(国家电力公司南京电力环境保护科学研究所，江苏　南京　210031)
摘　要：介绍德国、丹麦烟气循环流化床的脱硫工艺及流程，并展望了在我国的应用前景。
关键词：烟气循环流化床；脱硫工艺；技术经济
　　中图分类号：X7013　　　文献标识码：B　　　文章编号：1006－5377(2003)01－0036－03
Desulphurized Technology of Circulating Fluidized Bed for
Three Kinds of Flue Gas and Economic Analyses in Europe
XUE Jianming, MA Guojun

一、脱硫工艺
烟气循环流化床脱硫工艺是近几年迅速发展起来的、适用于燃煤电厂的一种新的干法脱硫工艺。
1发展与现状
二十世纪七十年代初，为治理炼铝设备、垃圾焚烧炉等尾气排放中的HCl、HF等有害气体，德国的LLB公司(Lurgi Lentjes Bischoff)研究开发了专用的烟气循环流化床技术，并得到了广泛的商业应用。八十年代中期，由于环保法规和SO2排放标准的日趋严格，德国动力工业对烟气脱硫设备有了巨大的需求。为此LLB公司开发了适用于电站锅炉的烟气循环流化床脱硫工艺。经过二十多年的研究和商用经验的积累，以及对化学工艺过程和工程实践的深入，烟气循环流化床脱硫技术在最近几年得到了很大的发展，而且投资运行费用也大为降低，约为湿法工艺的50％～70％。
目前，烟气循环流化床脱硫工艺已达到工业化应用的主要有3种工艺流程：(1)德国LLB公司开发的烟气循环流化床脱硫工艺，简称CFB(Circulating Fluidized Bed)；(2)德国Wulff公司的回流式烟气循环流化床脱硫工艺，简称RCFB(Reflux Circulating Fluidized Bed)；(3)丹麦FLS(F.L.Smith)公司研究开发的气体悬浮吸收烟气脱硫工艺，简称GSA(Gas Suspension Absorber)。
2工艺系统及流程
无论是LLB公司的CFB工艺、Wulff公司的RCFB工艺还是F.L.Smith公司的GSA工艺，它们的工作原理基本相似。工艺系统主要由吸收剂制备、吸收塔、物料再循环、烟气除尘器、副产品处置和仪表控制6个系统组成。
CFB的工艺流程见图1（略）。
其主要特点是：(1)吸收剂以干态的消石灰粉从反应塔上游的入口烟道喷入，属干法脱硫工艺；(2)采用独立的烟气增湿系统，亦即增湿水量仅与反应塔出口的烟气温度有关，而与烟气中的SO2浓度、吸收剂的喷入量等无关；(3)采用部分净化烟气再循环的方式来提高系统低负荷时的运行可靠性和反应塔床料的稳定；(4)采用机械式预除尘器。
RCFB的工艺流程见图2(略)。
与CFB工艺相比，RCFB工艺主要在反应塔的流场设计和塔顶结构上作了较大的改进。它的主要特点是：(1)反应塔内增加了扰流板和塔顶物料回流装置，强化了内循环，取消了预除尘器；(2)吸收剂以干态的消石灰粉或石灰浆液从反应塔底部喷入，属干法或半干法脱硫工艺；(3)反应塔扩散段上安装了若干个回流式压力水喷嘴，使吸收剂颗粒与水雾接触更均匀更充分；(4)烟气在塔内的停留时间长，在4秒钟以上。
GSA工艺的工艺流程见图3（略）。
其主要特点是：(1)吸收剂以石灰浆液的形式从反应塔底部的中心喷入，属半干法脱硫工艺；(2)采用高位布置的旋风分离器作为预除尘器；(3)可在较低的趋近绝热饱和温度(ΔT=3～6℃)下运行。
3应用业绩
自1987年，德国LLB公司的CFB工艺在电站锅炉投入商业运行以来，经过多年的研究和商用经验的积累，LLB、Wulff和FLS三个公司的各种烟气循环流化床脱硫工艺在最近几年得到了很大发展，应用业绩大大增加。据统计：到2000年底，已建成投用的约有50多套，其中LLB公司的CFB24套、Wulff公司的RCFB16套、FLS公司的GSA10多套。在50MW至300MW燃煤或燃油机组中采用此种工艺的约有21套。应用于烟气量大于30万Nm3/h最多的是LLB，共15套，其次是Wulff 2套，FLS 1套。应用机组容量最大的是Wulff公司，即2000年初投入试运行的300MW燃油机组，其单塔最大处理烟气量为95万Nm3/h。
4系统布置
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选用的、有效的脱硫方案之一。其主要原因是该工艺结构简单、设备布置紧凑、且可利用现有的设备如烟囱、除尘器等，占用场地仅为湿法工艺的30％～40％。
采用烟气循环流化床脱硫工艺的脱硫系统在电厂的布置方式主要有5种：
(1)反应塔布置在锅炉和锅炉/脱硫除尘器之间。采用这种方式必须新建锅炉引风机或改造现有的锅炉引风机；
(2)反应塔布置在电厂原有的锅炉除尘器的上游，在锅炉和原有锅炉除尘器之间。原有锅炉除尘器在必要时应进行改造，并新建锅炉引风机或改造现有的锅炉引风机；
(3)反应塔布置在锅炉除尘器和新建的脱硫除尘器之间，并在反应塔前增加脱硫风机；
(4)反应塔和新建的脱硫除尘器均布置在烟囱之后，并在新建的脱硫除尘器后增加脱硫风机；
(5)反应塔和新建的脱硫除尘器均布置在锅炉房的顶部，并在新建的脱硫除尘器后增加脱硫风机。
说明：锅炉除尘器是指捕集锅炉原烟气中烟尘的除尘器；脱硫除尘器是指捕集脱硫副产物专用的除尘器；锅炉/脱硫除尘器是指既捕集锅炉原烟气中的烟尘，同时又捕集脱硫副产物的除尘器。
二、技术评价
与传统的石灰石石膏湿法抛弃(简称湿法)工艺相比，无论是CFB、还是RCFB和GSA工艺，均具有以下技术特点：
(1)脱硫效率高：在钙硫比为1.1～1.5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，约为湿法工艺的50％～70％；
(3)工艺流程简单，系统设备少，约为湿法工艺的40％～50％，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，约为湿法工艺的30％～40％，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)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；
(7)对锅炉负荷变化的适用性强，负荷跟踪特性好，启停方便，可在30％负荷时投用，对基本负荷和调峰机组均有很好的适用性；
(8)对燃煤硫分的适应性强，可用于0.3％～6.5％的燃煤硫分。且应用于中低硫(< 2％)煤时，其经济性优于湿法工艺；
(9)无脱硫废水排放，且脱硫副产品呈干态，对综合利用和处置堆放有利；
(10)脱硫后烟尘既可用静电除尘器，也可用布袋除尘器捕集；
(11)已有十多年的运行经验，工艺成熟、可靠，且最大装机容量达300MW；
(12)在脱硫吸收剂中加入少量的铁基催化剂，可脱除60％～90％氮氧化物，具有脱硫脱氮一体化的发展潜力。
尽管该工艺的技术非常优越，但也存在一些缺点和有待解决的问题：
(1)必须采用高品位的石灰作为吸收剂。我国石灰的供应尚存在品位低、质量不稳定、供应量不足、供应源分布不均、价格过高等缺陷；另外，石灰对人体有一定的危害，采用石灰作为吸收剂必须保证系统有良好的密封性和安全措施，否则会影响电厂的安全文明生产；
(2)脱硫副产品的综合利用。本工艺的脱硫副产品中含有一定量的亚硫酸钙。亚硫酸钙的化学性能不稳定，在自然环境下会逐渐氧化为硫酸钙，同时体积会增大，有可能影响原粉煤灰的综合利用。如要保持原粉煤灰的综合利用，则脱硫系统必须布置在锅炉除尘器之后，且必须增设用于捕集脱硫副产品的脱硫除尘器。目前国内外对脱硫副产品的综合利用已积累了不少经验，新的利用途径也正在开发之中；
(3)系统的压力降较大(约1500～2500Pa)。一般现有电厂引风机的压头裕量难以克服如此大的压降，需要增加新的脱硫风机。高的压力损失还使得运行费用有所增加；
(4)反应塔的压力降波动较大。由于反应塔内大量物料不断地湍动，因此反应塔的压力降有较大波动，对锅炉炉膛内负压的稳定性有一定影响。如将脱硫增压风机设置在脱硫系统上游，可适当减小影响。
三、经济评价
CFB、RCFB和GSA三种烟气循环流化床脱硫工艺与石灰石石膏湿法抛弃工艺的经济比较，以新建100MW燃煤机组、脱硫设备全部考虑进口为基础，表1（略）列出了4种脱硫工艺进行经济比较的基本参数。表2为4种脱硫工艺的主要经济指标。表3对4种工艺的经济性作了比较。由表2可见：在机组容量、燃煤状况、脱硫效率等技术参数基本相同的情况下，3种烟气循环流化床脱硫工艺的经济性基本相同，而且均优于石灰石石膏湿法抛弃工艺。由表3可见：烟气循环流化床脱硫工艺的工程投资和脱除SO2的成本均为湿法抛弃工艺的60％～70％。

