循环流化床锅炉炉内脱硫效率分析

循环流化床锅炉炉内脱硫效率分析

发表时间：2018-01-07T21:07:50.050Z 来源：《基层建设》2017年第30期作者：孙明亮

[导读] 摘要：分析总结了循环流化床（CFB）锅炉的脱硫机理以及影响其脱硫效率的各种因素，对某燃煤热电厂和某生物质环保热电厂的循环流化床锅炉脱硫效果（加石灰石前后二氧化硫的排放情况）进行了实测，结果表明：采用循环流化床添加石灰石炉内脱硫后的烟气排放完全满足中国相关排放标准的要求。

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摘要：分析总结了循环流化床（CFB）锅炉的脱硫机理以及影响其脱硫效率的各种因素，对某燃煤热电厂和某生物质环保热电厂的循环流化床锅炉脱硫效果（加石灰石前后二氧化硫的排放情况）进行了实测，结果表明：采用循环流化床添加石灰石炉内脱硫后的烟气排放完全满足中国相关排放标准的要求。通过加强对循环流化床锅炉运行的管理，可具有广阔的应用前景。

关键词：循环流化床；锅炉；炉内脱硫；效率

引言

循环流化床锅炉（CFBB）技术是近年来在国际上发展起来的新一代高效、低污染清洁燃烧技术，脱硫效率和燃烧效率高、燃料适应广、负倚调节性能好、狄淹易于综合利用等优点，已成为首选的高效低污染燃烧设备。但由于循环流化床锅炉脱硫技术在我国应用尚不普及，缺少可供参考的技术经验和数据，致使很多循环流化床锅炉脱硫工艺参数设计和脱硫的性能不合理、脱硫效率低，不能允分发挥循环流化床锅炉脱硫效率高的优势和特点。冈此对于CFBB炉内脱硫技术的探讨和脱硫排放特性的研究具有现实意义。

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⋯。在锅炉燃烧过程中加入一定比例的石灰石（CaCO3），该物质在锅炉内煅烧分解，发生如下反应：

CaCO3→CaO+C02-183kJ／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CaCO3固体：

CaO+SO2→CaCO3；

CaCO3+1/2O2→CaS04；

S02+1/2O2→S03；

CaO+S03→CaS04。

CaS04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，CaS04进入锅炉燃烧后的灰渣中。

2高脱硫效率的几个重要因素

2.1石灰石反应活性

石灰石反应活性越大，其脱硫反应最终可达程度越高。石灰石反应活性的差别在于其微孔结构不同，非晶体型石灰石是由小块碳酸钙晶体黏结在一起形成的非晶体结构，煅烧后形成的微孔多，比表面积大，反应活性好。晶体型石灰石是由大块碳酸钙晶体组成，结构致密，煅烧后形成的微孔少，反应面积小，反应活性差。因此，应优先选用反应活性高的石灰石作为脱硫剂。

2.2 Ca／S摩尔比

随着Ca／S摩尔比的增大，脱硫效率相应提高，尤其是对于反应活性低的石灰石，应提高Ca／S摩尔比。但研究表明，当Ca／S摩尔比高于2．5后，继续增大Ca／S摩尔比或脱硫剂量时，脱硫效率提高得很少，且会带来增加灰渣物理热损失、影响燃烧工况、NOx排放提高等副作用。因此，循环流化床运行的最佳Ca／S摩尔比一般在1．5—2．5之间。

2.3床温

床温直接影响脱硫剂的反应速度、固体产物的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。床温低于800。C时，脱硫剂的孔隙减小，反应速度低，脱硫效果差，但当床温高过900。C时，则会使已生成的CaSO。重新分解释放SO，，且会增加NOx排放，因此，床温应控制在800℃～900℃。

