喷钙脱硫成套技术

喷钙脱硫成套技术开发的攻关成果得到了有关部门的充分肯定，1996年获
国家环保局科学进步三等奖，国家计委、国家科委、国家财务部“八五”科技
攻关重大科技成果奖，国家环保局示范工程荣誉证书，1997年获国家环保局
环保科技成果转化项目证书，1998年获国家环保总局环保实用技术推广计划
项目证书，机械工业部科学技术进步三等奖等。

“九五”以来，（原）国家科委，国家环保总局支持进行电站锅炉喷钙脱
硫成套技术工程化开发，不但进行了有关工程化问题的物理模拟试验，而且开
发了一系列计算机数值模拟程序，对35t/h、130t/h、420t/h煤粉锅炉实施
喷钙脱硫成套技术进行了可行性研究，并做出设计方案。与此同时，国内还配
合南京下关电厂引进同类型的芬兰IVO技术专门开发了新型的420t/h锅炉。
通过下关电厂125MW机组烟气脱硫工程具体地掌握了芬兰LIFAC技术，再加
上有多年独立研究开发的基础，国内在大中型火电机组实施喷钙脱硫成套技术
已有成功的把握。

在尾部，由空气预热器出来的烟气进入水合固硫器，水合器布置雾化喷嘴，
烟气与雾化水进行充分混合，进一步反应除去烟气中的SO₂。水合固硫器内的
沉积灰可进行再循环，以提高钙的利用率。水合固硫器出口烟气可经混合式加
热器后进入静电除尘器。水合固硫器出口烟温要求严格控制在高于烟气露点
10℃以上，在不结露的前提下，尽可能提高脱硫率，确保静电除尘器正常工作
。喷水系统管路的调节阀调节灵敏，控制可靠，确保活化器底部沉降始终保质
为干态。

4.1　炉前喷钙系统
从主粉仓至二次粉仓利用仓式泵采用密相动压输料系统，其优点：结构紧
凑，运行可靠，输送比大，耗气量小，投资费用低。从混合器至喷嘴采用稀相
气力疏送，它的特点是阻力小，风机压头低，能量消耗少，运行可靠，是火电
厂的常用技术。

4.2　喷钙位置的选定
选择合适的喷钙位置对炉内脱硫至关重要。根据四角切圆炉内空气动力场
的特点和CE推荐的炉内温度分布曲线、数模计算结果，将喷钙风分层布置在前
墙。这种布置的优点是：钙粉均匀分布在炉内，相应在炉膛内的停留时间长，
同时不会在炉膛折焰角上沉积。

4.3　水合固硫器入口烟气气流
由于气流分布变化会影响脱硫效率和水合固硫器的安全运行，合理设计入
口烟气挡板均化气流。

4.4　水合固硫
水合固硫器便于雾化水与烟气中的CaO混合，生成Ca（OH）₂，进行脱
除SO₂。筒体内涂有重防腐材料，保证运行安全。

4.5　物料的回收装置
在水合固硫器底部，收集沉积在活化器底部的灰，由埋刮板输送机将灰输
送到水合固硫器入口烟道，进行再循环，以提高钙的利用率。为了进一步提高
钙的利用率，还可以考虑除尘器收集灰的再循环。

4.6　水雾化喷枪的设计和布置
水雾化喷枪采用美国CE技术设计、外混式空气雾化J型系列结构，其特点：
雾化性能稳定，效果好，水滴直径能达到50μm。喷枪均匀布置，每根喷枪的
雾化范围与相邻喷枪的雾化范围形成交叉，这样可使雾化水雾均匀地充满流
通截面。为防止喷头堵塞，在雾化枪上将有喷头清洗装置。

4.7　烟气加热器
需要时，为提高烟气进入除尘器的温度，水合固硫器后可设混合式空气加
热器，结构紧凑、布局合理，将进入静电除尘器的烟温控制在70℃以上，确保
静电除尘器正常工作。

4.8　结构特点
脱硫装置的一次粉仓和水合固硫容器都很大，一般设计成高耸结构，减少
占地面积。对上述两个部件，采用筒壳结构并以裙座支撑，不仅降低钢材耗量
，加工制造方便，且其承受内、外压力、风载和地震荷载能力也比较好，结构
强度和稳定性能易于保证。容积较小的粉仓亦可采用箱形结构，使加工制造更
为方便。国内具有设计、制造钢结构、钢制容器的雄厚实力和丰富经验，不仅
掌握常规设计标准，而且掌握了世界先进的结构应力分析程序，如ANSYS有限
元分析程序、SAP91结构静力和动力应力分析程序，进行压力窗口和钢结构分
析，并以应力分析为基础进行设计。