表2 4种脱硫工艺的主要经济指标比较
项目 CFB工艺 RCFB工艺 GSA工艺 湿法抛弃工艺
工程总投资（万元） 3500 3400 3800 5802
单位容量投资（元/KW）350 340 380 580.2
年运行费用（万元） 1079 1039 1098 1766
寿命期内脱除SO2的成本 714.9 688.4 727.5 1170.1
（元/吨SO2）
脱硫增加电价（元/KW）0.0083 0.008 0.0085 0.014

表3 4种烟气脱硫工艺的经济性比较（按全部进口计）
项目 CFB RCFB GSA 湿法抛弃
工程总投资或单位容量投资 0.603 0.586 0.655 1
脱除SO2的成本或脱硫增加电价 0.611 0.588 0.622 1


四、在我国的应用前景
根据我国专家对烟气循环流化床脱硫技术发展的跟踪研究，认为它是一种较适合我国国情的脱硫工艺。在脱除SO2的同时，通过添加一定的催化剂，还能脱除氮氧化物，是值得广泛推广应用的脱硫工艺之一。
目前我国云南小龙潭发电厂引进FLS公司的GSA工艺已在1台100MW燃煤机组上投入运行；Wulff公司的RCFB工艺也在广州恒运集团公司的1台200MW机组上开始建设；LLB公司正与有关公司商谈，拟在1台300MW的燃煤机组上建设CFB脱硫工艺。今后几年内，将有更多的电厂在100～300MW的现有机组或新建机组上建设脱硫工程，烟气循环流化床脱硫工艺是具有强大竞争力的脱硫工艺之一，因而具有广阔的应用前景。