影响循环流化床锅炉炉内脱硫效率的因素及控制

影响循环流化床锅炉炉内脱硫效率的因素及控制
摘要：循环流化床锅炉因其具有高效、低污染和清洁燃烧等特点，在国内外得到迅速推广。

文章简述了循环流化床锅炉的脱硫原理；结合在我公司蒸汽锅炉运行实践，从Ca/S摩尔比、床温、脱硫剂粒度、循环倍率等方面分析了影响该循环流化床炉脱硫效率的主要因素及其控制方法。

关键词：循环流化床锅炉；脱硫；效率
前言
循环流化床锅炉由于其具有燃料适应性广、燃烧效率高、污染物排放低、炉膛单位截面积热负荷高、负荷调节范围大、调节速度快等特点，目前已在全世界范围内被广泛的应用，且具有炉内脱硫脱硝功能，以低成本实现低污染排放。

循环流化床锅炉燃烧温度是适合以石灰石作为脱硫剂的脱硫反应的最佳温度区段。

在燃烧时向炉内加入适量的石灰石。

能得到90%-97%以上的脱硫率；同时，较低的燃烧温度以及燃烧空气分级送人炉膛，能有效地控制NOX排放。

本文根据山西潞安煤基合成油有限公司CIRCOFLUID型150t/h循环流化床锅炉炉内脱硫运行实际情况，对影响循环流化床锅炉炉内脱硫效率的因素进行了分析。

1循环流化床锅炉燃烧机理
循环流化床锅炉炉内流化风速较高（一般为4～8m/s），在炉膛出口加装了气固物料分离器。

循环流化床锅炉燃烧所需的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入，燃料的燃烧主要在炉膛中完成，炉膛四周布置有水冷壁用于吸收燃烧所产生的部分热量。

由气流带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛。

床上大的颗粒被一次风吹起来，处在悬浮状态，这部分具有流体的性质，小的颗粒被吹走，气流
带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛，
这部分成了循环燃烧。

2循环流化床锅炉的脱硫机理
循环流化床锅炉的脱硫采用炉内燃烧室添加石灰的方式实现，其机理
和操作过程都相对简单，适用于低硫煤燃烧过程中的脱硫。

循环流化床锅
炉炉内脱硫最常使用的脱硫剂是石灰石粉，循环流化床锅炉工作温度为
830-900℃，在此温度下石灰石颗粒受热发生化学变化分解为氧化钙，氧
化钙与炉膛内煤中馏分燃烧产生的二氧化硫进行盐化反应生成硫酸钙，最
终硫酸钙以固体形式与炉渣一起排出实现锅炉烟气脱硫的目的。

脱硫反应过程：
CaCO3→CaO+CO2
S+O2→SO2
Ca O+SO2+1/2O2→CaSO4
3影响循环流化床锅炉炉内脱硫效率的主要因素
影响循环流化床锅炉炉内脱硫效率的因素比较多，主要由脱硫剂特性
及粒度、床层温度和钙硫比，此外还有物料流化速度、循环倍率以及煤种、石灰石输送系统等因素决定。

控制好这些因素就可以大大提高循环流化床
锅炉炉内脱硫效率。

3.1脱硫剂的特性
作为脱硫剂，石灰石主要有以下几个特性：反应活性、化学组成、煅
烧产物CaO的比表面积、孔隙率、孔径分布和孔隙结构等。

而对脱硫影响
较大的是石灰石反应活性。

反应活性高，则在表面吸收二氧化硫的反应较
为容易。

石灰石反应活性受石灰石的成分和内部微观结构等影响。

因此要
提高脱硫剂的活性就应对其化学反应性能进行分析，尽可能选取高反应活
性的石灰石。

3.2石灰石粒度
石灰石的粒径分布对炉内脱硫效率有着重要影响。

粒径分布律偏小，
加入的脱硫剂石灰粉不能被分离器捕集、直接被烟气飞灰带走的石灰粉增多，被带走的这部分细石灰石粉由于没有循环与烟气接触的时间过短，吸
收反应不充分；加入石灰粒径律偏大，由于重力作用这部分石灰直接进入
炉渣，也不能循环反应，使石灰石的利用率降低。

通常要求石灰石的最佳
粒度为80%石灰石颗粒能够参与炉内循环，并经多次循环利用后随烟气或
底渣排出炉膛。

根据实际经验循环流化床锅炉脱硫剂石灰石粒径最佳粒径
为0.15～0.5mm。

3.3床温
脱硫的最佳温度并不是一个常数，它与脱硫剂的品种、粒径、煅烧条
件等有关，一般控制在800℃～900℃之间，低于750℃时由于石灰石反应
的条件限制，几乎不发生脱硫反应。

温度太低时，脱硫反应变慢，脱硫效
率下降；温度太高时，CaSO4将会分解为SO2，也会降低脱硫效率。

此外，也可能从燃烧效率、CO排放上考虑，而选择高于850℃的床温。

据报道，
德国四家循环流化床电站锅炉的满负荷额定运行床温都在850-890℃范围内。

3.4Ga/S摩尔比
Ca/S摩尔比被认为是影响脱硫效率和SO2排放的首要因素。

在燃烧中，不加石灰石时，SO2排放与煤的含量成正比。

燃烧时，燃料硫约有
28.5%的硫分残留在灰渣中，71.5%则以气体形式排放出来。

来自工业循环流化床锅炉的运行数据表明，随着Ca/S摩尔比的增加，脱硫效率在Ca/S 摩尔比低于2.5时增加很快，而继续增大Ca/S摩尔比或脱硫剂量时，脱硫效率提高的很慢。

投入过多的脱硫剂时，脱硫效率增加很少，不仅浪费了脱硫剂，而且多余的CaO又可催化生成NOX，使NOX排放量增加，另外也增加了灰渣的物理热损失。

通过实际经验最佳Ca/S摩尔比为2.5。

3.5石灰石输送系统的影响
循环流化床锅炉脱硫的基本条件是必须将足量的石灰石粉剂通过石灰石输送系统送入炉膛，如果石灰石输送系统有缺陷，无法将石灰石送入炉膛或送入的量不足，将严重影响脱硫效率。

石灰石输送系统发生故障的原因有多种，大部分与石灰石品质有关。

我们知道，石灰石粉极易吸潮，用风输送时很容易堵塞输送管道，造成下粉不畅；石灰石硬度较高，长期运行对输送管道磨损严重，容易造成输送管道漏粉。

这些因素均会造成脱硫效率大幅度降低，是循环流化床锅炉脱硫运行维护的难题。

因此，解决好石灰石输送系统的缺陷，是保证二氧化硫稳定达标排放的前提。

3.6其他影响
其他如氧浓度、分段燃烧、床内风速、SO2在炉膛内停留时间长短、负荷变化、炉膛压力等对脱硫效率均有影响。

通常，过量空气系数1.1-1.25、SO2在炉膛内停留时问不少于3～14S但不能过长。

另外.还有如循环倍率的影响，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。

4结束语
通过实验及运行说明，循环流化床锅炉在运行时，石灰石与煤同点给入，石灰石粒径严格控制在0.15～0.5mm的范围内、CaS比控制在1.5～2.5的范围内、床温控制在850℃～900℃左右、提高物料的循环倍率。

脱硫效率可以达到90%以上，完全可以达到国家排放标准。

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