4.9　运行、监控技术及调节
喷钙脱硫控制系统是针对锅炉喷钙脱硫工艺设计的自动化成套设备。作为
保证炉前喷钙/炉后增湿水合固硫这一整套脱硫工艺系统安全、稳定及有效运行
的重要控制设备。喷钙脱硫控制系统提供了从脱硫设备的起停控制、联锁保护
、过程调节、报警显示、打印报表及系统通讯等控制功能。控制系统根据脱硫
工艺设备的运行特点，设置了自动/手动操作方式。在DCS水平上运行的喷钙
脱硫控制系统可以在相当程度上满足用户的运行和维护的需要。控制系统具备
的功能如下：

①　粉仓粉位监视；
②　炉前喷钙设备的起停控制；
③　喷粉量自动控制；
④　水合固硫器喷水自动控制；
⑤　水合固硫器出口烟温自动控制；
⑥　水合固硫器除灰程序控制；
⑦　系统其它设备的起停连锁控制；
⑧　系统报警、显示及打印报表；
⑨　DCS主机间的通讯等。

5.1　喷钙对结渣倾向的影响
炉膛内喷钙可导致实际灰成份发生变化，一般认为炉内灰的结渣倾向也会
相应发生变化。
实际上对于不同的煤，添加石灰石后煤灰的熔融性变化有以下几种情况：
①　灰熔点有所降低；
②　灰熔点先降低后又有所提高；
③　灰熔点变化不显著；
④　灰熔点有所提高。
电力部赴美国、芬兰脱硫技术考察报告中介绍：芬兰Inkoo电厂5000小时
运行情况看，炉内无结渣，表明采用喷钙脱硫成套技术不会因结渣问题影响
运行。在设计脱硫型锅炉时，要对设计煤种，校核煤种和使用的石灰石取样，
进行燃料特性试验分析和掺入一定比例石灰石后灰熔融特性，根据试验结果
采取相应措施设计或完善炉膛和燃烧设备。

5.2　喷钙对受热面粘污、传热的影响
炉内添加石灰石，实际灰分的碱/酸比增大，沾污倾向可能有所增强，但
其变化程度与煤种及钙基吸着剂本身特性有关。据美国环保局和电力研究所
工业性试验数据看：“喷入石灰石会降低灰熔化温度，多数情况下，灰的固
着强度降低，用常规的吹灰器比较容易清除”。芬兰Inkoo电厂运行5000小
时，清除受热面上的积灰，无需增设吹灰器，根据负荷可以调整吹灰次数，
即可解决受热面沾污积灰问题，各极受热面的传热特性不发生改变。国内已
开发有专项评估方法，能为可行性研究和设计运行提供具体数据。

5.3　喷钙对受热磨损的影响
石灰石喷入炉膛锻炼反应所生成的氧化钙是带有一定孔隙度的微团，其
硬度远低于粉煤灰，一部分氧化钙硫化反应后，孔隙和表面被生成的硫酸钙
填充和覆盖，中位径比飞灰略大一些，但硬度也远低于飞灰，长期运行不会
对受热面有较严重的磨损。“八五”喷钙脱硫示范工程──贵州轮胎厂4“炉
自1995年9月脱硫装置投运后，几次停炉检查都未发现磨损问题，可以说，
喷钙后虽增加了飞灰量，但不加剧受热面的磨损”。

5.4　脱硫设备投运对炉内燃烧工况、气温的影响
炉内喷钙脱硫是选择一个合适的温度区间将石灰石粉喷入炉膛，试验研
究发现石灰石粉在烟气温度低于是1200℃的区间喷入，锻烧反应生成的氧化
钙固硫活性最佳。这个温度区对于大容量电站锅炉来说已接近炉膛出口，远
离燃烧器区域，故脱硫设备投运对炉内燃烧工况没有什么影响。

石灰石粉的输送介质为空气，脱硫设备投运时相应增加了炉风量，研究
认为在Ca/S＝2.5时，其输送风量相当于总燃烧风量的1~3，（对大容量
锅炉为下限），不会造成炉膛出口烟气温度的变化，也不会对气温带来影响。

对于大中容量电站锅炉（大于100MW）来说，石灰石粉锻烧反应最佳温
度区间域仅位于上炉膛，炉膛上部受热面设计布置可为石灰石锻烧反应留有
一定究竟，保证锻烧反应和固硫反应可以顺利进行，只要考虑到喷钙带来
的影响并采取相应措施，锅炉完全可以安全稳定运行。

