循環流化床鍋爐石灰石消耗分析控制

，，，

(中國石油化工股份公司 洛陽分公司,河南 洛陽 471012)

?生產與實踐?

循環流化床鍋爐石灰石消耗分析控制

王鵬舉，賈向群，田志娟，聶禮陽

(中國石油化工股份公司 洛陽分公司,河南 洛陽 471012)

循環流化床鍋爐一般采用爐內噴石灰石粉脫硫。粒徑適當的石灰石粉和良好的鍋爐燃燒工況對保持高效的脫硫效率，提高鍋爐經濟運行至關重要。本文對洛陽石化循環流化床鍋爐進行研究，通過分析石灰石粉性質、工藝燃料結構及實際SO2排放量，提出控制石灰石粒徑、完善監督檢測措施、提高設備運行穩定性及優化運行等降低石灰石消耗措施，降低成本，提高經濟效益。

循環流化床鍋爐；脫硫；石灰石；消耗

循環流化床(CFB)鍋爐由于具有燃料適應性廣，爐內噴石灰石控制SO2成本低、NOx排放低等優點，近年來發展迅速，是目前應用范圍很廣的清潔燃燒爐型，在我國已大面積推廣。受石灰石性質及鍋爐運行工況影響，石灰石的消耗量較大[1-5]。洛陽石化鍋爐車間3#CFB鍋爐裝置2014年2月份脫硫劑(石灰石)消耗10 480 t，單月消耗突破10 000 t，消耗量比理論多消耗2 925 t，影響鍋爐運行經濟性。

1 洛陽石化CFB鍋爐概述

洛陽石化循環流化床鍋爐為洛陽分公司油品質量升級改造項目配套工程，2009年11月建成投用，脫硫系統隨鍋爐同步建設，采用爐內噴鈣方式。CFB鍋爐設計負荷310 t/h，為單爐膛、單汽包、無中間再熱、自然循環、平衡通風、雙高溫絕熱旋風分離器、非機械式返料U閥、高溫高壓循環流化床鍋爐，鍋爐設計燃料為100%石油焦，啟動燃燒器燃用重油。

脫硫工藝流程采用向鍋爐內噴入0～1 mm的石灰石粉對煙氣進行脫硫。石灰石由惠康脫硫劑廠生產，氣體為輸送至石灰石中間倉，再由中間倉輸送至爐前倉。石灰石通過12個中位風噴嘴進入爐膛燃燒區，在840～900 ℃條件下受熱分解生成CaO和CO2，CaO與爐膛內的SO2以及O2反應生成CaSO4，完成爐內脫硫過程，實現清潔燃燒。石灰石粉添加量是通過煙氣在線檢測的SO2含量和進入爐膛的燃料量來控制，由注料泵通過變頻調速電機調節旋轉給料閥刮板速度來調節。

2 石灰石消耗量較大的原因分析

2.1石灰石性質參數的影響

2.1.1 石灰石粒徑的分布

石灰石粒徑對爐內脫硫反應具有重大的、甚至是決定性的影響，石灰石的粒徑過粗或者過細都會影響石灰石的利用效率。循環流化床脫硫的石灰石平均粒徑一般控制在0.1～0.5 mm。石灰石粒度大時其反應表面積小，使鈣的利用率降低；CFB鍋爐的旋風分離器只能分離出大于0.075 mm的顆粒(3#CFB爐的旋風分離器分離效率為99.9%，可以保證0.1 mm以上的顆粒分離出來)，若石灰石粒徑過細，小于0.075 mm的石灰石顆粒逃逸到尾部煙道，不能再利用，降低了石灰石的利用率，故石灰石的粒徑分布應嚴格控制。

表1是石灰石粒徑實際值與設計值的對比。

表1 石灰石粒徑對比

從表1可以看出，現3#CFB爐石灰石粒徑與設計要求的偏離較大，過細、過粗顆粒所占比例較大，小于0.11 mm的占30.2%，比設計值大4.8%，造成其在爐膛內停留時間短，沒有被旋風分離器分離下來，大量未完全反應的石灰石隨煙氣逃逸至尾部煙道，造成石灰石消耗量大幅的增大；另外，石灰石粒徑≥0.7 mm，所占比例為10.26%，石灰石粒徑過大時其反應表面積小，降低鈣的利用率，未完全反應隨底渣排出，造成石灰石消耗的增加。石灰石實際粒徑超設計粒徑比例為15.06%，石灰石實際消耗量增加1 578 t。

