影响CFB锅炉炉内喷钙脱硫效率的主要因素及解决办法

朴明龙

（山西漳电大唐热电有限公司，山西 大同 037003）

CFB锅炉是一种节能、环保的新型燃煤锅炉。有燃料适应力强、效率高、脱硫率高、适应符合能力强、系统简单，投资小等优点。现在被广泛的应用于电力行业。由于国家对于电厂锅炉排放要求越来越高，CBF锅炉的脱硫工艺也日渐成熟。根据CFB锅炉本身的特点及原理，比较适合使用炉内喷钙的脱硫工艺。本文以山西漳电大唐热电有限公司锅炉脱硫系统增效改造为实例，分析了影响CFB锅炉炉内喷钙脱硫效率的主要因素，并提出了具体解决方案。

1 工程概况

山西漳电大唐热电有限公司于2004年建厂，配备有5台锅炉为哈锅生产的HG-240/9.8-L.MG35型CFB锅炉（参数如表1，烟气参数如表2），以燃烧发热量为3000-3500大卡的中煤和煤矸石为主，采用炉内脱硫、电袋复合式除尘器的减排方式，2013年公司实际全年平均排放浓度为：SO2：296.1mg/m3、NOx：245.3mg/m3；截止到 2014 年 7 月前基本能达到国家的现行排放标准。为了响应国家环保要求，满足14年7月执行的新排放标准，通过技术研讨和实地考察，确认仍使用炉内喷钙脱硫工艺不变，对现有脱硫系统进行增效改造。为了节约成本，本次改造本着现有设备利用最大化的原则。

表1 循环流化床锅炉技术参数

表2 烟气脱硫设计参数表

2 影响炉内喷钙脱硫效率的主要因素

2.1 反应原理

循环流化床锅炉炉内喷钙工艺是通过向炉内添加石灰石控制SO2排放，其在炉内的脱硫反应过程一般分为两步：

第一步，CaCO3的煅烧反应，即石灰石在高温下分解生成CaO和CO2。

化学方程式：CaCO3→CaO+CO2（煅烧反应）

第二步，煅烧生成的多孔状CaO在氧化性气氛中遇到SO2就会发生化合反应生成CaSO4。化学反应方程式：CaO+SO2+1/2O2→ CaSO4（化合反应）

2.2 影响脱硫效率的主要因素

2.2.1 石灰石品质

石灰石品质是影响炉内喷钙工艺脱硫效率的一个重要因素。品质的好坏，直接影响整个系统的最终结果。在石灰石品质中，主要需要关注粒度、水分、活性及CaCO3含量这四个指标。其中，CaCO3含量及活性直接影响石灰石在反应中的积极性，若过低则导致石灰石参与反应的量过小，导致脱硫效率达不到要求；石灰石所含水分会影响石灰石的物理特性，若水分过大，会导致石灰石储存和运输发生板结，甚至堵塞，影响系统的正常运行，一般保证石灰石水分不大于2%；粒度是影响石灰石反应的另一个重要因素，CFB锅炉对石灰石粒度及粒径分布有严格要求。石灰石平均粒度过大，与S02接触时间和接触表面积减小，部分CaCO3还未来得及参与反应就被外表硫酸盐隔绝，石灰石利用不充分（如图1）；还会导致输送阻力增加，增大设备磨损；燃料和石灰石粒度太小时，会随烟气大量逃逸，分离器无法有效分离，较低脱硫效率，增加飞灰含炭量。故一般采用0～2 mm，平均100～500 μm的石灰石粒度。

2.2.2 脱硫系统稳定性

除了石灰石本身的特性外，石灰石储存及输送的可靠稳定也是影响脱硫效率的重要因素。以山西漳电大唐热电有限公司的脱硫系统改造为例，比较新旧设备在先进性和稳定性上的差异，来说明系统可靠的重要性。

（1）石灰石入炉喷入点

石灰石的最佳煅烧和反应温度为800～900℃，在此温度范围内，温度越高，石灰石与SO2的反应越充分，原有旧喷口在锅炉前墙12米处两个二次风喷口内，较炉膛密相区较远，温度较密相区下部略低。改造后新喷口从炉膛后墙返料腿喷入，其位置比二次风位置低，离床料浓相区距离近，热量更充足，较容易达到石灰石的煅烧及与SO2反应的最佳温度。同时由于从返料腿处喷入石灰石，喷射速度相对二次风处要高，石灰石进入炉膛后很容易进入炉膛下部，从而其在炉内的停留时间相对稍长，加上炉膛下部温度相对上部要高20-30℃，此温度为石灰石与SO2反映的最佳温度，所以从返料腿进入的石灰石比二次风处进入的石灰石与SO2的反应更充分。且原有旧系统中石灰石从二次风喷入，由于二次风无足够穿透床料的能力，从而不能保证石灰石进入到炉膛最佳的反应场，石灰石与SO2反应也就无法充分进行，脱硫效果相对就差。新喷口位于炉膛密相区下部，且由一次风作为动力风，穿透力较强，石灰石与床料混合充分。

