循環流化床鍋爐爐內摻燒石灰石脫硫對煙塵濃度的影響分析

曹露+馬紅友+史學峰

摘 要：本研究以鍋爐燃燒原理、物料平衡為基礎，并結合工程實例，對循環流化床鍋爐爐內摻燒石灰石脫硫對煙塵濃度的影響進行了定量分析計算，說明了爐內摻燒石灰石為煙塵濃度達標排放分析必須考慮的因素，為循環流化床鍋爐的煙塵濃度排放計算提供了參考和借鑒，具有一定的參考價值和現實意義。

關鍵詞：循環流化床；石灰石；煙塵

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.031

1 前言

循環流化床（CFB）燃燒技術是近幾十年發展起來的一種新型燃燒技術，相比于一些常規的煤燃燒技術，其具有燃料適應性廣、負荷調節性好、燃燒效率高、NOx排放低、高效脫硫的特點[1]，近年來得到了廣泛的應用，其應用范圍從小型工業鍋爐發展到大型電站鍋爐。作為循環流化床鍋爐的特點以及優點之一，爐內摻燒石灰石脫硫已經成為一項穩定有效的脫硫措施在循環流化床鍋爐上配套使用。在以往的相關研究中，關于對循環流化床鍋爐爐內摻燒石灰石脫硫對煙塵濃度的影響研究較少，大多為一些定性的認識，缺乏定性的科學計算，隨著目前環保排放標準的日趨嚴格，對于鍋爐污染物排放計算也更加科學化、精細化，尤其在目前提倡火電廠大氣污染物“超低排放”的背景下。摻燒石灰石脫硫對煙塵濃度的影響就顯得更為突出，本研究以鍋爐燃燒原理、物料平衡為基礎，對循環流化床鍋爐爐內摻燒石灰石脫硫帶來的灰渣量以及煙氣量變化從而進一步導致的煙塵濃度的變化進行了定性計算，并進行了實例驗算。為循環流化床鍋爐的污染物排放計算提供了參考和借鑒，具有一定的參考價值和現實意義。

2 計算方法

2.1 石灰石耗量

循環流化床鍋爐爐內摻燒石灰石脫硫是將石灰石粉摻入燃料中在爐內同時燃燒，在爐內高溫下石灰石（CaCO3）受熱分解成CO2與多孔CaO，CaO與SO2反應生成CaSO4。其反應方程式如下[2]：

CaCO3→CaO+ CO2

CaO+SO2+1/2O2→CaSO4

根據以上反應方程式，石灰石耗量可以用下式進行計算：

式中：B石灰石為石灰石耗量，t/h；B為耗煤量，t/h；Sar為燃煤收到基硫份，%；CaOy為石灰石氧化鈣含量，%；α為鈣硫比，通常在1.2～2.5。

2.2 石灰石分解增加的煙氣量

在循環流化床鍋爐爐內摻燒石灰石脫硫的過程中，石灰石的分解產生二氧化碳從而增加了煙氣量，根據石灰石分解的反應方程式，該部分煙氣量可采用下式估算：

式中：VCO2 為爐內噴鈣時CaCO3分解產生CO2增加的煙氣量，m3/h；B石灰石為石灰石耗量，t/h；KCaCO3為石灰石純度，%。

2.3 石灰石增加的灰渣量

根據爐內石灰石脫硫的反應原理，添加石灰石增加的灰渣量主要包括石灰石中氧化鈣與二氧化硫反應生成的硫酸鹽物質、未參與反應的過量氧化鈣以及其它一些惰性物質。該部分灰渣量可用下式估算[3]：

式中：ΔS為加石灰石脫硫增加的灰渣量，t/h；B為石灰石為石灰石耗量，t/h；CaOy為石灰石氧化鈣含量，%；ΔSO2為脫硫量，t/h。

2.4 煙塵排放量及排放濃度

煙塵產生量及排放濃度可按以下經驗公式計算：

式中：Gy為煙塵排放量，t/h；C塵為煙塵排放濃度，mg/m3； Qnet，ar為燃煤收到基低位發熱量，kJ/kg；Aar為燃煤收到基灰份，%；dfh為飛灰份額， %；η為除塵器效率，%；V為煙氣量，m3/h。

3 實例驗算

本次研究以某2×350MW循環流化床機組為例，對爐內摻燒石灰石脫硫帶來的灰渣量以及煙氣量的增加從而導致的煙塵濃度變化進行了驗算，驗算過程中充分考慮了不同鈣硫比情況下煙塵濃度的變化情況。

3.1 煤質及耗煤量

該電廠裝機規模為2×350MW超臨界空冷汽輪發電機組，配2×1200t/h循環流化床鍋爐。2臺爐耗煤量608 t/h，煤質成分為灰份22.2%、揮發份40.7%、硫1.15%、低位發熱量2667 kcal/kg、。

3.2 驗算結果

根據前述計算方法，結合該電廠的煤質及耗煤量，在鈣硫比通常為1.2～2.5的情況下，對爐內脫硫石灰石耗量、灰渣量、煙氣量以及煙塵產排量、產排濃度進行了驗算。在驗算煙塵的產生及排放濃度時，對是否考慮摻燒石灰石增加的煙塵量以及石灰石分解增加的煙氣量進行了不同組合情景下的驗算，以定性說明上述兩項因素對煙塵排放濃度的影響。煙塵驗算的組合情景見表1，驗算結果見表2～4。

注：除塵效率η均按鈣硫比為2.5時煙塵達標（<10mg/m3）排放效率99.98%計。

由上述驗算結果可以看出在同樣的參數取值下，情景A的煙塵產排濃度均明顯大于情景B，而A1與A2、B1與B2的煙塵產排濃度則相差很小。

由此說明：循環流化床鍋爐爐內摻燒石灰石脫硫時，在鈣硫比通常的取值1.2～2.5范圍內，會增加較多的灰渣排放量，對煙塵排放量及排放濃度的影響較大，導致其排放量及排放濃度增加9～13%左右；石灰石分解增加的煙氣量占總煙氣量的比例很小，該部分煙氣量導致煙塵排放濃度的變化范圍在0.2%左右，對煙塵排放濃度影響很小。

4 小結

循環流化床鍋爐爐內摻燒石灰石脫硫對煙塵排放量及排放濃度的影響較大，導致其排放量及排放濃度增加9～13%左右，在達標排放計算時須考慮；石灰石分解增加的煙氣量對煙塵排放濃度的影響很小，在實際工作中可以忽略該部分煙氣量。

參考文獻：

[1]林宗虎.循環流化床鍋爐[M].北京：化學工業出版社，2004：3-6.

[2]譚金峰.循環流化床鍋爐污染物排放量的環評計算[J].污染防治技術，2003，16（03）：19-20.

[3]王政.循環流化床脫硫技術對鍋爐灰渣量的影響[J].煤炭加工與綜合利用，2001（03）：52-53.

作者簡介：曹露（1986-），男，湖北宜昌人，助理研究員，主要研究方向：火力發電環境評價研究。