提高循環流化床鍋爐爐內脫硫效率分析

劉力

摘要：循環流化床鍋爐具有效率高、燃料適應性廣、負荷調節靈活、環保性能好等優點，近年來發展非常迅速，技術日趨成熟。隨著我國火電廠大氣污染物排放標準的嚴格實施，公眾對環保要求越來越高，國內一些擁有循環流化床鍋爐的電廠正在改造完善或新加脫硫裝置?；诖?，本文從循環流化床燃燒優點，爐內脫硫原理、脫硫效率影響因素等幾方面出發，分析了如何提高循環流化床鍋爐爐內脫硫效率。

關鍵詞：循環流化床；鍋爐；爐內；脫硫效率

1、循環流化床燃燒優點

（1）循環流化床燃燒技術具有一些常規的煤燃燒技術（如層燃和煤粉燃燒）所不具備的優點，如具有脫硫脫硝功能燃料適應性強，可燃燒劣質煤，負荷調節性能強等。由于循環流化床燃燒溫度正好是石灰石/石灰脫硫反應的最佳溫度，因而在床內加入石灰石或白云石可有效地脫除在燃燒過程中生成的SO2。（2）燃料適應性強。由于循環流化床床內惰性物料的巨大熱容量，以及流態燃燒過程中十分良好的傳熱、傳質和混合過程，因此循環流化床雖然是一種低溫燃燒方式，但它卻可以燃用一切種類的燃料并達到較高的燃燒效率。

2、循環流化床鍋爐爐內脫硫原理

循環流化床鍋爐是近年來發展較快又得到廣泛應用的清潔燃燒技術，具有高脫硫率和低氮氧化物排放的特點。目前國內循環流化床鍋爐爐內脫硫原理為在流化床床層內加入石灰石（CaCO3）或白云石（CaCO3·MgCO3），投入爐內的石灰石在800～850℃左右條件下煅燒發生分解反應生成CaO和CO2，然后氧化鈣、SO2和氧氣經過一系列化學反應最終生成硫酸鈣，達到脫硫目的。

3、循環流化床鍋爐爐內脫硫效率的影響因素及提高建議

3.1流化速度的影響

一次風系統提供循環流化床所必需的流化風。增加流化風速，實際上增加了物料的攜帶速度，從而使循環回料量增加，相應的延長了脫硫劑在爐膛內的停留時間。但如果一次風速太大，使爐膛出口煙氣速度超過旋風分離器的捕捉速度，造成循環回料量減少，反而會降低脫硫效率。在運行中，可通過調節一次風流量、一、二次風配比等，達到調節流化風速的目的。

3.2Ca/S摩爾比的影響

Ca/S比是影響脫硫效率和SO2排放的首要因素，燃用低硫煤時，煙氣中SO2的濃度低，石灰石與SO2反應速度慢，消耗石灰石量相對較大，要求Ca/S比就高。脫硫劑石灰石的特性主要包括：石灰石的反應活性、化學組成、煅燒產物CaO的比表面積、孔隙率、孔徑分布和孔隙結構等。在特性當中石灰石反應活性的高低對脫硫影響較大。脫硫劑的反應活性是指吸收劑與二氧化硫進行表面化學反應的難易程度。脫硫吸收劑石灰石的脫硫性能與石灰石反應活性關系很大，而石灰石反應活性受石灰石的成分和內部微觀結構等影響。

3.3床溫的影響

鍋爐運行床溫對脫硫效率影響較大，這是由于床溫的變化直接影響脫硫反應速度、固體產物的分布和孔隙堵塞特性，所以床溫會影響脫硫反應的進行和脫硫劑的利用率。而循環流化床鍋爐床溫的選擇和運行控制又和鍋爐設計尤其是受熱面布置、運行負荷、灰渣燃盡、NOx污染物排放等因素密切相關。研究表明，脫硫反應的反應速度一開始隨溫度升高而升高，在820～850℃時達到最佳值。之后隨溫度升高到870～1000℃，反應速度開始下降，CaO內部分布均勻的小晶粒會逐漸融合成大晶粒，隨著溫度升高，晶粒越大，CaO的比表面積減小和表面結殼失去吸收SO2的活性，都使脫硫效率降低。在更高的床溫下超過1000℃，CaSO4還會逆相分解放出SO2，進一步降低硫酸鹽化的化學反應速度，降低脫硫效率。

3.4石灰石粒度的影響

石灰石粒度大時其脫硫效率明顯下降，這是因為脫硫劑總的反應表面小而使鈣的利用率降低。但石灰石的顆粒也不能太細，因為現在常用的旋風分離器只能分離出大于75μm的顆粒，而小于75μm的顆粒由于不能再返回爐膛而降低了鈣的利用率。研究表明，用于循環流化床鍋爐爐內脫硫的石灰石最佳粒度為0.2～1.5mm。一般循環流化床鍋爐燃煤要求的顆粒度控制在0～13mm，只要粗碎+細碎就能滿足要求。為了適應爐內脫硫的需要，最好燃煤的粒度與入爐石灰石的粒度一致。

