全世界每年消耗数百亿吨化石燃料，通过燃烧提供电能和热源，同时将其中的硫分90%转化为SO2排入大气。

在我国，能源结构中煤占3/4。

我国煤产量的4/5用于直接燃烧。

根据环境年鉴资料，我国2000年SO2排放总量已达到1995万t，为世界之冠。

SO2排放是构成我国酸雨污染的主要因素。

以1995年为例，我国酸雨面积覆盖40%的国土，局部地区的污染程度相当于发达国家上世纪五六十年代水平。

据分析测算，全国由此造成的年社会经济损失达950亿元，约占GDP的1.6%。

一般来说，在人为中排放的SO2总量中，火电厂约占一半，工业企业占1/3，其余属于交通运输工具移动源和广泛分散的商用民用炉灶。

近10几年来，由于国家推行清洁生产，加大环保投入，强化环境管理的结果，SO2污染势头有所遏制，但尚未发生根本变化。

未来10年将是我国经济持续高速发展时期，如不采取有效措施，SO2污染可能制约发展的速度。

SO2控制的办法很多，除了采用无污染或少污染的原燃料和清洁生产工艺外，还有高烟囱扩散稀释和烟气脱硫。

高烟囱扩散稀释和烟气脱硫作为“末端控制”有着不影响前端工业生产工艺与成本低的特点，所以被广泛采用。

采用高烟囱排放是将含SO2的烟气通过高烟囱排入高空，利用自然扩散稀释，使任何地点的SO2落地浓度低于最高允许浓度，但该方法并没有从根本上解决对大气环境的污染。

烟气脱硫作为“末端控制”措施是当前应用最广的有效技术，在SO2减排技术中占有重要地位。

对于火电厂和烧结厂来说，在今后相当长的时期，烟气脱硫仍然是首选的SO2减排技术。

我国目前正面临广泛开展烟气脱硫的形势。

从上世纪70年代开始，开展了大量的前驱性试验研究，为实施烟气脱硫奠定了基础。

近10年，为加速突破技术经济关，导向性地引进和建成若干示工程，为推动烟气脱硫工作铺平了道路。

改革开放以来，社会经济蓬勃发展，国家综合实力大大增强，为大规模实施SO2减排和开展烟气脱硫提供了必要的条件。

现在，国外烟气脱硫技术已臻于成熟，在进一步改进和完善的基础上，所追求的主要目标是：

大幅度降低投资和运行费用，提高运转可靠性和自动化水平，扩大副产物资源化途径。

目前，我国已在燃煤电厂推广实施烟气脱硫工程，以循环流化床为代表的干法脱硫工艺和以石灰石/石膏法为代表的湿法脱硫工艺得到广泛应用。

国家环保局于2005年10月1日正式发布实施了《火电厂烟气脱硫工程技术规—烟气循环流化床法》和《火电厂烟气脱硫工程技术规—石灰石/石膏法》两部环境标准，可见该两种脱硫工艺技术已经得到国业界一致认可。

