石灰石法炉内脱硫对锅炉热效率影响分析

张 峰

(大连市节能技术服务中心，辽宁 大连 116021)

石灰石法炉内脱硫对锅炉热效率影响分析

张 峰

(大连市节能技术服务中心，辽宁 大连 116021)

通过石灰石脱硫改造实例对石灰石脱硫对锅炉的影响进行分析计算，得到各部分影响所带来的损失量所占比重，进而分析在不同钙硫比条件下，对锅炉热效率影响的变化趋势，以及两者之间的相互关系，为锅炉的减排改造提供借鉴意义。

脱硫；锅炉效率；影响

0 引 言

近年，国家颁布实施了新的污染物排放标准《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2011)，对主要地区的污染物排放物标准进一步提高，同时，国务院也颁布了《大气污染防治行动计划》(国发[2013]37号)，对全国主要地区的污染物排放进行了具体规划。所有这些都要求现有运行的电厂要不同程度的根据自己的情况对减排设备进行升级改造。

目前，不少电站锅炉采用的脱硫技术是炉内喷钙干法，该技术以其装置简单、投资小、运行成本低的特点应用较为广泛。炉内喷钙是把干的吸收剂(石灰石粉、消石灰或白云石等)直接喷到锅炉炉膛的气流中去，炉膛内的热量将吸收剂煅烧成具有活性的CaO粒子，这些粒子与烟气中的SO2反应生成硫酸钙(CaSO4)和亚硫酸钙(CaSO3)，这些反应产物和飞灰一起被除尘设备所捕获。本文以某电厂采用该工艺改造项目为案例，计算分析该脱硫工艺对锅炉燃烧热效率的影响。

1 脱硫对锅炉的影响计算

根据我市某热电厂改造项目锅炉脱硫基本参数可知：入炉平均低位发热值为13 782 kJ/kg，平均给煤量为47 000 kg/h，钙硫比为4∶1，石灰石纯度为90%，脱硫效率为80%，煤种含硫0.5%，石灰石含碳酸钙纯度90%，碳酸镁纯度5%。

1.1 添加的石灰石投入量

先计算需要消耗的碳酸钙的数量：

BCaCO3=(100/32)*(Ca/S)*(Sar/100)*Bj=

3.125*4*0.005*47 000=2 937.5 kg/h

根据消耗的碳酸钙的量可计算入炉石灰石的量为：

Bs=BCaCO3/=2 937.5/0.9=3 263.88 kg/h

1.2 石灰石对入炉热量的影响

煤炭中除主要含有碳元素外还含有硫、卤素等元素，所以燃烧后形成的烟气中除CO2外还有SO2、SO3、HCl等，但煤炭中硫的含量要远大于卤素元素，硫在燃烧过程中形成的主要是SO2，SO3的比重很少，通常只有SO2的0.5%～2.0%[1]，所以这里只考虑SO2的反应。石灰石进入炉内所产生的化学反应主要为两个，一个为放热过称、一个味吸热过程，这两个过程可对锅炉的热效率产生一定影响。

根据上述反应方程式可得：

a) 吸热过程

2 937.5*1 830/(47 000*13 782)=0.83%

b) 放热过程

-0.5/100*80%*15 141/13 782=-0.44%

c) 此外，石灰石中还还有5%的MgCO3，其煅烧过程为吸热反应，则：

2 937.5/90*5*1 180/(47 000*13 782)=

0.03%

则综上所述，石灰石入炉对锅炉效率影响为：

(0.83-0.44+0.03)%=0.42%。

1.3 灰渣带走物理热损失

先计算入炉反应后石灰石的重量B’s为：

B’s=(1-ηCaCO3)Bs+ηCaCO3Bs{(56/100)[(Ca/S)-ηm]+(136/100)ηm}/(Ca/S)=(1-0.9)*3 263.88+0.9*3 263.88*{(56/100)*[4-0.8]+(136/100)*0.8}/4=2 441.38 kg/h

加入石灰石后灰渣物理热损失，包括飞灰和炉渣，已知排烟温度900℃飞灰焓值和炉渣焓值分别为170kJ/kg和874kJ/kg，则可得：

q’6=100*[as(ct)1+(1-as)(ct)2]B’s/BjQar=100*[0.05*170+0.95*874]*2 441.38/(47 000*13 782)=0.32%

1.4 烟气量增加造成的损失

石灰石煅烧过程中释放出CO2气体，使烟气量增加，同时CaO吸收SO2使烟气量减少。

石灰石煅烧放出的气体量：

0.891*4*0.5*25.2/(0.95*74.8)=

0.631 95(m3/kg煤)

原烟气中被吸收掉的SO2气体量为：

0.002 8(m3/kg煤)

q’2={0.891*(Ca/S)*Sar*n1*(Cθ)CO2/(nCaO(100-n1)-7*10-5ηm*Sar*(Cθ)SO2}*100/Qar=0.01%

2 对锅炉效率影响结果

通过上述计算可知添加石灰石进行炉内脱硫将对锅炉产生如下影响：

(a)化学反应吸热造成0.42%的影响；

(b)灰渣和飞灰带走物理热造成0.32%的影响；

(c)烟气量增量带走热造成0.01%的影响。

综合上述计算结果，合计造成锅炉效率影响为0.75%。

但从系统结构上讲，烟气带走部分的热量可以在尾部的余热回收装置进行热量回收，可以基本抵消此部分损失，因此，此部分构成损失的主要因素是其化学反应热损失及其产生的灰渣带走热。

3 测算结果分析

按照文献[2]中的炉内脱硫试验数据分别计算了各个参数的变化趋势图。

(1) 煤含硫量增大，对锅炉热效率影响成正比提高，两者变化趋势几乎同步，说明含硫量对锅炉热效率影响较为主要。

(2) 按照不同的钙硫比分别计算，随着钙硫比增大，炉膛内烟气中的脱硫剂颗粒浓度增加，脱硫反应表面积成比例增大，脱硫相率随之增高[3]， 但可以看到本案例中脱硫效率在钙硫比为3之后增加变得缓慢，而影响锅炉的热效率值是持续增大，说明适当的钙硫比是平衡脱硫效果和锅炉热效率影响的关键点。

图1

图2

[1] 林宗虎.实用锅炉手册[M].北京：化学工业出版社，1999.

[2] 杨玉环.钙硫比对CFB锅炉炉内脱硫效率的影响研究[J].应用能源技术，2013(6)，28-32.

[3]MARKRSTOUFFER.Aninvestigationofthemechanismoffluegasdesulfurizationbyin-ductdrysorbentinjection[J].IndEngChemRes,1989,28(1):20-27.

Analysis of the Thermal Efficiency of the Boiler Furnace Desulfurization Limestone Method Effect

ZHANG Feng

(Dalian City Energy Saving Technology Service Center, Dalian 116021, Liaoning Province, China)

Through analyzing the influence of boiler limestone desulfurization of limestone desulfurization transformation example analysis and calculation, obtains the loss quantity of each part of the influence of proportion, then the analysis in different calcium sulfur ratio condition, the change trends of the boiler thermal efficiency effects, and their mutual relations, provides the reference for emission reduction transformation of the boiler.

Desulfurization; The efficiency of the boiler; Influence

2014-11-28

2015-01-10

张 峰，男，大连市节能技术服务中心，主要从事节能技术与管理工作。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.02.008

TK229.5

B

1009-3230(2015)02-0027-03