3.5石灰石輸送系統的影響

由于石灰石粉具有硬度高、堆積密度大、離散性大、易吸水受潮結塊、逸氣性強和親和力差等特性，因此石灰石粉屬于較難輸送的物料。因此在石灰石輸送系統運行過程中，若設計不合理、設備質量本身不過關，就會影響石灰石輸送系統的穩定運行，造成石灰石輸送系統出力不足、下粉不暢、堵管、磨損及設備不可靠等問題，這些問題最終導致循環流化床鍋爐脫硫系統無法穩定運行。對此，可在石灰石粉倉增加氣化板。該氣化板所用的氣化風來自電廠儀用壓縮空氣。由于壓縮空氣中可能帶有一定的水分，所以如果在進入氣化板之前，最好用電加熱器加熱。

3.6鍋爐氧濃度及燃料變化的影響

脫硫與氧濃度關系不大，而提高過量空氣系數時脫硫效率總是提高的。在正常的鍋爐運行中，一般保持鍋爐含氧量在6%左右，但是因為存在諸多的變化因素，如鍋爐床壓的影響、入爐煤種的影響等等。造成鍋爐含氧量也會有一定的波動范圍。尤其是這種燃用煤泥的循環流化床鍋爐，由于煤泥的黏結性比較大，在煤泥罐內的攪拌并不十分均勻，所以經常造成煤泥泵進料量的不夠穩定，這也造成鍋爐氧量的變化。

3.7分級燃燒方式的影響

分級燃燒式可減少NOx的排放，在循環流化床鍋爐中一次風與總風量的比率及二次風送入位置對脫硫效率有重要影響，低的一次風比率及高二次風噴入點可有效減少NOx排放，但使脫硫效率大大降低。在循環流化床鍋爐中，一次風量和一次風噴入點均可改變，因此，循環流化床鍋爐對分級燃燒的應用更靈活。

4、循環流化床鍋爐爐內脫硫改造工程實例

某火電廠鍋爐為300MW循環流化床鍋爐，經過當地環保部門監測，該火電廠SO2排放濃度可滿足標準限制要求，但爐內脫硫效率偏低，未能達到設計值要求，經調查研究該火電廠循環流化床鍋爐脫硫效率低的主要原因大致有：（1）該火電廠實際燃用煤種大幅偏離設計煤種、硫份大幅高于設計煤種硫份。（2）石灰石添加輸送系統存在出力不足、下粉不暢、堵管、磨損等問題，導致石灰石添加量不足，鈣硫比不能滿足要求，最終導致脫硫系統無法穩定運行，脫硫效率較低。針對電廠爐內脫硫存在的問題，最終確定了相應的爐內脫硫系統改造方案：（1）對系統進行改造：該廠的輸煤皮帶分為甲乙兩路皮帶（一運一備），在每路皮帶的1號皮帶上各自增加兩套石灰石添加系統（一運一備）。將原有的石灰石系統命名為爐內二級石灰石系統，添加粒徑小于1mm的細石灰石粉；將輸煤皮帶處新增加的石灰石系統命名為一級石灰石系統，添加粒徑小于3mm以下粗石灰石粉。（2）將鍋爐床壓降低至6—7KPa，同時降低一次風壓、適當加大一次風量，加大下二次風比、降低上二次風比；適當降低外側二次風的比例，加大內側二次風的比例，達到提高鍋爐下部和爐膛中心的供氧量、減小還原性氣氛區域的缺氧程度，增大氧化性區域，達到提高脫硫效率的目的。（3）摻燒純度高，煅燒之后形成的CaO具有多孔隙結構、比表面積、空徑分布空隙率大，反應活性好的石灰石。（4）Ca/S摩爾比控制在1.5—2之間，入爐煤硫份高時Ca/S摩爾比按上限控制，入爐煤硫份低時Ca/S摩爾比按下限控制。

5、結束語

綜上所述，盡管影響循環流化床鍋爐爐內脫硫效率的因素有很多，但要提高循環流化床鍋爐爐內脫硫效率還是可以實現的。循環流化床鍋爐爐內添加石灰石脫硫，只要挑選活性高的優質的脫硫劑、嚴格控制入爐石灰石的粒度、完善石灰石粉的儲存和輸送系統，防止板結、堵塞并實施自動化控制、合理控制爐膛溫度、選擇合適鈣硫比等措施，就能獲得較好的脫硫效果。

參考文獻：

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（作者單位：山西平朔煤矸石發電有限責任公司）