ABB-NID 锅炉烟气脱硫技术

      1 、 ABB锅炉烟气脱硫技术ABB 锅炉烟气脱硫技术简称 NID，它是由旋转
喷雾半干法脱硫技术基础上发展而来的。 NID的原理是：以一定细度的石灰粉
（CaO ）经消化增湿处理后与大倍率的循环灰混合直接喷入反应器，在反应器中
与烟气二氧化硫反应生成固态的亚硫酸钙及少量硫酸钙，再经除尘器除尘，达到
烟气脱硫目的。其化学反应式如下：CaO+H 2 O=Ca（OH） 2 Ca （OH） 2 +SO 2
=CaSO 3 .1/2H 2 O+1/2H 2 O NID技术将反应产物，石灰和水在容器中混合在加
入吸收塔。这种工艺只有很有限的商业运行经验，并且仅运行在 100MW及以下机
组，属于发展中的，不完善的技术。

      和 CFB技术相比，其主要缺点如下：由于黏性产物的存在，混合容器中频
繁的有灰沉积由于吸收塔内颗粒的表面积小，造成脱硫效率低由于吸收塔中较高
的固体和气体流速，使气体固体流速差减小，而且固体和气体在吸收塔中的滞留
时间短，导致在一定的脱硫效率时，钙硫比较高，总的脱硫效果差。需要配布袋
除尘器，使其有一个“后续反应”才能达到一个稍高的脱硫效率，配电除尘器则
没有“后续反应” .对于大型机组，由于烟气量较大，通常需要多个反应器，反
应器的增多不便于负荷调节，调节时除尘器入口烟气压力偏差较大。脱硫剂、工
艺水以及循环灰同时进入增湿消化器，容易产生粘接现象，负荷调节比较滞后。

      Wulff-RCFB WulFF的 CFB技术来源于 80 年代后期转到 Wulff去的鲁奇公
司的雇员。而 LEE近年来开发的新技术， Wulff公司没有，因此其技术有许多弱
点：电除尘器的水平进口，直接积灰和气流与灰的分布不均。没有要求再循环系
统，对锅炉负荷的变化差，并直接导致在满负荷时烟气压头损失大。消石灰和再
循环产物的加入点靠近喷水点，使脱硫产物的黏性增加。喷嘴上部引入再循环灰
将对流化动态有负面影响，导致流化床中灰分布不均，在低负荷时，流化速度降
低，循环灰容易从流化床掉入进口烟道中，严重时，大量的循环灰可将喷嘴堵塞。
使用中间仓用于烟气再循环，增加和积灰和堵塞的危险。消解系统复杂，容易产
生粘结，检修维护工作量大，经常造成停运。消解系统对工艺水质要求较高。二
级除尘器的收集的灰只有前面二个电场的飞灰进入再循环系统，排灰量大。另外，
其业绩大多为燃油锅炉，其烟气条件和燃煤锅炉的情况不一样。其单台最大的业
绩，奥地利的 Theiss ，根本就未投入商业运行。（不是循环流化床的原因）

      「论文摘要」介绍了烟气循环流化床的脱硫工艺及其流程，在与石灰石石
膏湿法脱硫工艺对比的基础上，进行了技术经济分析，并展望了在我国的应用前
景。

      烟气循环流化床脱硫工艺近几年发展迅速，是一种适用于燃煤电厂的新干
法脱硫工艺。它以循环流化床为原理，通过物料在反应塔内的内循环和高倍率的
外循环，形成含固量很高的烟气流化床，从而强化了脱硫吸收剂颗粒之间、烟气
中 SO2、 SO3、 HCl、 HF 等气体与脱硫吸收剂间的传热传质性能，将运行温度
降到露点附近，并延长了固体物料在反应塔内的停留时间（达 30 ～ 60 min ） ，
提高了 SO2与脱硫吸收剂间的反应效率、吸收剂的利用率和脱硫效率。在钙硫比
为 1.1～ 1.5的情况下，系统脱硫效率可达 90 ％以上，完全可与石灰石石膏湿
法工艺相媲美，是一种性能价格比较高的干法或半干法烟气脱硫工艺。

      1 、脱硫工艺的发展与现状20世纪 70 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（Lurgi Lentjes Bischoff）
公司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。

      20世纪 80 年代中期，由于环保法规和 SO 2 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公司在原来用于炼铝等尾
气处理技术的基础上，开发了适用于电站锅炉的烟气循环流化床脱硫工艺。

      经过 20 多年深入的研究和商用经验的积累，以及对工艺化学过程和工程
实践理解的深化，烟气循环流化床脱硫技术在最近几年得到了很大的发展，不仅
技术成熟可靠，而且投资、运行费用也大为降低，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，（CFB ）；（2 ）德国
Wulff 公司的回流式烟气循环流化床脱硫工艺，（RCFB）；（3 ）丹麦 F.L.Smith
公司研究开发的气体悬浮吸收烟气脱硫工艺，（GSA ）［ 1］。

      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、烟气及除尘器、副产品处置和仪表控制
6 个系统组成［ 2、 3］。

      2.1CFB工艺CFB 的工艺流程见图 1，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 SO
2 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性；（4 ）采用机械式预除尘器。

      2.2RCFB 工艺RCFB的工艺流程见图 2 .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，其主要特点是：（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（ 4s 以上） .