二、烧结烟气脱硫现状

1、国外烟气脱硫现状

国外烧结烟气脱硫的总体状况和技术水平，以日本、美国和德国为代表。

由于日本环保法规严厉，烧结废气含硫较高的各类生产厂几乎都设有废气脱硫装置，因此其烧结烟气脱硫工艺的应用程度高于美国和德国。

日本烧结厂比较重视环境保护，针对生产过程中产生和散发的灰尘、有害气体、污水、噪音等污染源，采取了各种防措施。

一方面是为了达到国家规定的环境标准；另一方面也是为了创造良好的生产环境，有利于生产操作和人身健康。

自20世纪70年代以来，日本烧结厂对含硫高的废气采用了各种脱硫装置，有的还采用了废气脱氮装置，并采取了回收利用除尘系统收集的风尘以及噪音防治等措施。

日本烧结行业环保技术有很多在世界上属于一流，在废气脱硫方面，日本在20世纪70年代就已开发了各种烧结废气脱硫技术，详请见表1。

表1日本部分烧结厂脱硫装置的情况

厂名机号

烧结机面积

烧结机投产年份

处理烟气量（M2/h）

进口SO2ppm

脱硫率%

脱硫装置启动时间

住友鹿岛1号机

223M2

1971

880000

650

95~97

1975

住友鹿岛3号机

600M2

1977

2000000

450

95

1976

住友和歌山5号机

122M2

1969

370000

650

95~97

1975

住友小仓

222M2

1976

720000

400

93

1976

神钢加古川

262M2

1972

800000

20世界80年代中后期以来，日本烧结的环保技术仍在继续发展。

一方面为了防治公害，改善环境，减少烧结过程产生的废气及其粉尘排放量，日本的一些烧结厂采用了废气循环法使烧结矿冷却过程中的废气重新循环用到烧结和冷却过程中去，从而大大减少了废气及灰尘的排放量，改善了工厂周围的环境，同时废气循环也有利于烧结矿质量改善。

与此同时另一方面在烟气脱硫方面也研制开发了不少新技术，在提高烟气脱硫效率、废气脱硫新方法方面又有了新的容。

欧洲各国的烟气脱硫技术的情况可以以德国为例，更准确地说是以设在杜伊斯堡的蒂森克虏伯钢厂（ThyssenKruppStahlAG）为例，因为其钢产量约占德国总产量的35%。

欧洲的钢铁公司联合承担了在烧结厂限制减少废气的排放。

在1992年到1995年期间的一项完成的调查显示95%的PCDF/D由烧结厂产生排放。

随着初步的实验，由欧盟和德国政府赞助的设备已经研制并被安装在蒂森克虏伯钢厂的第二烧结厂。

工厂每日生产产品6000吨，废气流量平均每小时360000M3。

欧盟目前钢铁工业环境保护的重点仍然是维护空气质量，减少废气排放。

根据环境保护水平和经验而言，各成员国和欧盟总体上较德国有很大程度的差距。

一直使德国控制水平远高于其他成员国一个重要的因素很可能就是德国的环保政策和意识高于其他欧盟国家。

在德国，环境保护有非常统一的水平，释放水平的平稳归功于严格的实行评估鉴定及其它相关量的限制。

此外，严格的制度，一直以来由监督机构在被许可程序框架或新的要求围用于对现有的工厂和设备进行管理。

在欧洲的其他成员国，同样的努力以试图协调环保技术水平的也正日益出现，特别是对钢铁工业空气污染控制。

2、国烧结厂烟气脱硫现状

烧结机是钢铁生产过程的重要设备。

烧结工艺将各种粉矿混合伴匀，布料于烧结带上燃烧，粉矿熔融粘结成烧结矿。

混料中加有粉焦或煤粉作为燃料。

燃料燃烧时，穿过料层吸入空气助燃，燃烧产生的废气中含有SO2等污染物，SO2浓度与燃料含硫量有关。

从烟气脱硫角度来看，烧结烟气具有以下特征：

1）废气量大；2）烟气温度高；3）SO2浓度低，总量大。

我国在烧结烟气脱硫技术研究方面做了一些理论研究和实践工作，在全国一些钢铁和冶金企业如包钢烧结厂、济钢烧结厂、石钢烧结厂、广西柳钢烧结厂、弋有色加工厂、广西龙泉锑冶炼厂等也开展了烟气脱硫工程的运行并取得了一定的效果，但钢铁企业烧结烟气脱硫在国仍未大规模实施。

按照国家《国民经济和社会发展第十一个五年计划纲要》和《国家环境保护“十一五”计划》的要求，冶金行业烟（粉）尘、二氧化硫等主要污染物排放量降低10%，所以国钢铁企业烧结烟气脱硫已势在必行。

三、循环流化床烟气脱硫技术特点和工艺

1、技术特点

烟气脱硫法是控制烧结烟气中SO2污染最有效的方法。

按工艺特点分为3大类：

湿法、干法、半干法。

我们采用的循环流化床烟气脱硫系统是在传统半干法工艺的基础上开发出的新一代半干法工艺，与传统的石灰石石膏湿法抛弃（简称湿法）工艺相比，循环流化床脱硫工艺有以下特点：

