炉内脱硫原理

炉内脱硫原理

1、.循环流化床锅炉简介

循环流化床燃烧技术作为沸腾燃烧的一种是近几年发展起来的一种新型高效清洁燃烧技术。与其他燃烧方式相比循环硫化床锅炉具有煤种适应性广、燃烧效率高、负荷调节性能好、低负荷稳燃性好、灰渣利于综合利用等特点尤其是它的炉内脱硫效果明显是国际上公认的洁净燃煤技术在国外电力行业已经有了相当的应用规模。在国内特别是经过将近30年的应用和技术发展已经证明是目前我国燃煤技术领域内最符合国情的高效低污染燃烧技术。但由于多方面的原因我国的循环流化床锅炉脱硫现状还存在很大争议。一种说法是循环流化床锅炉炉内石灰石干法脱硫效率低而且不可能高于90%,目前投运的锅炉中有许多都不能达到国家SO2排放标准要求需要进行尾部烟气的二次脱硫造成锅炉运行成本增加不同看法则认为只要掌握循环流化床锅炉的运行温度在合理的Ca/S条件下其脱硫效率完全可以达到90%,甚至更高.根据煤种选择设计的锅炉结构完全可以实现炉内脱硫没有必要再进行尾部烟气的脱硫处理。

2.我国的燃煤分类及对SO2排放标准理解

2.1燃煤分类我国是能源生产和消费大国。在所有能源的消费中煤占的比例最大根据地矿部门的勘查中国预测资源总量为40017亿吨标准煤其中煤炭资源占85以上因此我国以燃煤为主的能源格局将长期存在。我国的动力用煤按照挥发酚的高低大致分为无烟煤、烟煤、贫煤、褐煤等由于它们的成分和燃烧特性不同在燃烧后所产生的烟气特性也不同。燃烧后产生的烟气中SO2含量的高低与煤中含硫量的大小有直接关系一般来讲地域的差别影响了煤中含硫量的高低。在我国北方煤大都比南方煤含硫量要高一些以国家标准烟煤为例安徽淮南标准烟煤含硫量只有0.46%而山东良庄标准烟煤的含硫量却高达1.94%。根据煤中含硫量的高低煤又分为高硫煤、中硫煤、低硫煤三种；分类指标煤种名称等级代号分级界限鉴定方法全硫Sd.t,低硫煤:1级S1S1≦1%,煤中全硫的测定方法GB214-77;中硫煤2级S21S2≦2.8%,煤中全硫的测定方法GB214-77;高硫煤3级S3>2.8煤中全硫的测定方法GB214-77.。折算硫分St.zs低硫煤1级S1S1≦0.2%煤中全硫的测定方法GB214-77；中硫煤2级S2，0.2>S2≦0.55煤中全硫的测定方法GB214-77；高硫煤3级，S3煤中全硫的测定方法GB214-77

2.2对国家SO2排放标准的理解有关数据显示我国大气中约87%的SO2来自动力煤的燃烧。随着国民经济的不断发展我国的大气污染日益严重特别是

SO2排放已经成为造成酸雨的主要原因。2003年统计显示我国的酸雨已经覆盖国土面积1/3左右由于酸雨造成的损失总额已经超过当年国民生产总值的2%，而且部分地区的酸雨污染呈恶化趋势。为保持能源、经济和环境之间的协调发展我国政府在2006年一季度开始控制煤电发展速度后来又提出“节能减排”的重大战略决策控制SO2排放势在必行。在原有的GB13223-1996标准上重新制定了GB13223—2003标准从对电厂SO2排放标准来分析对污染物都是控制其排放浓度对锅炉的脱硫效率都没有做出相应的规定。脱硫效率不具有唯一可比性。因此评判电厂SO2排放是否达到要求应该看其排放浓度是否达到当地的标准要求。相对于欧盟、美国等发达国家GB13223-2003标准中SO2排放要求还有一定的差距但是在目前我国国情来看是能够充分满足的。

3.炉内脱硫原理及影响因素

3.1炉内脱硫原理循环流化床锅炉炉内脱硫是采用石灰石干法脱硫来实现的即将炉膛内的CaCO分解煅烧成CaO与烟气中的SO2发生反应生成CaSO4随炉渣排出从而达到脱硫目的石灰石脱硫过程主要分为以下三步：

①石灰石煅烧在常压流化床锅炉中石灰石中的CaCO3遇热煅烧分解为CaO煅烧析出CO2时会生成并扩大CaO中的孔隙增加其表面积为下步的固硫反应奠定基础。反应方程CaCO3=CaOCO2

②硫的析出与氧化煤中的硫主要以黄铁矿、有机盐、和硫酸盐三种形式存在有关试验表明煤在加热并燃烧时SO2的析出呈现明显的阶段性。黄铁矿燃烧氧化后生成SO2。有机硫在200℃分解并释放出H2S、硫醚、硫醇等这些物质氧化后都生成SO2。反应方程S+O2=SO2

③硫的固化反应CaO与析出的SO2反应生成硫酸盐。CaO+SO2+1/2O2=CaSO4

3.2影响脱硫效率的因素：

①床温对脱硫的影响有关试验表明床温对SO2的析出影响最大SO2浓度随着床温的升高而单调增大但是脱硫效率随着床温的升高会迅速下降当床温低于800℃时脱硫剂孔隙数少孔径小反应速度低而且SO2析出速度慢脱硫效果差当床温高于950℃时CaO内部的孔隙结构会发生部分烧结而减少降低CaO与SO2的反应速度导致脱硫效率降低另外床温过高时已经生成的CaSO4会重新分解而释放出SO2图、图2分别反映出SO2浓度和脱硫效率与床温的关系。

②CaS摩尔比对脱硫的影响循环流化床锅炉运行实践表明随着炉内添加石灰石量的增加脱硫效率逐渐提高在Ca/S摩尔比小于2.5范围内脱硫效率随Ca/S

摩尔比增加提高很快当继续增加Ca/S摩尔比时脱硫效率增加速度会明显减慢。而且Ca/S摩尔比过高还会带来一些副作用比如灰渣热物理损失增大、锅炉热效率下降、NOx排放浓度升高、尾部飞灰量增加、石灰石价格造成锅炉运行成本增加等。所以我们在设计锅炉时设置合理、经济的Ca/S摩尔比为25。图3为Ca/S摩尔比与脱硫效率的关系。

③石灰石入炉粒度对脱硫效率的影响脱硫剂的粒径分布对脱硫效率也有较大的影响。理论上讲脱硫剂越小炉内脱硫效果越好因为减少石灰石粒径能增加其表面积从而提高反应面积。但脱硫剂并非越小越好如果脱硫剂太小就会有很大部分随着烟气逃逸增加尾部烟道的飞灰量从而使除尘器负担加大。最佳的脱硫剂粒径分布与锅炉设计参数有关一般在0-2mm属于比较合理的范围平均为100-200um。

④石灰石品质对脱硫效率的影响石灰石品质对脱硫效率影响十分敏感不同品质的石灰石反应性能差异很大在CaCO3含量、晶体结构和孔隙特征上也有所不同。一般应对石灰石做热重分析TGA测定其反应率指标从而准确推算出Ca/S摩尔比

⑤煤种特性对脱硫的影响：循环流化炉内脱硫效率的高低直接取决于煤中含硫量的高低。一般来讲燃煤中含硫量越高脱硫效率就越高但这并不代表SO2排放浓度低。在燃用高硫煤时脱硫效率能达到90甚至更高但S02排放浓度仍然不能达到国家排放标准的要求。所以为了降低S02排放量首先希望选用低硫煤当设计煤中确定后则必须通过提高脱硫效率来降低S02排放量。当燃煤中含硫量过高时单靠炉内添加石灰石脱硫已经很难达到S02国家排放标准要求了这时还要进行尾部烟气的二次脱硫。

⑥石灰石投放方式对脱硫效率的影响传统的石灰石投放方式为与煤混合一起通过给煤口进入到炉膛内这种投放方式虽然方法简单容易操作，但是有很大的弊端煤中含有的外部水分与石灰石接触后使石灰石粉末结块，影响了它在炉内的煅烧效果大大降低了石灰石孔隙面积从而使石灰石的固硫能力受到很大限制。石灰石投放点也可以设置在二次风口通过特设的风力管道输送系统将石灰石粉末送至二次风支管随二次风一起进入炉膛其优点是投放点分散均匀在炉膛内沸腾扰动强烈，反应速度快程度高从而使脱硫效率提高缺点是系统复杂。近几年我们经在流化床返料管上设置石灰石投放点并在几个电厂中试验收到了良好的效果需要解决的一个问题就是返料管开孔处的密封。

4.结论：