循環流化床鍋爐SO2 濃度影響因素分析與優化研究

崔夢柯

（山西潞安煤基合成油有限公司，山西 長治 046100）

引言

本文研究內容主要是基于山西某公司2×1 165 t/h循環流化床鍋爐的運行情況進行開展的，該鍋爐是一種汽包爐，其主要特點就是亞臨界，并且可以進行自然循環。整體為封閉式，通風效果好，渣料固排，鍋爐頂部采用密封罩殼進行密封處理。煙氣脫硫除塵島在進行工作的時候主要采取的工藝為LJD 半干法脫硫除塵一體化工藝，該工藝是由某脫硫脫硝公司進行研發設計的，其主要特點就是工作高效。在對煙氣進行處理的時候其主要的操作步驟為：首先在鍋爐內部進行干法脫硫，然后進行除塵操作，其采用方式主要是靜電除塵，煙氣經過進一步循環到達流化床半干法脫硫塔進行進一步的脫硫處理，然后進入布袋除塵器進行進一步的除塵處理，最后通過引風機和煙囪完成全部操作。為了保證進行脫硫之后的煙氣能夠達到排放標準，在對其進行脫硫處理的時候采用二級煙氣脫硫除塵操作。在爐內進行脫硫操作之后煙氣的合格率高達80%，這種設計能滿足兩種不同的工況，分別是爐內脫硫與不脫硫。而在外部進行脫硫操作的合格率達到了90%，這主要是由于脫硫操作在爐外進行的時候主要采用的裝置是半干法脫硫除塵一體化裝置，除了該裝置之外，還有與之匹配的脫硫除塵島，其與鍋爐兩者之間為串聯，布置位置在鍋爐后邊。在進行處理的時候需要對石灰石礦粉的用量進行設計，其具體結果是由燃料量以及尾部SO2的用量進行分析得到的，礦粉的用量主要是通過對給料閥的轉速進行控制來進一步實現的，這種旋轉控制是采用變頻調節來進行的。一般情況下其Ca、S 摩爾比值在一定范圍內，該范圍為1.26，但是由于上述儀器在使用過程中會存在一定的損耗，導致上述比值增加，高達5 以上。

1 脫硫反應原理

1.1 爐內干法脫硫原理

本廠循環流化床鍋爐在進行工作的時候，其內部密相區的溫度很高，在一般情況下可以達到770～990 ℃。石灰石粉在進行傳輸的時候沒有經過壓縮空氣氣力時是會被送入爐膛進而到達密相區，進行傳輸時主要經過的通道為4 個石灰石口，這種石粉顆粒較小，最大不過0.25 mm。當石粉進入爐膛的時候是通過氣力進入的時候，其密相區內部存在很多的高溫物料，在石灰石粉進入的一瞬間將其裹住，由于其主要材料是碳酸鈣，在這種情況下，經過高溫的處理，其就會進行分解，之后變為生石灰氧化鈣以及CO2，在進行反應的時候顆粒的體積變小，內部間隙變大，這就使其與SO2的接觸面積進一步變大，這就是脫硫效率高的主要原因。對于鈣來說，后者的體積大于前者的體積，所以在CaO 外部的孔洞就極易被硫酸鈣黏附，進而形成堵塞，這也就導致CaO 的很多表面不能再繼續進行反應，這就致使CaSO4里面的CaO 和外部的SO2兩者之間不能及時產生反應，導致脫硫不徹底，為了完成工作就需要大量的石灰石來進行反應，增加了成本。具體反應見式（1）、式（2）：

1.2 爐外半干法脫硫原理

在進行脫硫處理時主要是通過對吸收劑用量的控制來進行實現的，也就是對供料器的轉速進行控制，進而控制SO2排放濃度，該用量的選擇主要取決于煙氣流量和排放出來的SO2濃度兩者之間的關系。為了保證消石灰和SO2兩者之間能夠進行反應，就需要將塔內的溫度進行降低，主要采取的方法是噴水。進行這一操作的脫硫技術的主要過程就是CaSO4、灰塵以及布袋這三者之間構成一個穩定的關系，稱之為循環灰，當積累達到一定程度時，就將其排出，主要的通道就是脫硫塔底部灰斗。

1）生石灰與水的水解反應見[式（3）]：

2）SO2被液滴吸收[見式（4）]：

3）Ca（OH）2和H2SO 的反應[見式（5）]：

4）部分CaSO3·1/2H2O 氧化反應[見式（6）]：

5）其他反應[見式（7）]：

2 燃料特性

該公司2×1 165 t/h 燃煤的來源主要是周邊煤礦，它的主要組成部分為2 個，分別是低熱值煙煤及矸石，對其煤質工業進行一定的材料分析，其結果見表1。

表1 煤質工業分析

3 試驗因素分析

本文進行分析的各類數據主要以該公司2×1165 t/h 提供數據為準。鍋爐內部在進行脫硫的時候主要采用的方法是向內部噴石灰石粉進行脫硫處理，該方法為干法脫硫方式，爐外部進行脫硫的時候主要采用的方式為兩種，分別是噴消石灰和水半干法脫硫方式。

3.1 過量空氣系數對SO2 的影響

本試驗中對于過量空氣系數的選擇主要是通過對二次風量進行一定的調節來實現的，它的負荷的數據為165 MW，一次流化以及返料的風量的相關數據分別為300 000 m3/h 和10 700 m3/h 左右，床溫大概是在850 ℃左右，內部的石灰石和消石灰的排量分別是5 t/h 和0 t/h，結果如圖1 所示。

圖1 過量空氣系數對SO2 的影響

由圖1 可知，SO2在進入脫硫塔的時候，進入入口的質量濃度變化比較明顯，是增加的趨勢，當過量空氣系數到1.15 時濃度最大，其范圍一般是1.12～1.14，在后面隨著該數值的變大，出口處的SO2的濃度不再增加，而是緩慢下降。在進行燃燒時如果氧氣濃度比較低，S 的存在形式主要是H2S，該物質對內部金屬腐蝕較大。當機組在運行時負荷較大，此時的系數應比1.15 大。

3.2 一次流化風量對SO2 的影響

本試驗對于SO2的用量主要是通過對一次流化風量進行調節來實現的，上述各個數據基本不變，但是床壓相比之下比較低，其變化不大。試驗結果如圖2 所示。

圖2 一次流化風量數對SO2 質量濃度的影響

根據上述數據分析之后可以得到，當其他因素變化不大時，如果一次流化風量的數據為285 000 m3/h，那么在入口處的SO2濃度就是極其小的，并且該濃度會隨風量變大或變小而變化，當該濃度比較低時，爐膛內部的SO2較多，就會影響爐膛的流化。當風量比較大時，SO2的濃度變化比較快，且呈現增加的趨勢。對于在內部脫硫，其效率會隨流化速度變大而變小。因此需要對其進行一定程度的改進，在進行灰循環的時候，由于管路較遠，就導致管路中的回灰量變少，并不能實現節約。

3.3 床溫對SO2 的影響（見表2）

表2 床溫對SO2 的影響

本試驗對一次流化和返料風量的選擇分別為310 000 m3/h 和10 800 m3/h，系數選在1.13 左右，消石灰的投放量為0 t/h。

由此可見，當鍋爐溫度在850～900 ℃時，內部的SO2與CaO 之間反應較大，在進行排放時濃度最低。但是當床溫大于870 ℃，脫硫效率會被影響，所以在負荷比較低時，應調整風煤比提高床溫；當負荷比較大時就需要將床壓和一、二次風配比進行一定程度的控制，并對密相區溫度進行調節。為控制成本，需要對其進行一定的改進，主要是將爐前石灰石改為爐后，進而進行運輸。

4 結語

1）脫硫率最大時對于過量空氣系數的選擇，其數值選擇范圍為1.14～1.15，對于一次流化風的數據選擇是285 000 m3/h，也就是說此時的反應效果最好。

2）爐外進行處理時，沒有消石灰的情況下也能達標，就說明僅有一定量的石粉參與反應，隨煙氣排出外部，在內部未真正參與脫硫處理。

3）為了使煤粉流化，一般對于一次流化的風量在進行選擇時取值都很大，導致石灰石排出較快，未真正參與反應。因此，鍋爐內部脫硫不徹底，且有大量石灰石排出，改進方法如下：減小循環流化床鍋爐布風板的面積，使內循環效果變大，使石灰石粉能夠在爐內停留更長的時間；減少進入時的氣壓或在排出的位置添加裝置風帽，石粉能夠在爐膛內部停留更多的時間。