（1）脱硫效率高：

在钙硫比为1.2～1.35时，脱硫效率可达90％以上，可与湿法工艺相媲美；

（2）工程投资、运行费用和脱硫成本较低；

（3）工艺流程简单，系统设备少且转动部件少，从而提高了系统的可靠性，降低了维护和检修费用；

（4）占地面积小，且系统布置灵活，非常适合现有机组的改造和场地紧缺的新建机组；

（5）能源消耗低，如电耗、水耗等，约为湿法工艺的30％~50％；

（6）对煤种适应性强，即可处理中低硫煤的烟气，也可处理高硫煤的烟气；

（7）能有效脱除SO2、氯化物和氟化物等有害气体，其脱除效率远高于湿法工艺，达90％~99％。

因而对反应塔及其下游的烟道、烟囱等设备的腐蚀性较小，可不采用烟气再热器，对现有的烟囱可不进行防腐处理，直接使用干烟囱排放脱硫烟气；

（8）无脱硫废水排放，且脱硫副产品呈于态，对综合利用和处置堆放有利；

（9）脱硫后烟尘既可用静电除尘器，也可用布袋除尘器捕集。

该工艺采用了物料再循环，从而有效利用了脱硫剂和飞灰，将生石灰的消耗量降低到最小的程度，因此具有脱硫效率较高，运行费用较低，无二次污染，技术先进成熟等特点。

已于2001年9月被北京市新技术产业开发试验区评定为新技术产品，并于2007年4月被授予国家专利（专利号：

ZL200620022949.2）。

本系统适用于国大小类型燃煤锅炉及烧结烟气脱硫工程，并已经得到国许多大中型企业的认可。

2、工艺对比

烟气循环流化床脱硫（CFB-FGD）工艺是二十世纪八十年代德国鲁奇（Lurgi）公司开发的一种新型半干法脱硫工艺，此工艺以循环流化床原理为基础，通过吸收剂的多次再循环，延长吸收剂与烟气的接触时间，大大提高了吸收剂的利用率。

它不但具有干法脱硫工艺的许多优点，如流程简单、占地少、投资小以及副产品可以综合利用等优点，而且能在很低的钙硫比（Ca/S=1.2～1.35）情况下接近或达到湿法工艺的脱硫效率，即脱硫效率达90%以上。

烟气循环流化床脱硫工艺结构简单，设备布置紧凑、而且可以利用现有的设备如烟囱、除尘器等，占地仅为湿法工艺的30～40%，在场地紧缺的现有机组和新建机组建设脱硫工程时，烟气循环流化床脱硫工艺是可供选用的有效脱硫方案。

目前烟气循环流化床脱硫工艺已经达到工业应用水平的主要有以下几种工艺流程：

德国Lurgi公司开发的传统烟气循环流化床脱硫工艺（CFB）；德国Wulff公司开发的烟气回流式循环流化床脱硫工艺（RCFB）；丹麦L.F.Smith公司开发的气体悬浮吸收烟气脱硫工艺（GSA）、中科院开发的外双循环CFB烟气脱硫工艺（IOCFB）。

烟气循环流化床脱硫工艺（CFB）：

该工艺首先由德国Lurgi公司在二十世纪八十年代开发成功，是最早的烟气循环流化床脱硫工艺，该技术流程如下图所示。

图1典型的CFB脱硫工艺流程

该工艺的特点是：

吸收剂以干态的消石灰粉从反应塔上游的入口烟道喷入，强调塔外循环，塔为空塔结构，采用部分净化烟气再循环的方式来提高低负荷时运行的稳定性，在原有除尘器前需加装机械式预除尘器用于返料。

