石灰石加入量對CFB鍋爐污染排放的影響和運行優化措施

【摘 要】在循環流化床鍋爐的運行過程中，為了降低SO2的排放濃度，通常采用石灰石作為脫硫劑。石灰石的加入對CFB鍋爐的污染物排放濃度和其他鍋爐運行狀況造成了一定影響。本文對石灰石加入量與污染物排放濃度之間的關系進行了分析，提出了一些運行優化措施。

【關鍵詞】循環流化床；污染物排放濃度；運行優化措施

循環流化床鍋爐因其燃料適應性廣，燃燒效率高，負荷調節范圍大，調節速度快等優點得到了廣泛的應用。在循環流化床鍋爐運行過程中，會產生大量的SO2和其他硫化物，為了防止SO2等含硫的污染物排入到大氣中，會在燃料中混入適量石灰石進行摻燒。石灰石在爐膛內被煅燒，生成表面多孔的CaO，當SO2擴散到這些空隙中時，就會與CaO發生反應，生成CaSO4覆蓋在CaO表面。化學反應方程式如下：

CaCO3→CaO+CO2（1）

CaO+SO2→CaSO3（2）

2CaSO3+O2→2CaSO4（3）

然而，隨著大量石灰石的加入，對鍋爐SO2、NO和N2O的排放濃度、鍋爐的粉塵濃度、總風量和排煙溫度等方面造成了不同的影響，這些影響有利有弊。本文對現場試驗采集到的相關數據進行了分析，提出了一些運行優化措施。

1 主要設備與試驗方案

1.1 鍋爐結構參數

試驗鍋爐為云南某循環流化床1號鍋爐，該鍋爐的制造技術由ALSTOM公司引進。鍋爐為亞臨界參數、自然循環、單鍋筒、平衡通風的循環流化床鍋爐，燃用褐煤。機組的電負荷為300MW，鍋爐額定蒸發量為934.8t/h，BMCR工況為1025t/h。鍋爐的主要技術參數見表1。

燃料及石灰石特性見表2和表3。

品種：褐煤

1.2 試驗設備與方案

本試驗使用的儀器是MG2000傅里葉可變換紅外煙氣分析儀，該儀器可對N2O、NO、SO2、O2等氣體進行測量。它需與電腦、伴熱管、煙氣采樣管、真空泵、標準氣體等設備配合使用。試驗設備放置于該電廠煙氣小間內。測點布置在尾部煙道接近煙囪處。煙氣經煙氣采樣管，伴熱管采集到MG2000中進行分析。采集過程中保持儀器24小時運行，每隔1分鐘生成一組煙氣成分數據。

試驗進行時，保持負荷為300MW，床溫控制在835oC，氧量穩定在2.3%。石灰石加入量分別為20t/h，60t/h，70t/h，80t/h，110t/h。

2 試驗結果和分析

2.1 石灰石量對SO2、NO和N2O排放濃度的影響

由圖1可以看出，在給煤量不變的情況下，隨著石灰石加入量的增加，N2O和SO2的排放量均呈現下降趨勢。增多石灰石的加入量，鈣硫比變大，這就使得更多的脫硫劑去捕捉SO2，因此脫硫效率增加[1]。但值得注意的是，隨著石灰石量的增多，脫硫效率的增速會逐漸放緩。在圖1中，在石灰石量由20t/h增長到80t/h的過程中，SO2的排放量由700mg·m-3下降到100mg·m-3，下降速率接近10mg/t，然而當石灰石量由80t/h增長到110t/h，SO2僅下降了50mg左右，下降速率為1.8mg/t左右。SO2的下降速率大大減緩。考慮到石灰石量的增多，會加大電廠的運行成本，因此石灰石量不宜超過80t/h。

對于NO的排放濃度隨石灰石量增加而增加，有的學者認為是脫硫產物CaSO4對NH3-NO的反應過程的影響導致的[2]，但根據新近的研究成果表明，這種說法并不全面。當石灰石量增多之后，爐內有大量CaO存在，而CaO是燃料氮轉化為NO的強催化劑[3]。雖然CaO同時對CO和H還原NO有催化作用，但后者的影響小于前者，故石灰石量增多時，NO排量升高。另外，還有學者認為石灰石還可以催化HCN和NH3生成NO，從而抑制了揮發分N向N2O的轉變，同時也增加了NO的生成量[4]。

N2O排放濃度隨著石灰石量的增加而降低，但由于N2O排放總量較少，所以在這里不做過多研究。

2.2 石灰石量對其他工況的影響

圖2是在不同石灰石加入量下鍋爐粉塵濃度的變化，由圖中數據可以看出，大部分工況下粉塵濃度均超過了30mg·Nm-3。根據GB13223-2011火電廠大氣污染物排放標準，規定燃煤電廠的粉塵濃度均不能超過30mg·Nm-3，所以，如何降低粉塵濃度，是在考慮控制SO2、NOx和N2O等污染物排放濃度時也要重點兼顧的一個問題。

由圖3可以看到，不同工況下的總風量變化量基本不變，風機電耗沒有大幅增加，因此，在考慮控制污染物的排放時，改變運行工況對總風量的影響可以放在次要地位考慮，以降低污染物排放濃度為優先。

圖4反映的是空預器出口煙溫的變化。一般火力發電廠均以空預器出口煙溫表示鍋爐排煙溫度。因此，我們可以得出結論：在改變石灰石量的時候，只要運行人員合理控制，排煙溫度基本也不會受到影響，排煙損失基本不變。所以，在進行流化床污染物排放濃度運行優化時，變工況對排煙損失的影響也較小，可以優先考慮控制污染物排放。

3 結論及運行優化措施

（1）通過變石灰石加入量的工業試驗可知，在給煤量不變的情況下，隨著石灰石加入量的增加，N2O和SO2的排放量均呈現下降趨勢，NO的排放量呈現上升趨勢。石灰石使用量的增多，會導致灰渣物理熱損失增大，飛灰量增加，鍋爐效率降低，脫硫成本變高。由試驗結果可知，當石灰石投入量達到80t/h時，SO2和NO排放量已經低于200mg/m3，N2O的排放濃度也較低，所以綜合考慮石灰石加入量保持在80t/h時比較合適。

（2）隨著石灰石加入量的增多，粉塵濃度變化不大，但基本都超過了30 mg·Nm-3，已經超過了GB13223-2011火電廠大氣污染物排放標準的允許值。與此同時，石灰石量的變化對空預器出口煙溫的影響較小。有研究表明[5]，排煙溫度一定時，煙氣中SO2的多少會改變灰塵顆粒的比電阻。隨著石灰石量的增多，SO2的排放濃度不斷下降，顆粒比電阻增加，電除塵器效率下降，粉塵濃度變大。因此，適度降低石灰石加入量，有助于提高電除塵效率。

【參考文獻】

[1]馬雙忱.煙氣循環流化床脫硫技術實驗研究[D].北京：華北電力大學，2002.

[2]岑可法.循環流化床鍋爐理論設計與運行[M].北京：中國電力出版社，1998.

[3]B.X.Shen，T.Mi，D.C.Liu，B.Feng，Q.Yao，Franz Winter. N2O emission under flui

dized bed combustion condition，Fuel Processing Technology 84（2003）[J].

[4]李絢天，駱仲泱，倪明江，岑可法，等. 煤燃燒過程中加石灰石脫硫對NOx排放影響的研究[J].燃料化學學報，1991，1.

[5]張桂玲，陳向群，等.石灰石脫硫對循環流化床鍋爐運行的影響[J].區域供熱，2004，3.

[責任編輯：周娜]