煤粉工业锅炉添加生石灰燃烧的脱硫效率实验研究_范玮

高效煤粉工业锅炉系统具有高效节能、环保排 放、启停快速、操作简单、密闭清洁等特点，其不 仅为传统高污染、高能耗燃煤工业锅炉的升级换代 产品，也是中小型燃油、燃气锅炉的理想替代品。 高效煤粉锅炉作为热能领域新兴的高新技术产品， 其独特的设计、极高的节能减排效益使其必将有广 阔的市场前景。但在国家对环境保护的日益重视及 地方政府对 ＳＯ２ 的排 放 标 准 越 来 越 严 格 的 局 势 下， 煤粉锅炉要想占据更大的市场份额，脱硫技术的实 施势在必行 。 ［１］
３ 结 果 与 讨 论
（１） 钙 硫 比 对 脱 硫 效 果 的 影 响。 取 得 实 验 数 据，通过适当的计算分析得出实验结果如图 １所 示。从图１可知，钙硫比提高到一定程度之后，脱 硫效率不再增加。通过多次实验得出，钙硫比超过 ３以后，煤粉锅炉炉内脱硫效率不再有明显变化。 因为煤粉通过风机达到一定的速度，在炉膛内停留 时间有限， 钙 硫 比 继 续 增 加 对 反 应 的 影 响 是 有 限 的。控制炉膛温度 稳 定 在 １ １００℃ 左 右， 分 别 取 用 Ｃａ／Ｓ比 为 １．１，１．５，２．０，２．５，３．０ 的 煤 粉 进 行 燃烧实验，通过对烟气含量的测算，其脱硫效率分 别 为 ４４．５％ ，４８％ ，５１．２％ ，５５．３％ ，５８．９％ 。
基金项目：国际科技合作项目 （２０１１ＤＦＡ６０３９０）
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布袋除尘器；除尘器排出的洁净烟气经引风机排入 大气，除尘器收集的粉煤灰经密闭系统排出，集中 处理和利用；锅炉系统的运行由点火程序控制器和 上位计算机监控系统共同完成。
煤粉锅炉系统采用煤粉室燃方式悬浮燃烧，煤 粉 研 磨 至 ７４μｍ 细 度。 燃 煤 的 粒 度 细， 易 点 燃； 挥发分值高，可提高燃尽率；燃煤的灰分低，可降 低除尘负荷，能有效提高燃煤锅炉燃烧效率及节省 燃料，同时还可以减少有害气体和粉尘的排放，达 到国家节能减排标准要求。 １．２ 煤 粉 工 业 锅 炉 脱 硫 技 术
文章编号：１００７－７６７７ （２０１３）０４－００５２－０３
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｔｅｓｔ ｂｙ ａｄｄｉｎｇ ｑｕｉｃｋｌｉｍｅ ｉｎ
ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｂｏｉｌｅｒ
ＦＡＮＧ Ｗｅｉ，ＭＩＡＯ Ｐｅｎｇ，ＹＡＮ Ｌｉ－ｌｉ
表 １ 煤 粉 的 主 要 指 标
Ｑｎｅｔ，ａｒ／ ＭＪ·ｋｇ－１
Ｖｄａｆ／ ％
Ｍａｒ／ ％
Ａａｒ／ ％
Ｓｔ，ａｒ／ ％
细度 （过筛率 ＞９０％）／μｍ
２５．０９ ３４ ３．８ ５．５ ０．４８
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实验分２个部分进行，分别研究钙硫比和温度 对煤粉炉炉内喷钙脱硫效率的影响。首先控制炉温 稳 定 在 １ １００℃ 左 右 ， 选 用 钙 硫 从 ０，０．５ 逐 步 增 加 到 ３．５ 的 不 同 煤 粉 喷 入 炉 内 进 行 燃 烧 ， 通 过 便 携 式 烟 气 分 析 仪 测 定 烟 气 中 ＳＯ２ 的 含 量。 然 后 选 用 钙 硫比为２．５，通过调解风量和供 粉 量 使 炉 膛 温 度 从 ９００℃ 到１ ２００℃ 逐 步 变 化 ， 在 稳 定 燃 烧 一 段 时 间 后 再测定烟气中 ＳＯ２ 含量。
锅炉脱硫按照脱硫工艺所处部位的不同可分为 燃烧前脱硫，燃烧中脱硫和燃烧后脱硫。按吸收剂 及脱硫产物在脱硫过程中的干湿状态又可将脱硫技 术分为湿法、干法和半干 （半湿） 法 。 ［２］
湿法 ＦＧＤ 技术 是 用 含 有 吸 收 剂 的 溶 液 或 浆 液 在湿状态下脱硫和处理脱硫产物，该法具有脱硫反 应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点，但普遍 存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染 等 问 题［３，４］。
半干法 ＦＧＤ 技 术 是 指 脱 硫 剂 在 干 燥 状 态 下 脱 硫、在湿状态 下 再 生 （如 水 洗 活 性 炭 再 生 流 程 ）， 或者在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物 （如 喷雾干燥法） 的烟气脱硫技术 。 ［５］ 特别是在湿 状 态 下脱硫、在干状态下处理脱硫产物的半干法，以其 既有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点，又 有干法无污水废酸排出、脱硫后产物易于处理的优 势而受到人们广泛的关注。