回流式循环流化床干法烟气脱硫（RCFB）：

该工艺是德国Wulff公司在CFB工艺之上发展起来的，其工艺流程如下图：

图2典型的RCFB脱硫工艺流程

与CFB工艺相比，RCFB工艺主要是反应塔增加了扰流板和塔顶物料回流装置，强化了脱硫剂的塔循环，提高了吸收剂的利用率和脱硫效率。

另外，吸收塔产生回流使得出塔气流的含尘浓度大大降低。

塔回流的固体物量一般为外部再循环量的30%~50%，这样可减轻除尘器的负荷。

因此取消了预除尘器。

吸收剂以消石灰粉或者石灰降液从反应塔底部喷入，烟气在塔的停留时间较长（4s以上）。

气体悬浮吸收烟气脱硫工艺（GSA）：

气体悬浮吸收烟气脱硫工艺（GSA）工艺是一种以石灰石为吸收剂的半干法脱硫技术，由丹麦L.F.Smith公司开发。

GSA系统中在反应器烟气与由石灰、反应产物和飞灰组成的悬浮颗粒充分接触，并进行反应，强调外循环。

约99%的悬浮颗粒经旋风除尘器分离后送回反应器，旋风除尘器的出口烟气经过电除尘器或布袋除尘器后排空。

图3典型的GAS脱硫工艺流程

中科院外双循环CFB烟气脱硫工艺（IOCFB）：

中科院过程所在以上三种CFB工艺的基础上，独立开发了外双循环CFB烟气脱硫工艺（IOCFB），工艺流程如下图所示：

图4中科院过程悬浮吸收CFB脱硫工艺流程

该工艺在脱硫塔设有扰流板，与CFB、GSA工艺相比注意强化引导塔循环，增强传质，提高了脱硫效率，降低对脱硫剂的品质要求。

同时该工艺通过外部分离器调节脱硫剂的外循环量，通过对外循环的匹配调节使循环流化床调控尺度更加宽广也更合理。

而且该工艺采用干态进料，杜绝了浆态进料常常存在的管路堵塞现象。

3、主要技术指标

处理烟气量：

10000~1000000Nm3/h

脱硫效率：

85~95%

钙硫摩尔比：

1.2~1.4

入口烟气温度：

100~200℃

出口烟气温度：

≥70℃

系统可用率：

≥95%

4、系统组成

循环流化床烟气脱硫系统主要由以下单元组成：

脱硫剂进料系统、循环流化床脱硫反应系统、除尘系统、脱硫产物处理系统、在线检测系统、电气控制系统、烟道系统等。

四、脱硫控制系统示意图及功能

1、控制系统示意图

本系统采用西门子公司的PCS7DCS系统，系统采用了ProfibusDP现场总线技术以及100M工业以太网，其包括的工程师站、操作员站、过程控制站和分布式ET200M均安装与中控室。

系统负责生产过程中各个控制点及测量点的温度、压力、流量监测、控制，以及数据点的采集转换、报警判别、记录、报表生成、事故追忆等一系列工作；工业现场则包括了工业设备、一次仪表及部分安装在现场的二次仪表，是整个生产过程的执行部分。

本系统可方便实现手/自动切换控制，具有较高的可靠性。

2、功能简述

1实时数据显示：

现场仪表的各种数据通过现场总线上传至上位计算机，

在上位机中被测对象的数值将在流程图以及单仪表窗口以数值、曲线形式体现。

②断电恢复：

有UPS的计算机在检测到停电时可靠保存当前进行步序及重要数据，在来电时将沿着停电时动作继续运行。

③历史数据显示：

系统运行过程中的各种数据被采集后存入历史数据库中，用户可以随意的从历史库中调出任一组数据进行分析。

历史数据还可以以趋势曲线的形式进行显示，用户可以通过历史曲线了解某些物理量在一段时间的变化趋势。

④图形显示：

根据系统运行的需要，可随时从上位机中调出实际工艺的流程图，从而以更为直观的方式把握系统的运行状态。

⑤数据报表打印：

根据用户要求提供数据报表，可随时打印输出。

⑥数据输入及参数修改：

系统运行时，用户可在上位机上输入控制信息，这些信息通过现场总线传输到现场智能仪表中，控制现场仪表的运行。

⑦报警处理：

当现场仪表的测量值偏离正常值时，现场仪表就向上位机传送报警信息，上位机在接收到报警信号后将自动在屏幕上给出报警提示，并更新报警列表。

3、系统技术特点综述

本系统充分利用了循环流化床气固传质和传热好的特点，为增加气固间宏观反应速率、提高吸收剂利用率以及缩小反应器尺寸提供前提；采用大流量低压降旋风分离器可以在减少动力消耗的前提下实现大流量返料，保证循环流化床反应器能操作在较高粒子浓度状态下,能提供足够反应面积，而且充分利用了固体颗粒在反应器径向的速度分布，可以有效防止酸性气体对设备的腐蚀和粒子对设备的冲刷，实践也已证明采用本技术不需要对设备做特殊防腐防磨处理；合理的布风既可以减少动力消耗，又可以防止粉尘堵塞布风板。

