大型循環流化床鍋爐爐內脫硫技術應用實踐

摘要：文章通過對流化床鍋爐爐內脫硫技術的分析，結合330MW循環流化床鍋爐實際運行工況，對運行數據進行對比實驗，優化爐內脫硫反應條件，使爐膛溫度達到最佳脫硫溫度，使石灰石與硫分充分反應，來降低SO2的排放，既減少了石灰石的用量，又提高了石灰石的反應活性，脫硫效率顯著提高。

關鍵詞：大型循環流化床；流化床鍋爐；脫硫技術；脫硫反應；SO2排放指標 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK229 文章編號：1009-2374（2015）13-0054-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.028

循環流化床（CFB）鍋爐脫硫，主要原理是利用噴入爐膛的CaCO3通過高溫煅燒的條件下分解成的CaO與煙氣中的SO2通過化學反應最終生成CaSO4來達到鍋爐脫硫的目的。

燃料煤中的硫主要是有機硫和黃鐵礦硫，其中含有少量硫酸鹽硫。隨著煤的加熱及燃燒SO2的析出會出現明細的階段性，其中床溫和過剩空氣系數是影響SO2析出的主要因素。隨著床溫的升高，SO2的析出率會呈現單調的遞增趨勢，即過剩空氣系數增大區域氧濃度越高同時SO2析出也會越多。由此可知，燃燒溫度、過剩空氣系數等是影響SO2的析出率的主要因素。

1 鈣硫比確定原則

火力發電廠煙氣中SO2的產生主要是燃料中的硫通過加熱燃燒與空氣中的氧氣發生的化學反應。

為簡化計算，一般假設85%的硫都轉化為SO2，公式如下：

SO2=（mg/Nm3）

按照上式計算，某公司330MW CFB鍋爐燃用設計煤Sar=1.17，生成的SO2濃度最高為2532mg/Nm3（設計煤質）。SO2排放量=SO2×（1-η）=200mg/Nm3按照鍋爐脫硫效率為92.1%計算，SO2排放量為200mg/Nm3。

通過鍋爐運行的實際數據可以得出：Ca/S摩爾比、爐內溫度的高低、石灰石的反應活性以及在爐內停留時間的長短、恰當石灰石和煤粒度，對脫硫影響較為明顯，是影響循環流化床脫硫效率的主要因素。改變石灰石品質、流化速度、床溫、Ca/S摩爾比等因素將直接引起脫硫的效率的改變。

通過下圖1測試結果可以看出當運行床溫控制在870℃左右，通過增大Ca/S摩爾比時可以明顯提高脫硫效率：當溫床在860℃～880℃，Ca/S摩爾比1.3左右，脫硫效率為70%；當溫床在860℃～880℃，Ca/S摩爾比為2時，脫硫效率則可達到80%以上；同樣Ca/S摩爾比2.0，當運行床溫控制在880℃～890℃時，脫硫效率則下降至65%左右。由此可見，只有在床溫和Ca/S摩爾比都控制在合適的數值時才能達到最佳的脫硫效果。

圖1 床溫、Ca/S摩爾比與脫硫效率的關系曲線

2 影響SO2排放指標的因素

2.1 Ca/S摩爾比對SO2排放指標的影響

Ca/S摩爾比不僅對鍋爐脫硫效率有極大影響作用，而且對SO2排放的影響也至關重要。如果煤在燃燒時不加石灰石的情況下，SO2的排放量與燃煤的含硫量成正比，這時燃燒后的灰渣中含硫量大約為30%左右。其余70%的以氣體形式釋放在大氣中。通常情況下燃煤中無機硫的析出程度和燃煤本身的自脫硫性能（煤中含有CaO、CaCO3）決定著SO2排放濃度的大小。通過實踐可以證明：燃煤的脫硫效率在一定區間內跟Ca/S摩爾比成正比，Ca/S摩爾比越大，脫硫效率就越高。當Ca/S摩爾比在0～2.5內，隨著Ca/S摩爾比的增加脫硫的效率提高較快，當Ca/S摩爾比大于2.5并繼續增大時脫硫效率的變化不太明顯。反之，如果Ca/S摩爾比增大過高還會起到反作用。例如：灰渣物理熱損失增大、NOx排放提高等。所以為保證脫硫效率>90%使得脫硫的效率最佳的話，Ca/S摩爾比宜控制在1.8～2.2范圍內。