      1 —锅炉； 2—锅炉除尘器； 3—消石灰仓； 4—反应塔； 5—石灰浆槽
； 6—增湿水箱； 7—脱硫除尘器； 8—中间灰仓； 9—集灰库； 10 —烟囱图
2 典型的 RCFB 脱硫工艺流程2.3 GSA 工艺GSA 工艺的工艺流程见图 3 .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 F.L.Smith（FLS ）
3 个公司的各种烟气循环硫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，已建成投用的有 50 多套，其中 LLB公司的 CFB
共 24 套、 Wulff公司的 RCFB 共 16 套、 FLS公司的 GSA共 10 多套。在 50
MW至 300 MW 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公司共 15 套，其次是 Wulff公司共 2套， FLS计
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 300 MW
燃油机组，其单塔最大处理烟气量为 95 万 Nm 3 /h［ 5］。

      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供选用的、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（指捕集锅炉
原烟气中的烟尘，同时又捕集脱硫副产物） .采用这种方式时，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（指捕集锅炉原烟气中烟尘的除尘器）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（指捕集脱硫副产物专用的除尘器）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［ 4、 5］。

      5 技术评价5.1 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，是目前各种干法、半干法烟气脱硫工艺中最高的，可与
湿法工艺相媲美；（2 ）工程投资费用、运行费用和脱硫成本较低，为湿法工艺
的 50%～ 70% .（3 ）工艺流程简单，系统设备少，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，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，为湿法工艺的 30%～ 50% .（6 ）
能有效脱除 SO3、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
用于中低硫煤时（＜ 2% ），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，不会造成二次污染，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 10 多年的运行经验，工艺已成熟、可靠，且最大配套机组容
量已达 300 MW . （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。

      5.2 存在的缺点和有待解决的问题（1 ）采用高品位的石灰作为吸收剂 .
由于发达国家石灰工业发达，易得到高质量的商品石灰，因此以石灰作为吸收剂
不会有任何供应上的问题。但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，因此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，否则会给电厂的安全文明生产和工业卫生达标带来
困难。

      （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，将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（1 500 ～ 2 500 Pa ） .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。高的压力损失还将
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［ 2、 3］。

      6 经济评价以新建 100 MW 燃煤机组、脱硫设备全部考虑进口为基础，对
CFB 、 RCFB 和 GSA 3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
经济比较见表 1 .表 1 4种脱硫工艺经济比较的基本参数项目 CFB RCFB GSA 湿
法抛弃机组容量 /MW 100 100 100 100处理烟气量万 /Nm3.h-1 45 45 45 45 燃
煤硫分 /% 3 3 3 3 钙硫比≤1.30≤1.30≤1.20≤1.05脱硫效率 /% 90 90 90 90
反应塔出口温度 /℃ 70 ～ 75 70～ 75 70 70 ～ 75 循环灰量 /kg.Nm-3 1 1
1 / 电耗 /（kW.h）。h-1 480 450 540 1 550 水耗 /t.h-1 20 20 29 45 吸收
剂消耗 /kg.h-1 3 452 3 452 3 186 4 696设计寿命 /a 20 20 20 20 年运行时
间 /h 6 500 6 500 6 500 6 500 表 2列出 4种脱硫工艺的 5个主要经济指标，
即工程总投资、单位容量投资、年运行成本、寿命期内脱除 SO2的成本和因脱硫
增加电价的具体数值。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，且均优
于石灰石石膏湿法抛弃工艺［ 5］。

      表 2 4种脱硫工艺的主要经济指标及比较项目 CFB WCFB GSA 湿法抛弃工
程总投资 /万元 3 500 3 400 3 800 5 802单位容量投资 /元 .（kWh ）-1 350
340 380 580.2 年运行费用 /万元 1 079 1 039 1 098 1 766寿命期内脱除 SO2
的成本 /元 .t-1 714.9 688.4 727.5 1 170.1 脱硫增加电价 /元 .（kWh ）-1
0.008 3 0.008 0 0.008 5 0.014 0 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由表 2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% .
几种脱硫工艺所用脱硫吸收剂见表 3 .表 3几种脱硫工艺所用脱硫吸收剂比较及
吸收剂喷入形态脱硫吸收剂工艺吸收剂喷入形态比较CFB CaO 干消化有效 CaO>85% ，
T60 （30 min，以干消化后的石灰粉 Ca （OH）2 粉喷入反应塔入口烟道。

      RCFB CaO干消化有效 CaO>85%， T60（30 min，以干消化后石灰粉的 Ca
（OH）2 粉喷入反应塔。

      GSA CaO 石灰有效 CaO为 90%， 3 min内温升大于 40 ℃，浆液以湿消化
后的石灰浆液喷入反应塔。

      湿法 CaCO3石灰纯度（90% ，颗粒细度为小于 61 μm95%抛弃石浆液通过。

      7 在我国的应用前景根据我国脱硫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。其脱硫效率高、投资低、
占地面积小的特点，使它既适用于新建机组的脱硫工程，更适用于现有机组的脱
硫改造工程；既适用于燃用高硫煤的机组，更适用于我国大量的燃用中低硫煤的
机组；既适用于中小型燃煤机组，也适用于大容量燃煤机组；而且在脱除 SO2的
同时，通过添加一定的催化剂，还能脱除氮氧化物。是值得并广泛推广应用的脱
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 100 MW
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 200
MW机组上开始建设， LLB公司正与有关公司商谈，拟在 1台 300 MW 的燃煤机组
上建设 CFB脱硫工艺。可以预见：随着我国脱硫市场的拓展，今后几年内，将有
更多的电厂在 100～ 300 MW 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［
5 ］。

      作者简介：薛建明（1965- ），男，江苏常熟人，硕士，高级工程师，长
期从事脱硫、脱氮和除尘技术的研究与开发；马果骏（1942- ），男，上海人，
高级工程师（教授级），长期从事脱硫、脱氮和除尘技术的研究与开发。