表2 3#CFB爐飛灰底渣成分分析 %

2.1.2 石灰石純度影響

石灰石設計要求的成分為：碳酸鈣，92.6%；碳酸鎂，2.5%；水分，<0.5%；惰性物質，5%；石灰石反應系數，2.0。

惠康脫硫劑石灰石碳酸鈣含量為92%左右(抽查)，而2012年底鍋爐熱效率測試時石灰石分析碳酸鈣有效成分為82.48%，2013年底青島煉化對我單位石灰石化驗分析碳酸鈣有效成分為89.15%，均低于脫硫劑廠化驗數據。

石灰石的純度降低也是造成石灰石消耗量增加的因素，若按照石灰石碳酸鈣有效成分89.15%計算，因有效成分偏差造成的石灰石消耗量增加390 t。因石灰石性質原因造成的石灰石消耗量增加了1 968 t。

2.2工藝、燃料結構調整

為了優化電站燃煤結構，降低鍋爐燃煤成本，提高效益，動力部積極推進落實3#CFB爐摻燒劣質煤運行工作和多摻燒進口彈丸焦的燃料結構調整工作，從節約燃料運行成本上取得了可觀的經濟效益。在2013年10月25日開始摻燒高硫煤，截止到2014年2月份，目前摻燒高硫煤共計22 748 t。但是摻燒高硫煤和硫含量高的彈丸焦后，3#CFB爐煙氣SO2產生量明顯增大，3#CFB爐的熱效率也有一定的降低，造成石灰石脫硫劑消耗量明顯增大，并且SO2環保指標控制難度也明顯增加。

另外，根據生產需要3#CFB爐運行負荷一直相對較高，正常負荷保持在280～300 t/h，每月消耗的燃料量偏大，消耗的石灰石量也明顯增加。

以2014年2月為例，3#CFB爐耗彈丸焦消耗量為14 680.84 t，石油焦量為1 175.16 t，高硫煤量為4 550 t，化驗分析數值顯示，彈丸焦硫含量4.54%，石油焦硫含量3.81%，高硫煤中硫含量3.75%，可折算出燃料中S含量881.908 t。月消耗石灰石10 480 t，石灰石有效成分按91.2%計(抽查數據)，全月鈣硫比3.46。燃料中S含量881.908 t，SO2排放量平均值232 mg/Nm3，平均煙氣量按62.4 Nm3/s計算，全月煙氣中排放S38.774 6 t，可計算出爐內脫硫效率為95.6%。

廠家設計鈣硫比為2.5∶1，SO2排放量以約為2.858 mg/Nm3計算，設計計算的SO2排放量為273.93 mg/Nm3。本月車間加強SO2排放量調整控制，制定車間指標控制方案，嚴格要求班組控制石灰石添加量，控制SO2排放量在150～400 mg/Nm3，控制值盡量高限控制。全月實際SO2排放量平均值232 mg/Nm3，但是離設計值還偏差，繼續努力總結經驗，嚴格控制SO2排放值，降低石灰石消耗。按照CFB爐實際鈣硫比，因SO2排放值偏離設計值造成石灰石多消耗82.84 t。

床溫對脫硫效率有較大影響，因為爐內脫硫反應有最佳反應溫度，理想反應溫度為840～900 ℃。偏離最佳反應溫度時，脫硫效率會下降，當溫度超過950 ℃不發生反應。目前CFB鍋爐床溫一般運行控制在880～910 ℃，這主要有兩方面原因：一是床溫高，鍋爐燃燒效率高；二是石油焦的揮發分少，著火溫度高達600 ℃，燃盡所需溫度較高。床溫運行平均值為881 ℃，基本在石灰石高效利用區為840～900 ℃。

目前3#CFB爐根據生產需要已經長周期運行了300多天，爐膛內布風板及旋分內部出現了不同程度的結焦情況，造成物料流化不良，部分區域存在有高溫的情況，石灰石與SO2反應的效率有所降低，從而也影響了石灰石的消耗量。3#CFB本月燃料中S含量為881.908 t。

