石灰石加入量對CFB鍋爐污染排放的影響和運行優(yōu)化措施

【摘 要】在循環(huán)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(guān)系進行了分析，提出了一些運行優(yōu)化措施。

【關(guān)鍵詞】循環(huán)流化床；污染物排放濃度；運行優(yōu)化措施

循環(huán)流化床鍋爐因其燃料適應(yīng)性廣，燃燒效率高，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，調(diào)節(jié)速度快等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。在循環(huán)流化床鍋爐運行過程中，會產(chǎn)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(nèi)被煅燒，生成表面多孔的CaO，當(dāng)SO2擴散到這些空隙中時，就會與CaO發(fā)生反應(yīng)，生成CaSO4覆蓋在CaO表面。化學(xué)反應(yīng)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(fēng)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(xiàn)場試驗采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)進行了分析，提出了一些運行優(yōu)化措施。

1 主要設(shè)備與試驗方案

1.1 鍋爐結(jié)構(gòu)參數(shù)

試驗鍋爐為云南某循環(huán)流化床1號鍋爐，該鍋爐的制造技術(shù)由ALSTOM公司引進。鍋爐為亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、單鍋筒、平衡通風(fēng)的循環(huán)流化床鍋爐，燃用褐煤。機組的電負(fù)荷為300MW，鍋爐額定蒸發(fā)量為934.8t/h，BMCR工況為1025t/h。鍋爐的主要技術(shù)參數(shù)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)氣體等設(shè)備配合使用。試驗設(shè)備放置于該電廠煙氣小間內(nèi)。測點布置在尾部煙道接近煙囪處。煙氣經(jīng)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?jǐn)?shù)據(jù)。

試驗進行時，保持負(fù)荷為300MW，床溫控制在835oC，氧量穩(wěn)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(jié)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(xiàn)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(dāng)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(xué)者認(rèn)為是脫硫產(chǎn)物CaSO4對NH3-NO的反應(yīng)過程的影響導(dǎo)致的[2]，但根據(jù)新近的研究成果表明，這種說法并不全面。當(dāng)石灰石量增多之后，爐內(nèi)有大量CaO存在，而CaO是燃料氮轉(zhuǎn)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(xué)者認(rèn)為石灰石還可以催化HCN和NH3生成NO，從而抑制了揮發(fā)分N向N2O的轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)可以看出，大部分工況下粉塵濃度均超過了30mg·Nm-3。根據(jù)GB13223-2011火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)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(fēng)量變化量基本不變，風(fēng)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(fēng)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(yōu)先。

圖4反映的是空預(yù)器出口煙溫的變化。一般火力發(fā)電廠均以空預(yù)器出口煙溫表示鍋爐排煙溫度。因此，我們可以得出結(jié)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(yōu)化時，變工況對排煙損失的影響也較小，可以優(yōu)先考慮控制污染物排放。

3 結(jié)論及運行優(yōu)化措施

（1）通過變石灰石加入量的工業(yè)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(xiàn)下降趨勢，NO的排放量呈現(xiàn)上升趨勢。石灰石使用量的增多，會導(dǎo)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(jié)果可知，當(dāng)石灰石投入量達(dá)到80t/h時，SO2和NO排放量已經(jīng)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(jīng)超過了GB13223-2011火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的允許值。與此同時，石灰石量的變化對空預(yù)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(huán)流化床脫硫技術(shù)實驗研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2002.

[2]岑可法.循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)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，F(xiàn)ranz Winter. N2O emission under flui

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[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?qū)Ox排放影響的研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報，1991，1.

[5]張桂玲，陳向群，等.石灰石脫硫?qū)ρh(huán)流化床鍋爐運行的影響[J].區(qū)域供熱，2004，3.

[責(zé)任編輯：周娜]