技术特点如下：

1．以气体悬浮物工艺为基础，反应器石灰和粉尘颗粒浓度是传统反应器飞灰浓度的50～100倍。

2．采用物料再循环，有效地利用脱硫剂和飞灰，将新鲜生石灰的需求量降至最低。

3．采用本技术不需要对设备做特殊防腐防磨处理，反应器表面积保持干净且没有沉积物，系统的维修费用较低。

4．采用模块化定型设计，安装期较短。

5．该系统能够满足相当严格的排放标准要求，使含硫烟气达到相关排放标准。

6．适应性强。

对不同硫份的含硫煤和不同用途的燃煤锅炉以及各种负荷下均可安装本装置。

五、典型应用案例

1．钢铁股份有限公司120m2烧结机烟气脱硫工程（已验收）。

处理烟气量44万Nm3/h，SO2浓度1300mg/Nm3。

经脱硫后，出口浓度小于200mg/Nm3。

2．肥城矿业集团国家庄电厂4×35t/h锅炉烟气脱硫工程（已验收）。

处理烟气量27万Nm3/h，SO2浓度7000mg/Nm3。

经脱硫后，出口浓度400mg/Nm3。

3．启新水泥有限公司电厂2×35t/h锅炉烟气脱硫工程（已验收）

处理烟气量15万Nm3/h，SO2浓度2000mg/Nm3。

经脱硫后，出口浓度100mg/Nm3。

4．城热电厂烟气脱硫工程。

（前期设计）

处理烟气量33万Nm3/h，SO2浓度4000mg/Nm3。

经脱硫后，出口浓度200mg/Nm3。

5．肥城矿业集团陶阳电厂3×35t/h锅炉烟气脱硫工程（已验收）。

处理烟气量20万Nm3/h，SO2浓度7500mg/Nm3。

经脱硫后，出口浓度400mg/Nm3。

6．东方热电股份公司热电一厂130t/h锅炉烟气脱硫工程（已验收）。

处理烟气量20万Nm3/h，SO2浓度4000mg/Nm3。

经脱硫后，出口浓度400mg/Nm3。

7．东方热电股份公司热电一厂75t/h锅炉烟气脱硫工程（已验收）。

处理烟气量12万Nm3/h，SO2浓度4000mg/Nm3。

经脱硫后，出口浓度400mg/Nm3。

8．市东郊热电厂75t/h锅炉烟气脱硫工程（已验收）。

处理烟气量11万Nm3/h，SO2浓度2800mg/Nm3。

经脱硫后，出口浓度300mg/Nm3。

9．市缸窑热电厂2×75t/h锅炉烟气脱硫工程（正在施工）。

处理烟气量12万Nm3/h，SO2浓度3000mg/Nm3。

经脱硫后，出口浓度300mg/Nm3。

10.东方热电股份有限公司热电四厂3×75t/h锅炉烟气脱硫工程。

（正在设计）

处理烟气量12万Nm3/h，SO2浓度4000mg/Nm3。

经脱硫后，出口浓度400mg/Nm3。

11．水晶化工股份有限公司130t/h、75t/h锅炉烟气脱硫工程。

（正在设计）

处理烟气量33万Nm3/h，SO2浓度6000mg/Nm3。

经脱硫后，出口浓度400mg/Nm3。

12．市1000T/D的垃圾焚烧发电厂的垃圾尾气净化工程（已验收）。

13．北京上庄100T/D的垃圾焚烧站的垃圾焚烧尾气净化工程（已验收）。

14．新钢钒股份有限公司炼铁厂烧结系统技术改造（一期）工程烧结烟气脱硫工程（合同已签订，项目设计中）

新建360m2烧结机，处理烟气量100万m3/h，SO2浓度5000mg/Nm3。

经脱硫后，出口浓度300mg/Nm3。