5.5　喷钙后对炉内灰分和静电除尘器的影响
喷钙脱硫造成炉内灰分增加，其主要来源是：吸着剂带入的杂质、碳
酸钙分配生成的氧化钙以及固硫反应后生成的硫酸钙等。

经估算，在Ca/S=2时，灰分增加：ΔA＝4.8×Sar。
影响电除尘器（ESP）的因素主要有：烟气量、粉尘比电阻、粉尘粒径、
气流分布均匀性和烟气含尘浓度等。喷钙脱硫后影响ESP除尘效率的几项因
素是：
①　烟气通过水合固硫反应后，烟温可降低约100℃，烟气体积减小，
有利于提高除尘器效率；烟气经过增湿比电阻有所下降，有利于提高除尘器效
率。
②　喷钙后飞灰与石灰石粉混合物的中位径比飞灰略大一些，容易收集。
③　水合反应器中烟气速度较低，在该流动空间中有20~30的除尘器，
降低了ESP的灰负荷。

5.6　喷钙脱硫对锅炉运行热效率的影响
①　电力部火电厂脱硫技术考察团于1989年8月~9月对美国、芬兰的脱
硫技术进行了详细考察。采用喷钙脱硫的Inkoo电厂至1989年9月累计运行
5000多小时表明：锅炉热效率下降0.3。国内计算，对于35t/h炉最保守的
估计也不超过0.6％。
②　喷钙脱硫成套技术攻关组在“七五”、“八五”研究过程中，分析影响锅
炉热效率的因素是：
·喷射的钙基吸着剂量过剩，导致吸着剂热解吸热，消耗炉内热量；
·吸着剂的输送介质为冷空气，相当于增加锅炉漏风、排烟热损失有所增加；
但这两种影响都很小。

5.7　二次污染
CaCO₃在炉内分解成CaO和CO₂，CaO在炉内、尾部水合固硫器中与
SO₂反应生成CaSO₄·2H₂O，为中性物质，不存在二次污染的问题；剩余
的Ca（OH）₂在空气中的最终产物是CaCO₃，也是中性物质，也不存在二
次污染。因此，从环境角度上来说，二次污染不存在。

5.8　脱硫设备投运对锅炉参数可能的影响
①　喷钙时，受热面沾污，传热系数会有所下降，但由于锅炉设计时都预留有
受热面，一般能保证足够的吸热量。
②　喷钙对过热器吸收的热量可能有所影响，通过调整喷水量大小，能保证过
热蒸汽参数的稳定。
③　大型电站锅炉采用挡板调温时，挡板调温的幅度大，灵敏度高。合理调整
挡板开度，可调整再热器与过热器、再热器冷段与热段吸收热量的比例。

5.9　脱硫装置的可用率
①　脱硫装置与锅炉设备之间是相互独立的两套系统，脱硫装置可解列，解列
后锅炉照常运行。
②　大部分脱硫设备使用的温度区间较低，便于维护与检修。送粉喷嘴在高温
区工作，其材料可用耐热钢或耐火材料，且有冷风冷却，故障时仍可即时更
换。
③　喷钙脱硫系统简单，转动设备只有风机、水泵、压缩机、埋刮板，这些产
品都是定型产品，运行可靠，事故率低。

喷钙脱硫成套技术可以用于工业锅炉、大中型电站在役锅炉改造和新建锅
炉的烟气脱硫配套设计。从锅炉容量上看，可从几吨的汽水锅炉到300MW、
600MW的大型电站锅炉。

6.1　在役锅炉改造
在役锅炉采用喷钙脱硫成套技术进行烟气脱硫很方便，只要炉墙上开几
个小孔，尾部烟道接出旁通烟道即可。改造工作最小，安装容易。虽然水合固
硫器占一定面积，但锅炉尾部空间容易布置。对配备水膜除尘的小型工业锅炉
，只要炉前加装喷钙系统，水膜除尘器上加装喷水并对水膜除尘器排灰进行改
造即可。

6.2　新建锅炉的脱硫设计
对新建锅炉采用喷钙脱硫成套技术进行烟气脱硫更方便，而且可以在锅炉
设计时统筹考虑，使锅炉更适合喷钙脱硫技术的要求，布置更加合理。南京
下关电厂125MW机组，采有了芬兰的炉内喷入石灰石、尾部增湿活化
（LIFAC）的烟气脱硫工艺，锅炉为HG－420/13.7－YM1型锅炉，设计时
充分考虑了喷钙脱硫对锅炉的影响，并考虑了喷钙脱硫设备的整体布置。该
炉已于1998年底完成整体试运和喷钙脱硫系统的调试工作，证明锅炉和喷
钙脱硫系统性能良好，达到设计指标。