2.4石灰石粒度

相对来说，采用较小的石灰石（脱硫剂）粒度，CFB锅炉的分离和返料系统保证了细颗粒的循环，脱硫效果较好。但过细会使其在主回路中停留的时间达不到要求，很难为旋风分离器捕捉，使飞灰输送装置超负荷，容易堵灰。一般情况下，当CFB锅炉的炉膛高度及分离器尺寸确定后，对应存在一个最佳石灰石粒径分布，以使其获得高的利用率，典型的CFB锅炉石灰石粒径分布为30tun～500ton。

2.5循环倍率

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。但当悬浮空间颗粒浓度>30kg／m3后，脱硫效率增加缓慢，因此循环流化床锅炉存在一个最佳的循环倍率。

2.6给料方式

运行经验表明，床面给料对燃烧和脱硫都是不利的。当石灰石与煤同点给入或石灰石多点均匀送人密相区时，才能达到令人满意的脱硫效果。。（7）运行负荷：CFB锅炉的负荷在相当大的范围内变化时，脱硫效率基本不变或变化不大。只有在极端情况下，如工况变动较快、处于极端负荷时，由于床温、气速、流体动力及密相区烟气中SO：析出质量浓度变化较大，对脱硫效率有较大影响。

3脱硫效率监测实例

3.1某燃煤热电厂监测实例

2006年11月，徐州某燃煤热电厂新建了2台无锡华光锅炉股份有限公司生产的UG一75／5．3一M24型循环流化床锅炉各配1套电袋除尘器，设计采用掺烧石灰石进行炉内脱硫，Ca／S摩尔比为2.5，脱硫效率为85％。2007年9月对2台锅炉的烟气排放情况进行了监测，参照未掺烧石灰石的S0：实测排放浓度对CFB锅炉脱硫效率进行计算。监测期间，2台锅炉的运行负荷稳定在81．3％一86．7％之间，人炉煤含硫量基本稳定在0．8％以下，各运行参数按照设计的最佳参数进行控制。监测结果表明：2台锅炉炉内脱硫效率为92％一93％，均达到设计指标要求（85％）；排放烟气中二氧化硫最大排放浓度为306mg／Ill3，烟尘最大排放浓度为14．4mg／m3，氮氧化物最大排放浓

度为359ms／m3，均符合《火电厂大气污染物排放标准》（GBl3223—2003）第3时段标准限值要求。

3.2某生物质热电厂监测实例

2007年8月，宝应某生物质热电厂将原有的2台75t／h次高温次高压循环流化床燃煤锅炉改造为掺烧80％秸秆的混燃炉（1用1备）并新建l台固定水冷振动炉排秸秆直燃锅炉。由于混燃炉掺烧生物质比例较高，燃料中SO：初始浓度较低（．约550mg／1'113），故设计炉内加石灰石的脱硫效率为55％。2008年4月对其中1台混燃炉的烟气排放情况进行了监测，参照未掺烧石灰石的sO：实测排放浓度对锅炉脱硫效率进行计算。监测期间，锅炉的运行负荷稳定在86．7％左右，各运行参数按照设计的最佳参数进行控制。由监测结果可知，混燃炉平均脱硫效率为72．5％，高于设计指标；排放烟气中二氧化硫最大排放浓度为213mr，／m3，烟尘最大排放浓度为40．9mg／m3，氮氧化物最大排放浓度为198mg／m3，均符合《火电厂大气污染物排放标准》（GBl3223—2003）第3时段标准限值要求。

结束语

综上所述，影响炉内脱硫效率的因素众多，通过多年的实践摸索，建议：①对采购石灰石品质严格把关，选择反应活性高、脱硫性能好的石灰石；②石灰石破碎的粒径分布的要求符合“两头小，中间大”，平均粒径控制在126mm的范围内，石灰石与煤同点给入；③优化控制锅炉运行技术参数，特别是床温的最佳温度应控制在840~900℃之间；④在原料煤中掺烧低硫的无烟煤。通过以上措施的落实就可以发挥循环流化床锅炉的优势，实现循环流化床锅炉低成本脱硫和SO2的达标排放。

参考文献

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[3]周一工．循环流化床锅炉石灰石脱硫系统的设计初探田[J]．黑龙江电力．2000，20（4）：50—53．