（2）石灰石储存、供应及输送系统

原有系统共用一个石灰石储存仓，经常出现下料不畅情况。单台锅炉输送系统配置两台缓冲仓泵，一台PSB200型旋转式变频给料机，设计输送能力4t/h，连续输送方式，输送管道为Φ114*7。石灰石输送系统实际运行中，在锅炉给煤量低于45t/h时，石灰石给料机变频调至20%以下可正常运行，锅炉SO2排放值低于200mg/m3；在锅炉给煤量在50-60t/h时，锅炉SO2排放值将达到750mg/m3以上，在增加石灰石投入量时，及给料机变频调至＞20%以后，系统即开始频繁堵管，造成输送系统停运。依据变频开度及石灰石输送流量计测算，当系统发生堵管的时候，石灰石的输送量仅为0.9～1.2t/h左右，该投入量仅能维持锅炉85%以下负荷的脱硫能力。当锅炉负荷达到额定负荷运行时，现有石灰石输送系统无法将SO2排放降至规定值，从而造成锅炉SO2排放超标。

我们将原有石灰石仓内的气化板全部更换，并在储料罐和收料罐下部设置了流化系统，保证了输料连续而均匀。将原有的立式旋转给料阀更换，使用由Mobotec PRC公司设计生产的结构和性能均比较优良的横制盘式变频旋转给料调节阀，可根据锅炉负荷，通过调节变频器的频率来调节给料机的转速来调节系统出力，从而达到满足锅炉脱硫需量。原有系统由于系统设备，管路布置等多方面缺陷，容易发生堵管，堵管后无排堵措施，只能人工清理，影响了系统运行，耗费了太多的人力物力。系统改造后，有效的避免了这些问题的发生。具体的防堵排堵措施如下：当系统将要发生物料堵塞时，会引起管道内输送气体的压力变化，此时控制系统会根据检测到的信号进行自动调节给料速度，避免堵塞。万一出现堵塞，系统会自动停止旋转给料器和关闭输送空气，等到管道中压力下降到空管压力后，系统会自动打开输送空气的控制阀，经过反复开关控制阀，对物料进行连续清吹后，可以清除堵塞。

原有系统输送管道为Φ114*7，在输送距离未达到极限时，能够满足系统要求。但是由于1#，2#炉距离较远，系统管道阻力较大，堵管几率更大，所以我们将#1、#2锅炉石灰石输送管道管径增加到DN125，减小了沿途阻力，同时也降低了设备、管道、弯头等磨损几率。

（3）石灰石输送气源品质

由于石灰石用怕潮特性，所以输送气源必须要保证干燥性。我们在改造时发现，旧系统气源管底层有大量水聚集，严重影响气源干燥性，判断旧系统经常性堵塞和此有关。改造时我们将管道内及储气罐内的水份全部排出，并新增加一个气源加热器，采用蒸汽加热的方式来加热气源。

输送气源的压力也决定着其承载石灰石的能力。旧系统由于气源母管压力过低，承载力不足以将石灰石送入锅炉，造成系统堵塞。改造后我们增加了2台28m3/h的新空压机及其配套的干燥机，彻底解决了气源压力问题，改造后管道堵塞问题得到解决。

2.2.3 锅炉燃烧环境

石灰石的脱硫能力最终还是要靠与床料燃烧发生反应来完成的，所以脱硫效率的高低，炉内燃烧环境也是一个重要的因素。为了能使石灰石与床料充分混合，石灰石的喷入位置就尤为重要。原有旧系统的屏喷入位置在锅炉上、中部二次风口。二次风喷口的喷入形式，客观上要求该喷口的二次风要有足够的刚性，能将石灰石粉喷入到炉内足够的深度，由于喷口位于锅炉密相区上部，且喷射力不足，石灰石很难与床料充分混合，脱硫效果差，浪费石灰石。另外，二次风喷口的喷入形式，如刚度足够，颗粒的细度理论上细比粗脱硫效果要好，如刚度较差，则粗粉比细粉效果好；但实际中因粗粉易堵塞输粉管，为保证系统的正常运行，我们使用细粉，导致二次风喷口磨损严重。

改造时我们将原有石灰石喷口全部作废，在锅炉后墙密相区下部中间位置和两个返料腿入炉膛上部位置重新开喷口。新喷口有效的解决了石灰石与床料混合不充分的问题，由于喷入口在密相区下部，又由一次风作为动力，所以穿透力极强，石灰石进入炉膛后迅速参与到床料燃烧中，混合充分。另外，释放了二次风喷口，有效减小了二次风喷口的磨损情况。改造后脱硫效率明显提高。

3 结语

炉内喷钙脱硫作为一种低投资，高效率的脱硫工艺，在我国的CFB锅炉领域应用广泛。通过对石灰石品质、系统可靠性及炉内反应环境的改善，解决了石灰石输送堵塞、系统可调性差及炉内反应时间短等问题，有效的提高了脱硫效率，节约了运行成本，满足国家新的排放标准，有效降低了SO2的排放。