火电厂CFB锅炉燃烧及脱硫控制技术

李少波

广西北流市环境监测站 537400

摘要：目前，我国的发电技术已不再局限于煤等不可再生资源，而是寻求新的发电原料。其中燃煤发电就是近年来新进的发电方式。燃煤发电具有清洁的特点，但是它也产生污染，其中二氧化硫就是最主要的污染物。烟气中的二氧化硫是大气污染的主要污染物之一，是形成酸雨的主要成分，酸雨严重污染环境，危害农作物生长和土壤环境。烟气脱硫是目前国际上普遍采用的一种有效消减SO2排放量的技术。本论文就实际中影响除去燃煤发电产生的二氧化硫的CFB锅炉的因素及存在问题做简单的介绍。

关键词：燃煤发电；除硫方法；改进技术

一、燃煤电厂及发电形式

燃煤发电是利用燃煤所具有的燃煤热能进行的发电，是不可再生能源发电的一种，燃煤质发电一般有以下几种发电形式：

1、直接燃烧发电 直接燃烧发电是指将燃煤质在锅炉中直接燃烧发电。

2、混合发电 混合发电是指将燃煤质与垃圾等生物质能混合作为燃料发电。混合燃烧方式分为两种。一种是燃煤质直接与煤混合后投入燃烧，一种是燃煤质气化产生的燃气与煤混合燃烧，

3、气化发电 气化发电是指燃煤质在气化炉中转化为气体燃料，经净化后直接进入燃气机中燃烧发电或者直接进入燃料电池发电。

二、燃煤电厂SO2的控制技术

目前，燃煤电厂控制二氧化硫比较常用的方法是炉内喷钙脱硫技术。炉内喷钙脱硫技术是通过向炉内直接添加石灰石粉来控制SO2排放。投入炉内的石灰石在850℃左右条件下发生煅烧反应生成氧化钙，然后氧化钙、SO2和氧气经过一系列化学反应，最终生成硫酸钙，化学反应式为：

CaCO3→CaO+CO2（煅烧反应）

CaO+ SO2+1/2O2→CaSO4（固硫反应）

石灰石在煅烧过程中，由于CO2溢出，在固体颗粒的表面及内部形成一定的孔隙，为SO2向颗粒内部扩散及固硫反应的发生创造了条件。在CFB锅炉燃烧（循环流化床锅炉）条件下，石灰石煅烧反应生成的CaO具有较高的孔隙率，脱硫反应活性好，可以有效增加石灰石有效利用率，提高CFB锅炉炉内脱硫效率。

三、CFB锅炉脱硫技术影响因素及问题存在

（1）影响因素：

循环流化床的燃烧及脱硫过程十分复杂，实际运行中影响脱硫效率的因素很多，如运行床温、钙硫比、床料粒度、流化速度、SO2在炉膛停留时间、燃料煤含硫量等，下面就一些主要影响因素进行简要分析。

1、石灰石粒径影响

石灰石经煅烧后生成CaO和CO2，CO2溢出增加了石灰石表面的孔隙率，有利于SO2向石灰石内部扩散，同时扩大了石灰石与SO2结合面，提高了石灰石脱硫效率和利用率。但是，石灰石的粒径对燃烧有很大的影响。粒径过小将减少其在炉膛内的停留时间，增加了未反应就逃逸的SO2的量，从而降低了石灰石利用率和脱硫效率。而粒径过大，反应产物CaSO4会堵塞石灰石表面的孔隙，阻止SO2向颗粒内部扩散，同样会降低石灰石利用率和脱硫效率。

2、CFB锅运行床温的影响

锅炉运行床温对脱硫效率影响较大。脱硫的最佳温度并不是一个常数，它与脱硫剂石灰石的活性、粒径、煅烧条件等有关，一般控制在800—900℃。温度过低，石灰石煅烧反应速度变慢甚至不能完成煅烧反应，脱硫效率下降。温度过高，脱硫反应逆反应速度加快，更多CaSO4将会分解为SO2，也会降低脱硫效率。

3、钙硫比的影响

试验研究结果表明，当钙硫比低于2.5时，随钙硫比的增大，脱硫效率增加很快。这是由于随着钙浓度的增加加快了固硫反应速度，随着钙量的增加SO2被反应的数量成比例增加。当钙硫比大于2.5时，增加钙的投入量，脱硫效率提高不多，不仅浪费脱硫剂，也会增加灰渣的物理热损失。87 mg/Nm，环保与经济效益明显。

（2）存在问题

循环流化床锅炉通过向炉内喷钙或向炉内喷石灰石粉来控制SO2排放，石灰石在高温条件下首先锻烧生成氧化钙，然后再与SO2和氧气经过化学反应生成硫酸钙，其化学反应方程式如下：

CaCO3→CaO+CO2（分解反应）

CaO+SO2+1/2 O2→CaSO4（固硫反应）

与传统的尾部烟气脱硫工艺相比，炉内脱硫技术占地面积少、初投资和运行成本低、不消耗水资源、没有副产品和二次污染、系统简单、维护量少。

但是，该技术在使用中常见的问题主要有石灰石容易板结堵管、旋转给料机易卡死、石灰石耗量大等，国内运行的相当一部分循环流化床锅炉脱硫效率低于80，造成这种情况的原因主要有以下几点：

（1）锅炉实际排硫量大于设计值。部分电厂实际排硫量甚至是原设计值的2￣3倍。这种情况下系统投运后很难满足环保要求；

（2）炉内设计不合理。没有考虑石灰石这种高密度物质输送难的问题。在后续项目中反复出现问题但是没有得到及时消除。

（3）考核指标单一，不合理。日常运行时仅将CaCO3含量、粒径作为石灰石性能考核指标，没有考虑石灰石自身的反应活性，参考指标单一，影响了脱硫效率。

四、改进及效果验证

改进方法：将锅炉尾部电除尘器一电场收集的飞灰送回石灰石粉仓，进入锅炉炉膛内的密相区，实现循环燃烧，该提高了石灰石的利用率。

效果验证：

①将未能在炉膛内充分燃烧的小颗粒飞灰被重新送回炉膛燃烧，有效延长了脱硫反应时间。对回燃系统投用前后飞灰成分进行分析得知飞灰中CaSO/4CaO有明显增大，这说明石灰石的利用率明顯提高。

②实行改进后，连续监测烟气SO2浓度排放浓度，经实测参数表明，相同Ca/S摩尔，烟气SO2排放浓度平均下降

循环流化床锅炉具有燃料适应面广、负荷调节性能好、燃烧效率高、污染物排放水平低的特点。但是，我国实际生产运行的循环流化床锅炉的脱硫效率还比较低，烟气中SO2的排放浓度高，远没有达到我国《锅炉大气污染物排放标准》及《火电厂大气污染物排放标准》中规定的要求。发改委等环保部门要求CFB锅炉必须安装尾部脱硫装置。但由此将大幅度提高脱硫初投资和运行成本，并产生脱硫副产物和二次污染问题，不利于CFB锅炉用户的经营，降低了CFB锅炉用户的市场竞争力。所以，努力寻求更好的解决方法是当务之急。

结语： 随着环境问题的日益突出，严重危害人们的身体健康与社会的可持续发展，已经成为威胁生存和发展的重大社会问题。当前燃煤质发电是国家大力推崇的一种发电技术，但是也会产生二氧化硫污染。本文就影响脱硫技术的因素和存在问题及改进方案给于简单的介绍。希望对实际的发展有所帮助。

参考文献：

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