實踐證明脫硫效率會隨著Ca/S摩爾比的增加而提高，但過高的Ca/S摩爾比會引起企業的生產成本的增加。

2.2 煤質特性對SO2排放指標的影響

燃煤中含硫量的高低是直接影響SO2的排放指標的主要因素之一。為了控制SO2排放量，我們需要對煤質特性進行分析，并通過實驗對煤種進行科學分類，篩選出低、中、高硫煤，然后按不同比例進行摻燒。以達到控制煤種所含的組成元素成分的目的，機組正常運行過程中，通過自動調節加入石灰石量來達到調整SO2排

放量。

2.3 石灰石品質對SO2排放指標的影響

石灰石的主要組成成分是CaC03，其中氧化鈣的含量越高，脫硫效果越好，所以石灰石品質的好壞對SO2排放指標有直接影響。石灰石氧化鈣的含量是電廠主要分析控制指標。

不同產地的石灰石的活性有一定的差別，通過對石灰石做熱重分析（TGA）可知石灰石的活性主要體現為高溫煅燒后微粒的多孔性。所以單位在對石灰石的品質選擇上以采用多孔制石灰石為宜。

2.4 石灰石入爐粒度對SO2排放指標的影響

通常石灰石的粒度越小，其反應的時間越短速度也越快，對脫硫的效率也越高。

一方面，我們通過降低石灰石粒度來減小對NOx的刺激作用，再通過增大脫硫溫度使得燃燒更完全，進而提高脫硫效率。另一方面，通過減小石灰石顆粒的尺寸其表面積增大，從而提高反應面積。循環流化床鍋爐石灰石粒徑一般控制在100～500μm。如果顆粒太大對輸送管道的磨損也會相應增大，但如果石灰石的粒度太小，不能參與CFB灰循環，只會增加其以飛灰形式的逃逸量，降低石灰石利用率，從而引起脫硫效率的下降，實際生產中我們選用石灰石的平均粒徑不宜小于100μm。所以為了提高反應效率，同時還要利用CFB的循環特性，多次利用。我們需要根據CFB鍋爐設計參數來選擇合適的石灰石粒度。

2.5 燃燒溫度對SO2排放指標的影響endprint

SO2的排放濃度隨溫床的增加而增加，石灰石反應的速度、孔隙堵塞特性及固體產物分布受到溫床的影響而變化，對鍋爐的脫硫效率和石灰石的利用率產生重大影響。通過實驗我們可以看出：最佳脫硫床溫度應控制在850℃～900℃范圍內。從實際運行看低于800℃時，CaO捕獲SO2效果較低，反應速率慢，脫硫效果不好。當溫度大于950℃時，即使反應速率有所提高，但是已經生成的CaSO4會重新分解為CaO并釋放出SO2這樣會造成脫硫效率下降。

2.6 燃料粒徑對SO2排放指標的影響

燃料粒徑的影響主要在于改變了床溫及石灰石顆粒與燃料接觸的表面積來提高石灰石脫硫效率。某公司通過調整細碎機的篩孔尺寸，SO2排放指標得到了明顯改善。試驗燃煤Sar=1.06，石灰石加入量為1.5t/h具體實踐參數如表1所示：

表1

燃料粒徑

（mm） 平均床溫

（℃） SO2含量

（O2=3.5%，mg/Nm3）

0～16 894 227

0～15 891 215

0～13 887 201

0～12 875 179

0～10 870 135

3 結語

通過對流化床鍋爐爐內脫硫技術的分析，結合330MW循環流化床鍋爐實際運行工況，從優化脫硫反應的因素方面，對細碎機的篩孔尺寸的調整，優化燃燒，使爐膛溫度達到最佳脫硫溫度工況，使石灰石與硫分充分反應來降低SO2的排放。既減少了石灰石的用量，又提高了石灰石的反應活性，脫硫效率顯著增強。以上所述表明，CFB燃燒、爐內石灰石脫硫，運行試驗證明實現SO2可控排放技術及大于90%以上的脫硫效率是沒有問題的。

參考文獻

[1] 東方鍋爐廠.鍋爐使用說明書[S].

[2] 高建強，李寒冰，王立坤，王曉龍.大型循環流化床鍋爐煙氣脫硫工藝的可行性研究[J].節能，2014，（7）.

[3] 高全亮，潘清波，李廣泉.循環流化床鍋爐影響脫硫因素的分析[J].煤礦現代化，2009，（z1）.

[4] 李永華，陳鴻偉，高建強.循環流化床鍋爐的燃燒脫硫試驗研究[J].動力工程，2008，（12）.

作者簡介：吳明立（1975-），男，山東棗莊人，安徽華電六安電廠有限公司工程師，研究方向：CFB鍋爐運行調試。

（責任編輯：陳 倩）endprint