循环硫化床锅炉脱硫率主要影响因素

循环硫化床锅炉脱硫率主要影响因素作者：赛汉胡尔,姚婕来源：《北方环境》2013年第02期摘要：循环流化床锅炉添加石灰石脱硫技术近年来得到了很大的发展，它具有脱硫效率高，脱硫成本低，操作简单、无水污染等特点。

本文分析概括了循环流化床锅炉添加石灰石脱硫工艺脱硫率的主要影响因素关键词：循环流化床锅炉；石灰石脱硫；脱硫率；脱硫率主要影响因素中图分类号：X701.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0370（2013）02-0073-03A discussion on the main factors affecting the desulfurization rate of the fluidized boilerSai Hanhuer， Yao Jie（ Hohhot city heating company，Inner Mongolia 010051）Abstract：The limestone FGD technology upon the circulated boiler has achieved great development these years， with high rate and low cost of desulfurization， easy operation， and no water pollution. This paper summarizes the main factors about the technology.Key words：cirulating fluidtzed bed boliers； limestone FGD； desulfurization rate； main factors循环流化床锅炉之所以在近年来能得到很大的发展，除了其燃烧适应性广、负荷调节性好、燃烧效率高以外，一个重要的原因是它具有优良的环保性能。

一方面，由于低温燃烧和分级送风，有效抑制了氮氧化物的生成；另一方面，通过炉内添加石灰石脱硫减少了SO2排放。

可以减轻尾部受热面的腐蚀。

与常规尾气脱硫相比，循环流化床锅炉内加石灰石脱硫的脱硫效率更高、脱硫成本低，操作简单、无水污染等特点。

通常人们将煤燃烧对原煤散烧在相同锅炉出力下SO2排放量下降的百分率来表示脱硫率。

随着我国社会经济的高速发展，环境问题日益突出，已成为全面建设和谐社会的制约因素之一。

国家节能减排工作力度的加强，使供热锅炉达标排放已将成为供热企业迫在眉睫的重要工作之一。

所以怎样高效、经济脱硫也就成为我公司生产技术工作者即将开展的一项新的重要工作。

笔者将循环流化床锅炉添加石灰石脱硫技术基本原理及脱硫效率主要影响因素分析概括，以期对即将投入到脱硫工作的技术工作者起到抛砖引玉的作用。

下面，简单阐述循环流化床锅炉添加石灰石脱硫基本原理、脱硫剂石灰石的技术要求，进而分析概括循环硫化床锅炉脱硫率的主要影响因素如下。

1 石灰石脱硫基本原理、石灰石性能及技术要求1.1 石灰石的主要成分是碳酸钙，我国石灰石的储存量大，矿石的品味较高，其碳酸钙的含量一般大于93%。

石灰石用于脱硫吸收剂的时候必须磨成粉末，石灰石的优点在于无毒无害，在使用过程中比较安全，不过使用石灰石作为脱硫吸收剂时还要考虑石灰石的纯度和活性，因为石灰石与氧二化硫的反应速度主要取决于石灰石的粒度和颗粒比表面积。

循环流化床脱硫所用石灰石纯度要求：CaCO3>90%（以氧化钙计：50～53%）。

1.2 燃煤中的硫以黄铁矿、硫酸盐、有机硫、元素硫四种形式存在。

其中黄铁硫、有机硫及元素硫是可燃的硫，可燃硫占硫分的90%以上，硫酸盐硫是不可燃的硫，占硫分的5%～10%。

煤燃烧过程中，所有的可燃硫都会在受热过程中从煤中释放出来。

在氧化气氛中，可燃硫全部被氧化而生成SO2。

不做脱硫处理时，大部分以SO2气体形式随烟气排放在大气中去污染环境。

而在炉膛的高温条件下在氧原子或受热面上有催化剂时，一部分SO2会转化成SO3，烟气中的水分会和 SO3生成H2SO4气体。

烟气中的粉尘会吸收硫酸而变成酸性尘。

1.3 循环流化床石灰石脱硫时，石灰石与煤在炉中同时燃烧，在800～900℃时，石灰石分解出CO2，形成多孔的CaO与SO2反应生成硫酸钙进入灰渣中，达到脱硫的目的。