6.3　喷钙脱硫技术的推广应用
由于世界范围内大气污染日益严重，各国对SO₂的排放控制将进一步加
强。采用常规洗煤技术可以去除部分无机硫，高级物理化学洗煤技术目前还
处于试验阶段，工业上大规模应用还不大可能。近年来循环流化床锅炉发展
迅速，但容量较小，而且设备价格较高，大型电站锅炉应用还为时过早，近
期控制火电厂锅炉SO₂排放量最有效办法、最有应用前景的技术仍将是烟气
脱硫。在烟气脱硫的三类方法中，以喷钙烟气脱硫更适合中国国情，在国际
上也是最有应用前景脱硫技术。目前奥地利已有几套炉内喷钙系统在运行，
德国应用总量已达3000MW，芬兰Tampella和IVO公司开发的LIFAC脱硫
系统，在Ca/S为2~2.5的情况下，脱硫率达70％以上，应用机组容量已达
300MW。

7.　国内喷钙脱硫成套技术的新进展
喷钙脱硫成套技术中，炉后增湿固硫是提高系统脱硫率的关键技术环节，
随增湿喷水量增大，可能得到的脱硫率相应提高，喷水量增大到使烟气含湿
达到饱和，脱硫率可达93％以上。但是，随增湿喷水量的增大，即使水雾化
质量良好、水滴尺寸很小，当烟气含湿接近饱和时，完全汽化的时间也较长
，这就需要随烟气流动的雾化水滴在增湿固硫装置内有相当长的停留时间，
从而导致增湿固硫装置体积较大；同时，随增湿喷水量增大，增湿固硫装置
下部灰渣排出的困难将大大增加，而且未汽化的水滴还威胁后部烟道设备运
行安全，内壁固体颗粒黏结成垢产生运行事故的可能性也会大大增加，这就
必须增湿喷水量，也就制约了系统的脱硫效果，当前较先进的水平是控制增
湿固硫装置出口烟温高于烟气露点温度5~10℃，所能达到的系统脱硫率在
70~80。

经多年攻关研究，国内开发能使增湿喷水量超过烟气热焓所能蒸发的所谓
过量增湿技术及相应的装置──湿颗粒层固硫除尘装置（图2）。其工作过程
为：借鉴大型油燃烧器技术使携带有（炉内喷钙或烟道加入）CaO粒子的烟在
装置入口喷入较大量的雾化水均匀混合，CaO水合成Ca（OH）₂并实现高效
固硫；装置下部设移动床，带水膜的小颗粒铺成一定厚度的滤层，颗粒孔隙间
形成的曲折通道，不仅能将各种固体粒子阻留在滤层中，而且能将未汽化的水
滴阻留下来，在过滤除尘、除水的同时，也作为一种接触面积较大的固硫反应
层，从而将高效固硫和高效收尘合为一体；滤层缓慢移动，上端新鲜滤料向下
推进，滤尘趋于饱和的下部滤层被推进清洗池，将滤料颗粒与灰（渣）分离，
滤料循环使用，灰（渣）沉淀排出。试验数据表明，过量增湿颗粒层固硫除尘
装置可使喷钙脱硫成套技术系统脱硫率达到90％以上，除尘效率在99％以上
，而烟气流动阻力可控制在1000Pa以内。

使用过增湿的湿颗粒层固硫除尘装置将体积庞大的增湿活化器和静电除尘
装置的功能集为一体，大大简化了烟气净化系统（图3），并使烟气脱硫率有
较大的提高，显著提高烟气净化技术经济指标；而且湿颗粒层装置还可以作
为一种收尘率与袋式除尘器相近的除尘设备，用于民用、动力锅炉，建材、
化工、冶金等工业炉窑排烟除尘，特别适用于高温烟气、粉尘浓度高的烟气
和有腐蚀性成分的烟气等特殊工作条件下的烟气净化，是一种具有广阔应用
前景的低成本、高效能的烟气净化技术装置。

喷钙脱硫成套技术初投资少，设备简单、占地面积小、施工周期短、脱硫
率高，不仅适用于新建大、中、小型机组，而且适宜现役锅炉机组的技术改造
。目前国内已对多台电站锅炉喷钙脱硫的方案设计、报价设计和工程设计，充
实和完善了资料，形成了向大型工程化发展的数据库，为锅炉设计和喷钙脱硫
工程设计提供保证。