循环流化床锅炉干法脱硫的分析(改)

1、循环流化床（CFB）锅炉干法脱硫的分析罗伦俊 （重庆松藻煤电公司电力运行公司）摘要：本文阐述了循环流化床（CFB）锅炉在运行条件下产生的SO2进行分析，并考虑降低在合格范围内。CFB锅炉燃烧温度较低，可有效控制煤燃烧过程中产生NOx，还可直接将石粉加入炉膛内进行脱硫，且具有燃料适应性广、燃烧效率高等优点，因而得到广泛应用。但CFB锅炉的干法脱硫方式是将石灰石直接加入锅炉中，随同燃料一起进入炉膛进行脱硫，或者向炉膛密相区加入粒径约1mm的石灰石进行脱硫，发生一系列的化学反应，最终达到脱硫效果。关键词：循环流化床锅炉；干法；脱硫0引言目前中国是世界上最大的煤炭生产和消费国。在取得经济高速发展的同时

2、也承受着巨大的环境压力，SO2排放量从2004年之后达到2255万t，目前居世界第一位。所以国家对环保方面越来越重视也对火力发电厂的烟气排放标准要求越来越严格。循环流化床（CFB）燃烧技术是最近几十年发展起来的一种新型燃烧技术，由于循环流化床锅炉具有燃料适应性广、燃烧效率高的特点因此近年来有了很大的发展。随着我国环保要求日益严格，火电厂大气污染物排放标准由GB-13223-2011代替GB-13223-2003，新建锅炉SO2排放值为100mg/Nm3和200 mg/Nm3（位于广西壮族自治区、重庆市、四川省和贵州省的火力发电锅炉执行该限值），现有锅炉SO2排放值为200mg/Nm3和400

3、mg/Nm3（位于广西壮族自治区、重庆市、四川省和贵州省的火力发电锅炉执行该限值），由此可见，我们是任重而道远。现在我们就对循环流化床锅炉干法脱硫进行简单的分析。1 CFB 锅炉简介1.1 CFB 锅炉的结构特点CFB 锅炉由流化床燃烧室及一个旋风分离器和返料器组成循环燃烧系统。煤斗中的燃料经螺旋给煤机或气力输送进入炉膛燃烧, 产生的热烟气携带未被燃尽的细颗粒煤炭进入旋风分离器, 被分离器分离的细煤粒由返料器送回炉膛循环燃烧。热烟气由旋风筒出口进入对流管束及省煤器, 由除尘器除尘后，最后经脱硫麻石塔处理后排入大气。物料在锅炉中反复循环再燃烧, 为燃尽和脱硫提供了良好的条件。1.2 CFB 锅炉

4、的运行特点大量炽热的物料通过循环系统不断循环产生了流化床锅炉的诸多独特优点:1.2.1 燃烧效率高由于小颗粒燃料在系统里反复循环,它在里面停留的时间非常长,它的停留时间远大于它本身颗粒燃烧的时间,这样放出的炉渣和循环灰含碳的成分极低。燃烧效率高,一来可增加热效率,二来可节约能源。CFB锅炉煤的燃烧效率可达97%99% ,燃用类无烟煤锅炉的热效率达87.66% ,且运行热效率和测试热效率基本相同,比国家标准76%高11.66%,比我国当前工业锅炉50%60%的平均热效率高出更多。1.2.2 燃料适应性广由于流化床内温度一般为850900(燃用无烟煤时温度偏高,可达9501000),床内物料蓄热量

5、大,少量新加入的燃料能迅速着火。因此这种炉型能适应煤矸石、烟煤、无烟煤、泥煤、石油焦、纸渣、木屑、垃圾等几乎所有的固体燃料。1.2.3 脱硫效率高CFB 锅炉的脱硫原理是在燃烧中加入适当比例和颗粒度的石灰石与燃料一起进行循环燃烧, 加入的石灰石在炉内循环时间长,只有很少量极细的石灰石容易被带出锅炉。锅炉额定负荷工况下,其大部分石灰石都能与烟气中的SO2进行充分反应。1.2.4 环境污染小由于CFB 锅炉属低温燃烧,氮氧化物排放浓度非常低,一般为250ppm左右,这是链条炉和煤粉炉所不易实现的。此外,炉内添加石灰石可实现有效脱硫,一般脱硫效率可达70 %80 %。CFB 锅炉的燃烧温度是900左

6、右,这一温度既能抑制SO2的生成,又使石灰石能充分分解。实践证明,在钙硫摩尔比为2.02.5时,脱硫效率可达到90%。1.2.5 负荷调节特性好CFB锅炉床层中存有大量的850900的物料,蓄热量大。新加入的燃料在床内处于强烈紊流燃烧状态,不存在低负荷稳定着火燃烧问题,负荷变化适应性强。2 循环流化床锅炉炉内添加石灰石脱硫机理CFB锅炉炉内脱硫通常采用向炉内添加石灰石等脱硫剂在燃烧的同时实现脱硫。天然石灰石是一种致密的不规则结构,主要成份是CaCO3。石灰石在炉内经过煅烧后分解,颗粒中CO2 析出, Ca2CO3颗粒就变成多孔的CaO颗粒,孔隙率和比表面积均有极大增加。CaO颗粒中由于大量气孔

7、的存在,以及表面积的大大增加,一方面有利于贮集反应产物,另一方面可以使反应气体穿透至颗粒内部进行反应,因此大大加速了CaO与SO2反应生成CaSO4的机会,于是原煤中的硫分就被固化为硫酸钙进入灰渣中,最后排出床层。一般而言,CaCO3在炉温高于600后开始分解生成CaO,并随着温度的升高,分解速度加快,且CaCO3直接与SO2发生反应,及CaO与SO2发生反应的能力逐渐增强,脱硫反应速度逐渐变快。因硫酸盐化反应是可逆反应，所以当反应温度超过一定的数值后,尽管脱硫反应速度很快,其逆向反应速度也逐渐加快。主要反应方程式如下:分解反应: CaCO3 CaO + CO2 脱硫反应(硫酸盐化反应) :

8、CaCO3 + SO2 + 1/2O2 CaSO4 + CO2 ; CaO + SO2 + 1/2O2 CaSO4 脱硫逆向反应: CaSO4 CaO + SO2 + 1/2O2CFB 锅炉是使物料循环利用的流化燃烧方式,其在炉内脱硫方面有两个明显的优点:一是炉内正常运行的温度与石灰石煅烧分解温度(约为850 左右) 相符合,有利于石灰石的分解,同时正在运行的CFB 锅炉炉膛具备了硫酸盐化过程所需的富氧条件,因此,CFB 锅炉为炉内添加石灰石脱硫提供了极有利的外部条件。其二,因脱硫剂参与了物料循环,使未被利用或利用得不充分的脱硫剂可以在炉内被反复循环使用,延长了反应时间,提高了脱硫剂的利用率。

9、3 CFB 锅炉添加石灰石脱硫的影响因素3.1 钙硫比的影响当Ca/S比增加时,脱硫效率增加。对不同的炉型来说,要达到一定的脱硫效率,Ca/ S 比是不同的。例如,要达到90%的脱硫效率,常压鼓泡床锅炉的Ca/S比为3.03.5,常压循环流化床锅炉为2.02.5,增压流化床锅炉为1.52.0。显然,较高的Ca/S比意味着石灰石耗量的增加, 即运行费用增加。所以,石灰石系统设计要求是在保证一定脱硫效率的前提下,尽量降低Ca/S比，能够近一步降低石灰石使用费用。3.2 床温的影响床温对脱硫效率具有重大影响,因为主要的脱硫反应:CaO + SO2 + 1/2O2 CaSO4脱硫反应的最佳温度为825

10、850,超过这一温度时,则发生逆反应:CaSO4 CaO + SO2 + 1/2O2逆反应使脱硫效率下降。所以,如果仅从脱硫考虑,循环流化床内的燃烧温度应控制在825850。但是,床温的选择需综合考虑多方面的因素,除脱硫效率外,还有燃烧效率、NOx排放、CO排放等诸多因素。从燃烧上说,床温越高,燃尽率越高,为控制NOx的排放,最好选择较低的床温;为控制C0的排放,最好选择较高的床温。综合以上各方面的因素,一般在燃用高挥发分煤时,选择850左右的床温,在燃用低挥发分煤时,选择950左右的床温。3.3 气相停留时间及炉膛高度的影响SO2在炉内的停留时间越长,与吸收剂的接触时间越长,越有利于SO2的

11、脱除,但硫酸盐化的反应速度又取决于SO2的浓度。因此增加CFB炉膛高度以延长SO2的停留时间对脱硫效果的促进作用是按指数衰减的。在设计中气相停留时间大约控制在46s。3.4 料层厚度和流化速度的影响虽然增加料层厚度,可以延长床料的停留时间,提高脱硫效率,但是料层厚度增加1倍,其脱硫率只增加15%。原因是气泡在床层内合并长大,使烟气与脱硫剂的接触时间减少。可见,增加料层厚度虽可提高脱硫率,但效果不大。流化速度也影响脱硫效率,降低流化速度可以延长脱硫剂在床内的停留时间,提高脱硫效率。但是,对CFB锅炉来说,因物料多次循环,流化速度的影响不很重要,重要的是气固分离器捕捉细颗粒的能力。3.5 石灰石颗

12、粒直径的影响石灰石的颗粒直径对床内脱硫反应工况具有重要的影响。如果粒子太细,它从床内飞出后不能被气固分离器捕捉送回,不能被充分利用;粒子太粗,CaO与SO2反应后在颗粒表面形CaSO4, 由于Ca2SO4的分子量比CaO大得多,所以颗粒外表面致密的CaSO4层阻止了SO2 与颗粒中心区域CaO的进一步反应。因此,在CFB锅炉脱硫过程中,对石灰石的颗粒尺寸具有严格的要求。结语随着火电厂大气污染物排放标准的不断提高，循环流化床锅炉通过常规的高效清洁燃烧技术难以满足现有的环保要求。通过对现有可行的循环流化床锅炉脱硫技术的分析，得出如下结论：循环流化床锅炉炉内添加石灰石脱硫，只要挑选活性高的优质的脱硫剂、严格控制入炉石灰石的粒度、完善石灰石粉的储存和输送系统，防止板结、堵塞并实施自动化控制、合理控制炉膛温度、选择合适钙硫比等措施，一定能获得较好的脱硫效果。参考文献：1.蔡元丰 内江示范电站循环流化床锅炉结构特点和脱硫技术 华北电力技术 19972.周一功 循环流化床锅炉添加石灰石脱硫对锅炉效率的影响 环境技术 19973.邹 峥 无烟煤循环流化床锅炉炉内脱硫探讨