其化学反应过程及反应方程式为：1）脱硫剂石灰石的热解反应CaCO3 =CaO +CO22）脱硫合成反应CaO+ SO2→CaSO33）中间产物的氧化和歧化反应2 CaSO3 + O2 → 2 CaSO44 CaSO3 →CaS+ 3CaSO44）脱硫产物在高温下分解CaSO3 →CaO+ SO2CaSO4→CaO+ SO2有反应CaCO3 =CaO +CO2和CaO+ SO2→CaSO3表明，石灰石先分解成CaO才能有效脱硫。

2 循环流化床锅炉添加石灰石脱硫率的主要影响因素2.1 Ca/S摩尔比对脱硫率的影响Ca/S摩尔比是影响脱硫效率和SO2排放的首要因素。

不加石灰石时，燃料硫约有28.5﹪的硫分残留于灰渣中，71.5﹪则以气体的形式排放出来。

采用添加石灰石进行脱硫，脱硫效率在Ca/S摩尔比低于2.5时增加很快。

而继续增加Ca/S摩尔比或脱硫剂量时，脱硫效率增加很少，同时继续增加脱硫剂会带来增加灰渣热物理损失、增加灰渣处理成本、影响燃烧工况、富余的CaO将NOx排放升高等。

对循环硫化床而言，较为经济的Ca/S摩尔比一般在1.5～2.5之间。

2.2 床温对脱硫率的影响床温的影响主要在于改变了脱硫剂的反应速度、固体产物分布及孔隙堵塞特性，从而影响脱硫效率和脱硫剂的利用率.从燃烧率、CO和氮氧化物的排放上考虑，循环流化锅炉的最佳运行温度在900℃左右达到最高的脱硫效率。

2.3 粒度对脱硫率的影响一般来说，脱硫剂的粒径越小，其比表面积就越大，钙利用率就越高。

脱硫粒度越小，对氮氧化物的刺激作用也越小，而且对于小的脱硫粒度，脱硫温度也可以较高。

循环流化床锅炉的分离和返料系统保证了细颗粒的循环，故一般采用0～2mm，平均100～500μm的石灰石粒度。

粒度太小或者太易磨损的石灰石会增大飞灰的逃逸量，增加静电除尘负担，并使脱硫效率下降。

太大的给煤粒度不利于燃烧，也不利于脱硫；给煤粒度过小，或煤中细料份额太大也都会使脱硫效率下降。

2.4 氧浓度对脱硫率的影响床内氧浓度水平主要与过量空气系数a是否实施分段燃烧、给料方式、炉膛压力及给料点分布有关。

过量空气系数单独对SO2并无多大影响，试验表明：当O2的分压力小于10Pa 时，CaSO4是不稳定的，将发生还原反应。

周期出现氧化和还原性气氛一般对脱硫效率不构成很大影响。

2.5 床内风速的影响对循环流化床锅炉，增加风速往往意味着循环量的增加和脱硫剂停留时间的延长，增加悬浮空间脱硫剂浓度，一般对脱硫效率有益。

2.6 循环倍率脱硫率的影响随循环倍率的升高，脱硫效率达到90﹪时所需的石灰石投料量也下降，也就是说，循环倍率越大，脱硫效率越高，因为飞灰的再循环延长了石灰石在床内的停留时间，提高了脱硫剂的利用率，尤其是对那些细小的颗粒。

由于硫酸盐化反应速度较慢，当反应30min后，如果不考虑磨损，石灰石的利用率仅为0.2～0.4，故延长石灰的停留时间（最好≥1h）可以提高其利用率，同时可以减少对氮氧化物的刺激增长作用。

提高循环倍率同时提高了悬浮空间的颗粒浓度，使脱硫效率升高，但悬浮空间颗粒浓度大于30㎏/m3后进一步增加时，脱硫效率增加缓慢，因为此时细颗粒逃逸的可能性增加，密相区的颗粒度也稍有减少。