图 ２ 炉 膛 温 度 对 脱 硫 效 率 的 影 响
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第４期
煤质技术
２０１３ 年 ７ 月
（３） 煤粉工业锅炉加石灰石炉内脱硫时，炉内 温度不应过高，Ｃａ／Ｓ 比 也 不 能 过 低， 应 该 选 择 合 适的炉 内 温 度 和 Ｃａ／Ｓ 比。 在 炉 内 温 度 １ ０００℃ ～ １ ２００℃左 右，Ｃａ／Ｓ 在 １．８～２．５ 的 范 围 内 时， 工 业试验表明， 其 脱 硫 效 率 一 般 可 达 ５０％ ～５５％ 甚 至更高。
（４） 加入生石灰脱硫对锅炉运行的影响。加入 石灰石后将使得炉内颗粒流率增加，即增加了炉内 灰浓度。Ｃａ／Ｓ 比 越 大， 颗 粒 流 率 越 高。 加 入 石 灰 石后，炉膛 温 度 会 降 低，Ｃａ／Ｓ 比 越 高， 炉 膛 温 度 越低。主要由于加入石灰石颗粒后，增加了炉内灰 浓度增强了炉膛传热能力从而会降低锅炉炉膛的运 行温度。另外，原料煤粉中混入过多的生石灰对于 锅炉点火也有一定的不良影响，总之选择合适的钙 硫比非常重要。
合适的炉膛温度以及钙硫比，可 使 炉 内 喷 钙 的 脱 硫 效 率 达 到 ５８．９％ 左 右； 对 某 煤 粉 工 业 锅 炉 正 常
运行的蒸汽厂进行物料衡算，验证了炉内添加一定比例生石灰可脱硫的实验结论。
关键词：煤粉工业锅炉；脱硫效率；生石灰；钙硫比；物料衡算
中 图 分 类 号 ：ＴＱ５３４ 文 献 标 识 码 ：Ｂ
干法 ＦＧＤ 技术 的 脱 硫 吸 收 和 产 物 处 理 均 在 干 态下进行，该法具有无污水废酸排出、设备腐蚀程
第４期
煤质技术
２０１３ 年 ７ 月
度较轻， 烟 气 在 净 化 过 程 中 无 明 显 降 温、 净 化 后 烟温高、利于烟囱排气扩散、二次污染少等优点， 但存在 脱 硫 效 率 低， 反 应 速 度 较 慢、 设 备 庞 大 等 问 题［４］。
第４期
煤质技术
２０１３ 年 ７ 月
煤粉工业锅炉添加生石灰燃烧的脱硫效率实验研究
范 玮，苗 鹏，闫黎黎
（煤炭科学研究总院 节能工程技术研究分院，北京 １０００１３）
摘 要：针对煤粉工业锅炉炉内喷生石灰的脱硫技术进行研究，并对不同钙硫比、不同炉膛温度的 脱硫效率进行比较。结果表明：炉膛温度和钙硫比是影响炉内脱硫效率的２个主要因素；通过控制
１ 煤 粉 工 业 锅 炉 燃 烧 及 脱 硫 技 术
１．１ 煤 粉 工 业 锅 炉 煤粉燃烧技术是先进的燃烧方式之一，在发达
国家尤其是德国普遍应用于工业锅炉。文中所采用 的新型高效煤粉锅炉系统，其具体流程如下：来自 煤粉加工厂的密闭罐车将符合质量标准的煤粉注入 煤粉塔，塔内的煤粉按需进入中间计量仓后由供料 器及风粉混合管道送入煤粉燃烧器；煤粉在锅炉炉 膛燃烧产生的高温烟气完成辐射和对流换热后进入
上述燃烧后脱硫技术都存在占地面积过大及运 行不够经济等问题，与高效节能的煤粉锅炉系统匹 配性不高。因此，以下对煤粉工业锅炉炉内添加生 石灰燃烧脱硫技术进行研究。
２ 实 验 部 分
（１） 实验装备：０．５ ＭＷ 煤 粉 锅 炉 实 验 台 架， 该实验台架为自行搭建的小型煤粉锅炉系统。
（２） 烟气分析仪：ｔｅｓｔｏ３５０便携式烟气分析仪。 （３） 实验方法：生石灰按照不同钙硫比 （物质 的量比 ） 添 加 混 合 在 ０．０７４ ｍｍ 细 度、 含 硫 量 为 ０．４８％的原料煤粉中 ， ［６］ 混合了生石灰的煤粉 通 过 供料器稳定地输送到锅炉内进行燃烧，燃烧产生的 烟气经过布袋除尘器之后由实验室二层排出。测点 选在除尘器后面的烟道部分。 （４） 测 试 标 准：ＧＢ／Ｔ ２１５０８—２００８ 《燃 煤 烟 气 脱 硫 设 备 性 能 测 试 方 法 》。
ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｈｅ ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃａｌｃｉｕｍ－ｔｏ－ｓｕｌｆｕｒ ｒａｔｉｏｓ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ：ｔｈｅ ｆｕｒｎａｃｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｌｃｉｕｍ－ｔｏ－ｓｕｌｆｕｒ ｒａｔｉｏ ｗｅｒｅ ｔｗｏ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｈｉｃｈ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｔｈｅ ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｒｎａｃｅ；ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｈｅ ｆｕｒｎａｃｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｌｃｉｕｍ－ｔｏ－ｓｕｌｆｕｒ ｒａｔｉｏ，ｔｈｅ ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｎｓｉｄｅ ｆｕｒｎａｃｅ ｃｏｕｌｄ ｒｅａｃｈ ａｒｏｕｎｄ ５８．９％ ；ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｂａｌａｎｃｅ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｎｅ ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｂｏｉｌｅｒ ｉｎ ａ ｓｔｅａｍ ｐｌａｎｔ，ｉｔ ｗａｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ａｄｄｉｎｇ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｑｕｉｃｋｌｉｍｅ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｈｅｌｐｆｕｌ ｔｏ ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｂｏｉｌｅｒ；ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ｑｕｉｃｋｌｉｍｅ；ｃａｌｃｉｕｍ－ｔｏ－ｓｕｌｆｕｒ ｒａｔｉｏ；ｍａｔｅｒｉａｌ ｂａｌａｎｃｅ
４ 实 例 工 程 的 运 行 及 相 对 应 脱 硫 效 果 分 析
在应用 ２ 台 ２０ｔ／ｈ 煤 粉 工 业 锅 炉 的 某 蒸 汽 厂 进行运行脱硫状况测算。 其 中 煤 粉 的 含 硫 量 ０．５％ 左右，２台锅炉总耗煤量约 ２０ ０００ｔ／ａ， 选 用 Ｃａ／Ｓ 为２．５ （物质的量比），总消耗生石灰量为８８１ｔ／ａ， 生石灰中 ＣａＯ 含 量 为 ５１．１％。 未 加 石 灰 前 ＳＯ２ 浓 度７９６ｍｇ／ｍ３，加石 灰 后 ＳＯ２ 浓 度 为 ２６０ ｍｇ／ｍ３， 加 石 灰 石 脱 硫 效 率 ５５％ 。
图 １ 不 同 钙 硫 比 对 脱 硫 效 率 的 影 响
（２） 炉膛温度对脱硫效果的影响。炉膛温度对 脱硫效率的影响 如 图 ２ 所 示， 脱 硫 效 率 受 Ｃａ／Ｓ 比 和炉内温度的影响很大，在试验温度范围内，炉内 温度越 高，Ｃａ／Ｓ 越 低， 脱 硫 效 率 也 就 越 低。 煤 粉 锅炉炉膛温度在 １ ０００℃ 以 上， 通 过 调 节 供 料 配 风 等方式，可将炉膛温度升高。实验表明，在炉膛温 度超过１ ２００℃以 后， 钙 硫 比 不 变 的 情 况 下， 脱 硫 效率有明显下降。因此，添加生石灰脱硫时，应控 制炉温不宜过高。
（５） 计 算 公 式［７］：η ＝ ＣｒａｗｇＣａｓ－ｒａｗＣｇａｓｃｌｅａｎｇａｓ×１００％ 其中，η 为 脱 硫 效 率，％；Ｃｒａｗｇａｓ为 原 烟 气 在 标 准状 态 干 烟 气 和 过 剩 系 数 １．４ 时 的 ＳＯ２ 浓 度， Ｃ 为 ｃｌｅａｎｇａｓ 净烟气 在 标 准 状 态 干 烟 气 和 过 剩 系 数 １．４ 时的 ＳＯ２ 浓度。 （６） 实验实况。每次钙硫比的改变都需更换原 料煤粉，故实验为间歇进行。每次实验状况改变均 需重新稳定燃烧再采取数据。判断稳定燃烧的依据 为炉膛达到预先设定的温度。选用煤粉指标见表１。
（Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓａｖｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｅ ｄｅｓｕｌｐｈｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｓｐｒａｙｉｎｇ ｑｕｉｃｋｌｉｍｅ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｂｏｉｌｅｒ ａｎｄ