循环流化床锅炉脱硫效率分析

项目
1 号炉 2 号炉
6月 1 2
月 损 坏 率 /% 7月 2 1
内蒙古乌兰水泥有限责任公司热电 2×150 MW 机组配套 2×480 t/h CFB， 于 2007-02 投产运行，中 国环境监测总站于 2008-06—09 对该工程进行了验 收监测。
该工程设计煤种为准格尔地区烟煤和乌兰察布 市马连滩煤矿的褐煤， 在实际运行监测期间燃烧煤 种为地方烟煤。 SO2 排放总量与实际监测运行期间 SO2 排放总量情况见表 1。
黑 龙 江 电 力 ，2000，20（4）：50-53. [4] 史学锋，冯波.流化床煤燃烧中 的 脱 硫 研 究 综 述[J].电 站 系
统 工 程 ，1998（6）：18-22. 编辑：张俊英
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（上接第 46 页）
表 3 2009-06—08 脉冲吹灰阀隔膜垫月损坏率统计
分级燃烧方式可减少 NOx 的排放。 在 CFB 中，
一次风与总风量的比率及二次风送入位置对脱硫效 率有重要影响。 低的一次风比率及高二次风喷入点 可有效减少 NOx 排放， 但使脱效硫效率大大降低。 在 CFB 中， 一次风量和一次风喷入点均可改变，因 此，CFB 对分级燃烧的应用更灵活。 2.7 燃料煤含硫量
2 影响 CFB 脱硫效率的主要因素[2-4]
CFB 的运行控制系统主要包括床温控制、 给煤 量控制、床高控制、补充床料量控制、脱硫剂控制等。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
[收稿日期] 2009-09-03；[修改日期] 2009-11-30 [作者简介] 殷文香（1971—），女，内蒙古人，高级工程师，从事电力环境保护设计、环境影响评价工作。
煤粒送入 CFB 内迅速被高温物料及烟气加热。 给煤粒径大不仅不利于燃烧，也不利于脱硫。粒径过 小或过大均会使脱硫效率下降。 2.4 石灰石性能
石灰石中 CaCO3 和 MgCO3 的含量越高，脱硫能 力越强；CaCO3 燃烧生成的 CaO 颗粒表面显微孔特 性越好，其反应性能越好；无定形石灰石的性能优于 晶状石灰石；石灰石的含水量以不大于 3%为宜。 2.5 石灰石粒径
1 CFB 锅炉构成及脱硫原理
典型的 CFB 锅炉由燃烧室、 循环灰分离器、飞 灰回送装置、 尾部受热面和辅助设备等组成， 有些 CFB 锅炉还有外置流化床换热器。 燃料颗粒在离开
燃烧室出口后， 经适当的气固分离装置即循环灰分
离器和回送装置（立管和送灰器）不断送回床层循环
燃 烧 [1]。
在锅炉燃烧过程中加入一定比例的石灰石
硫效率随床温呈规律性变化，并在床温 869 ℃时取 得最大值；当 Ca/S 比为 2.21 时，脱硫效率为 90.9%～ 91.8%。
4 结束语
CFB 锅炉以其独特的优势在国内外得到了快速 的发展，但也因其特有的燃烧和运行方式，在运行中 仍然存在一些问题， 如燃煤制备系统、 给煤系统故 障、 炉内磨损泄露等， 均会导致锅炉的正常稳定运 行，继而影响正常的脱硫效率。 随着 CFB 燃烧技术 的快速发展和在长期生产运行中积累的经验， 锅炉 运行稳定问题大多已得到较好地解决， 在调整锅炉 运行工况及 Ca/S、床温、煤粒粒度、石灰石性能等控 制良好时，脱硫效率可达到 90%以上。
床温主要影响脱硫剂的反应速度、 固体物分布 及孔隙堵塞特性， 从而改变脱硫效率和脱硫剂的使 用量。
当床温低于 800 ℃时，石灰石煅烧生成 CaO 的 速度减慢， 减少了可供反应的表面积， 脱硫效率下 降，床温低于 750 ℃时，脱硫反应几乎不再进行；当 床温大于 870 ℃时，分布均匀的 CaO 小晶粒会逐渐 融合为大晶粒，温度越高，晶粒越大，单位质量内晶 粒数量减少，CaO 的比表面积下降， 直接影响脱硫 率。因此锅炉床温控制在 850～900 ℃，才能保证锅炉 较高的燃烧效率，有效提高锅炉的脱硫效率。 2.3 给煤粒径
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许多因素的变化不是孤立的， 它们直接或间接地改 变了锅炉的运行状况，影响脱硫效率。 2.1 Ca/S 比
Ca/S 比 是 影 响 脱 硫 效 率 和 SO2 排 放 的 首 要 因 素。 燃用低硫煤时，烟气中 SO2 的浓度低，石灰石与 SO2 反应速度慢，消耗石灰石量相对较大，要求 Ca/S 比就高。 不同产地的石灰石在反应活性上有很大差 别，因此，在选择脱硫剂时，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，降低 Ca/ S 比，以减少石灰石耗量。 Ca/S 比控制在 1.5~2.5 为 宜。 2.2 床温
表 1 SO2 排放情况
项目
数值
脱 硫 效 率 /%
85
原设计资料
排 放 浓 度 / （mg·m-3）
370.64
实 际 排 放 量 / （t·h-1）
0.411
脱 硫 效 率 /%
93.711）
91.182）
实际运行 检测情况
排 放 浓 度 / （mg·m-3） 平 均 排 放 浓 度 / （mg·m-3）
（CaCO3）， 该物质在锅炉内煅烧分解， 发生如下反 应：
CaCO3→CaO+CO2-183 kJ/mol，
细小的 CaO 颗粒与 SO2 气体发生反应，生成相
对惰性和稳定的 CaSO4 固体：
CaO+SO2→CaSO3，
CaSO3+
1 2
O2→CaSO4；
SO2+
1 2
O2→SO3，
CaO+SO3→CaSO4。 CaSO4 逐 渐 把 空 隙 堵 塞 ， 并 不 断 覆 盖 在 新 鲜 CaO 表面， 直到新鲜表面被全部覆盖， 反应停止， CaSO4 进入锅炉燃烧后的灰渣中。
CFB 锅炉燃用不同含硫量煤时， 为达到一定的 脱硫效率，需控制加入的石灰石数量。如果不能及时 调节石灰石加入量，将对脱硫效率影响较大。
3 部分电厂 CFB 脱硫效率
国内部分电厂的实际运行情况表明， 在调整运 行工况及 Ca/S 比、床温、煤粒粒度、石灰石性能等控 制 良 好 时 ，脱 硫 效 率 可 达 到 90%以 上 ，完 全 可 以 达 到 SO2 国家排放标准。 3.1 内蒙古乌兰水泥有限责任公司
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循环流化床锅炉脱硫效率分析
Analysis of Desulfuration Efficiency to Circulating Fluidized Bed Boiler
殷文香 1，董晓红 2，张晓童 1 （1.内蒙古电力勘测设计院，内蒙古 呼和浩特 010020；2.国网北京经济技术研究院，北京 100761）
石灰石的颗粒直径对床内脱硫反应工况具有决 定性的影响。粒子如果太细，从床内飞出后不能被气 固分离器捕捉送回， 不能被充分利用； 粒子太粗， CaO 与 SO2 反 应 后 在 石 灰 石 颗 粒 表 面 形 成 CaSO4， 致 密 的 CaSO4 层 阻 止 了 SO2 与 颗 粒 中 心 区 域 CaO 的进一步反应。 因此，在 CFB 脱硫过程中，石灰石粒 径应严格控制在 0～2 mm。 床内最佳粒径并不是一 个固定值，它与床内的流化速度、料层压差、循环倍 率、分离器特性等工况参数密切相关。 2.6 分级燃烧方式
我国小型 CFB 应用较多， 从 2002 年开始 CFB 锅炉市场进一步 扩 大 ，135～150 MW 超 高 压 中 间 再 热型 CFB 锅炉成为市场主流产品。 2005-12，引进法 国 ALSTOM 锅 炉 的 四 川 白 马 1×300 MW CFB 示 范 工程投运，之后国内 300 MW CFB 机组相继投入建 设，部分已投产运行。 目前，国内 CFB 正向更高 参 数、更大容量发展。CFB 锅炉的稳定脱硫效率及影响 脱硫效率的因素是当前普遍关注的问题。
大唐国际云南开远电厂于 2007-02 投入 2×300 MW CFB 机组，该厂是引进法国 ALSTOM 技术国产 首台最大的 CFB 机组，也是世界最大的 CFB 机组， 燃烧 1.6%的高硫煤，SO2 排放浓度为 330 mg/m3，脱 硫效率达 94%以上。 3.4 内江高坝电厂
1996 年 ， 华 电 高 坝 电 厂 引 进 全 国 第 1 台 100 MW CFB 锅炉，并于 1998 年投产运行。 实际监测显 示，Ca/S 比为 2.2 时，脱硫效率达到了 91.9%。 1998 年西安热工研究所对该锅炉进行了脱硫工业试验， 得出如下结果：保持颗粒度及床温稳定，随 Ca/S 比 减少脱硫效率降低； 保持颗粒度及 Ca/S 比稳定，脱
排 放 量 / （t·h-1）
270.081）
371.502）
320.79
0.101）
0.152）
排 放 量 合 计 / （t·h-1）
0.25
注：1）为 1 号炉数值；2）为 2 号炉数值。
该 工 程 实 际 运 行 监 测 脱 硫 效 率 高 于 设 计 效 率 ，1 号 炉 脱 硫 效 率 为 93.71% 、2 号 炉 脱 硫 效 率 为 91.18% ，SO2 排 放 浓 度 分 别 为 270.08 mg/m3、371.50 mg/m3，均能满足 GB 13223—2003《火电厂大气污染 物排放标准》 规定的 400 mg/m3 标准限值；1 号炉、2 号炉 SO2 排放量合计为 0.25 t/h、1 375 t/a；按照原设 计脱硫效率 85%计算，1 号、2 号炉 2 台炉 SO2 排放 量为2 260.5 t/a，实际运行中 SO2 排放量较原设计减 少 885.5 t/a。
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3.2 四川白马电厂 全国大型 CFB 示范电站四川白马电厂于 2005
年引进 1 台由法国 ALSTOM 公司设计、1 025 t/h 常 压 CFB，设计煤种灰分 35.27%，低位发热量 18 495 kJ/kg， 实际使用的煤种 2006 年全年燃煤平均灰分 44.75%,平均低位发热量 16 037.37 kJ/kg；2007 年上 半 年 燃 煤 平 均 灰 分 45.8% , 平 均 低 位 发 热 量 14 692.03 kJ/kg，2008-01—03，燃煤平均热值为 11 900 kJ/kg，灰分达 56%，但锅炉炉内脱硫状况依然较好， 气温、气压也能达到要求。 2007-04，西安热工研究 院和四川电力试验研究院对其进行机组环保性能考 核 试 验 ，结 果 表 明 ，SO2 排 放 量 仅 为 0.651 t/h，排 放 浓度 560 mg/m3，脱硫效率为 94.72%。 3.3 云南开远电厂
[摘要] 介绍了循环流化床锅炉脱硫原理，分析了 Ca/S、床温、给煤粒径、石灰石性能、石灰
石粒径、分级燃烧方式、煤含硫量等因素对循环流化床锅炉脱硫效率的影响，并结合国内已运
行机组的实际情况，认为在正常运行工况下，循环流化床锅炉脱硫效率达到 90%是可行的。
[关键词] 循环流化床锅炉；脱硫效率；SO2 排放浓度；Ca/S；床温
[中图分类号] TK229.6；X701.3
[文献标志码] B
[文章编号] 1008－6218（2009）07－0047－03
0 引言
循 环 流 化 床 （CFB） 锅 炉 燃 烧 技 术 是 一 种 煤 的 清 洁、高效燃烧技术，近年来基于这种燃烧技术的 CFB 得到迅速发展， 其主要特点在于炉内燃料与脱硫剂 经过多次循环，反复进行低温燃烧和脱硫反应，炉内 湍流运动强烈， 不但能达到较高的脱硫效率和与煤 粉炉相近的燃烧效率，而且具有燃烧适应性广、负荷 调节性能好和灰渣易于综合利用等优点。