2.7 SO2在炉膛停留时间的影响在循环流化床锅炉中，悬浮段的利用增加了SO2的反应时间。

延长脱硫时间对脱硫效率的增益与SO2停留时间呈指数衰减趋势。

从设计角度，循环床炉膛高度应保证SO2停留时间不少于3～4S。

2.8 给料方式对脱硫率的影响给料包括给煤和给石灰石两方面，床面给料对燃烧和脱硫都是不利的。

运行经验表明：给煤以前后墙1：1分配最佳，前墙和返料器处2：1次之；只用返料器处给煤时SO2排放较高，前后墙平衡给煤时，脱硫剂的利用率最高，而且氮氧化物的排放量适中，仅次于有返料器处参与的给料方式，平衡给煤时CO排放却更高。

2.9 负荷变化对脱硫率的影响循环流化床锅炉的负荷在相当大的范围内变化时，脱硫效率基本是恒定的或略有升降。

不过，在较为极端的情况下，如负荷率处于锅炉降负荷能力的极限时，由于床温、气速、流体动力因素及密相区烟气中SO2析出浓度变化较大，会造成脱硫效率的明显下降。

2.10 煤种对脱硫率的影响煤种的影响基本上体现在两个方面：硫的含量和组成、Ca和Mg等金属含量，而煤中灰分对脱硫没有影响。

后来，又发现褐煤、泥煤、锅炉底渣都有脱硫能力。

对煤料而言，煤的脱硫发生在两个阶段，即焦炭燃烧阶段和焦炭基本燃尽阶段，其中第一阶段的脱硫份额占30﹪-70﹪，对1～5mm的焦炭颗粒，最佳的自脱硫温度为900～950℃，而且大粒径时，最佳温度也较高。

2.11 脱硫剂品种对脱硫率的影响由于脱硫剂（石灰石）煅烧后形成多孔结构有利于贮集反应产物，使反应气体穿透至颗粒内部进行反应和在硫酸盐化过程中易造成孔隙堵塞，不同品质的石灰石反应活性不同。

应选用反应活性最高、脱硫性能好的脱硫剂品种。

循环流化床常用的脱硫剂是天然钙基脱硫剂。

床内脱硫的反应工况由温度、吸收剂孔隙结构和孔隙扩散特性、流体动力及气膜传质因素共同确定。

2.12 添加剂对脱硫率的影响实用添加剂的目的是为了克服钙剂脱硫剂的局限性，主要解决脱硫剂低温反应性和高温分解这两个问题。

比如，铁、镁、锰、锌等金属氧化物能提高钙基脱硫剂的低温反应活性，铬、锶、钡等氧化物能提高高温段的燃烧脱硫率。

3 结束语循环流化床锅炉石灰石脱硫即将是供热行业生产技术工作者的一项新的重要任务。

如果想把脱硫工作做的高效经济，首先从石灰石原材料的技术要求把关，并在生产技术中不断地探索，结合到实践工作中认真地摸索上述多种脱硫工艺的影响因素。

逐步把这些因素调整到最佳状态，才能节约原材料，提高脱硫效率。

我相信节能减排得大潮流中，供热行业的各级领导及生产技术人员共同努力拼搏，一定能将循环流化床石灰石脱硫技术熟练的应用到生产中。

达到高效、经济脱硫，达标排放，做好节能减排工作。

参考文献[1]岑可法等.循环流化床锅炉理论设计与运行.中国电力出版社，1998.[2]毛健雄等.煤的清洁燃烧.科学出版社，1998.[3]刘焕彩.流化床锅炉原理与设计.华中理工大学出版社，1988.[4]曾汉才.燃烧与污染.华中理工大学出版社，1992.[5]周立新.工业脱硫脱硝.2006.收稿日期：2012-10-17作者简介：赛汉胡尔（1971-），女，工程师，毕业于齐齐哈尔轻工学院化学工程系工业分析专业，现在呼和浩特市城发热力公司水处理车间工作.。