CaCO3+SO2=CaSO3+CO2

按照設計Ca∶S為2.5計算，碳酸鈣有效成分按91.2%(脫硫劑廠化驗數據)計算，碳酸鈣消耗量為7 555 t。

可得出碳酸鈣理論消耗量7 555 t，比消耗量低2 925 t。

2.3實際SO2排放量控制平穩率低

2.3.1 入爐石油焦和入爐煤摻比不均勻

目前，進入3#CFB爐焦倉的入爐燃料由于燃料車間設備及工藝等多種原因，造成目前焦煤摻比不能達到工藝生產要求的均勻配比摻燒。3#CFB爐入爐燃料性質變化較大，使得鍋爐的運行負荷、爐膛床溫、鍋爐的蒸汽壓力、主汽溫度以及SO2排放量等參數變化較大，SO2排放量控制相對困難，也就造成SO2排放量控制平穩率相對較低。目前環保壓力大，環保要求高，為確保SO2不超標排放，在燃料性質波動時，為將SO2排放值控制偏低，造成石灰石消耗量增加。

2.3.2 設備問題影響

3#CFB爐石灰石添加系統存在給料不均及輸送管路堵塞現象。由于石灰石粉狀介質性質，常出現給料不均現象，尤其是甲側給料系統給料波動造成SO2排放量控制相對困難，SO2排放量控制平穩率低。為確保環保指標SO2在合格范圍內，當甲側給料系統運行時，班組控制SO2指標相對偏低；石灰石爐前輸送管道存在堵塞現象，為確保環保參數合格，一定程度上也造成了石灰石消耗量增大。綜上所述，造成石灰石消耗量偏大的主要原因有：①石灰石粒徑偏離運行工藝設計要求，造成逃逸的石灰石量偏大。②3#CFB爐連續運行300多天，運行時間長，負荷高，消耗燃料相對多。③燃料中的含硫總量高，需要消耗的石灰石量相對較高。④工藝調整以及設備運行上還存在很多薄弱環節，需加強工藝參數控制和工藝管理，提高經濟成本核算管理，完善考核制度，從而降低石灰石使用量。

3 降低石灰石消耗措施

①脫硫劑公司要嚴格控制石灰石脫硫劑的粒徑，嚴格控制小于0.1 mm以下及大于0.7 mm的石灰石比例；另外，控制好石灰石的成分，避免石灰石純度降低造成石灰石消耗量增加。②做好石灰石粒徑及石灰石性質的監管工作。建議，增加專業的部門對脫硫劑廠石灰石及性質分析等進行專業的監督管理，定期將石灰石及底渣、底灰樣送至專業檢測機構進行抽檢，從而更好地保證石灰石的質量，降低石灰石的消耗量。③建議脫硫劑廠或分公司化驗車間增上飛灰、底渣CaO/CaCO3的成分分析設施，來判斷飛灰及底渣中未完全反應的石灰石量，根據化驗結果調整鍋爐運行方式，從而更好地調控石灰石的粒徑及鍋爐的運行參數，減少石灰石的消耗量。④做好燃料結構的調整工作。在保證燃料成本的同時，科學地核算石灰石消耗成本及環保效益，從而達到最佳的運行燃料結構。⑤繼續做好入爐焦煤均勻配比工作，保證鍋爐入爐燃料的性質平穩性、可靠性，保證鍋爐參數的平穩率，避免鍋爐參數和SO2的大幅波動，造成石灰石用量的增加。⑥加強設備維護，降低石灰石給料系統故障率。增加石灰石輸送吹堵風線，降低石灰石堵管事故，確保系統平穩運行。⑦繼續嚴格控制工藝指標，嚴格控制爐膛溫度在840～900 ℃范圍內，保證石灰石反應效率。加強考核，提高獎懲力度，嚴格控制SO2指標在150～400 mg/Nm3，在環保指標合格的范圍內，盡量減少石灰石添加量。

4 結論

通過對CFB鍋爐石灰石粒徑參數進行調整，加強鍋爐運行調整，制訂系列措施并實施。在環保生產的前提下，石灰石消耗降低2 000余噸，降低了化劑消耗，提高鍋爐機組經濟運行水平。

2014-04-07

王鵬舉(1986-)，男，助理工程師，從事CFB鍋爐工藝管理工作，電話：18739068329。

TQ028

B

1003-3467(2014)09-0035-03