循环流化床锅炉脱硫机理与影响因素探究

杨原魁

[摘要]脱疏技术在我们的实际生产当中扮演着十分重要的角色。循环流化床锅炉炉内脱疏则是当前一种有效的脱疏方法。但是，从目前实际生产运行的循环流化床锅炉脱硫状况来看，脱硫效率还比较低，排放的锅炉烟气中 SO2浓度高、排放量大，远没有达到国家标准规定的要求。为此，本文对循环流化床锅炉脱硫机理与影响因素进行了探究，以期为提高此项技术脱疏效果提供理论依据。

[关键词]循环流化床;脱疏机理;脱疏技术;影响因素

循环流化床脱硫是国外20世纪80年代后期开发的一种新的脱硫技术，兼有高效除尘和烟气净化功能，运行费用低等特点。循环流化床锅炉因其燃料适应面广、负荷调节性能好、燃烧效率高、可通过向炉内添加石灰石减少 SO2排放等优点，得到了广泛的应用。但是存在脱硫效率比较低、锅炉烟气排放出来的 SO2浓度过高等问题。为此，有必要探讨此项脱硫技术的脱硫影响因素。

一、循环流化床内脱硫机理

循环流化床锅炉脱硫是一种炉内燃烧脱硫工艺，以石灰石为脱硫吸收剂，石油焦和石灰石自锅炉燃烧室下部送入，一次风从布风板下部送入，二次风从燃烧室中部送入。石灰石在850℃～900℃床温下，受热分解为氧化钙和二氧化碳。气流使石油焦、石灰石颗粒在燃烧室内强烈扰动形成流化床，燃料烟气中的SO2与氧化钙接触发生化学反应被脱除。为了提高吸收剂的利用率，将未反应的氧化钙、脱硫产物及飞灰等送回燃烧室参与循环利用。按设计，II电站CFB锅炉钙硫比达到1.97时，脱硫率可达90%以上。

高硫石油焦在加热到400℃就开始有硫份析出，经历下列途径逐步形成SO2， 即硫的燃烧过程：

S--→H2S--→HS--→SO--→SO2

硫的燃烧需要一定的时间，石油焦床内停留时间将影响硫的燃烧完全程度，其随时间同步增长。同时床温对硫的燃烧影响很大，硫的燃烧速率随床温升高呈阶梯增高。

以石灰石为脱硫剂在炉膛内受高温煅烧发生分解反应：

△CaCO3--→CaO + CO2 - 179 MJ/mol

上式是吸热反应。由于在反应过程中分子尺寸变小，石灰石颗粒变成具有多孔结构的CaO颗粒，在有富余氧气时与床内石油焦的析出硫分燃烧生成的SO2气体发生硫酸盐化反应：CaO + SO2 + 1/2 O2--→CaSO4 + 500 MJ/mol

使Ca0变成CaSO4即达到脱硫目的。但是生成的CaSO4密度较低，容易堵塞石灰石的细孔，使SO2分子不能深人到多孔性石灰石颗粒内部，所以，Ca0在脱硫反应中只能大部分被利用。

二、影响脱硫效率的因素分析

1钙硫比

Ca/S摩尔比是影响脱硫效率和SO2排放的首要因素，随着Ca/S摩尔比的增大，脱硫效率提高。但研究表明，当Ca/S摩尔比高于2.5后，继续增大Ca/S摩尔比或脱硫剂量时，脱硫效率提高得很少。继续增大脱硫剂量则会带来副作用，如增加灰渣物理热损失，影响燃烧工况，使NOx排放提高等。因此，循环流化床运行时Ca/S摩尔比一般在1.5～2.5之间。钙硫比与脱硫率的关系基本如图1所示。

图1  钙硫比对脱硫效率的影响

2.运行床温的影响

锅炉运行床温对脱硫效率影响较大， 这是由于床温的变化直接影响脱硫反应速度、固体产物的分布和孔隙堵塞特性， 所以床温会影响脱硫反应的进行和脱硫剂的利用率。脱硫的最佳温度并不是一个常数， 它与脱硫剂的品种、粒径、煅烧条件等有关， 一般控制在 800 ℃～900 ℃之间。温度太低时， 脱硫反应变慢， 脱硫效率下降; 温度太高时， CaSO4将会分解为 SO2， 也会降低脱硫效率

3.床料粒度的影响

脱硫剂和燃料的粒度以及两者的粒径分布对脱硫效率也有较大影响。采用较小粒径的石灰石易使 SO2扩散到脱硫剂核心， 其参与反应面积增加， 有利于脱硫。但石灰石粒度太小或使用太易磨损的石灰石会增大其以飞灰形式的逃逸量， 使脱硫效率下降。

4.循环倍率

循环倍率越大，脱硫效率越高。但并不是循环倍率越高越好，实际上当循环倍率达到一定值时再循环是没有意义的。因为飞灰的再循环延长了石灰石在床内的停留时间，提高了脱硫剂的利用率。但当悬浮空间颗粒浓度>30kg/m3后，脱硫效率增加缓慢。因此循环流化床锅炉存在一个最佳的循环倍率。循环倍率根据实际情况的不同而有所不同，通常在100～150倍之间。

5.负荷变化

循环流化床锅炉负荷在较大范围内变化时，脱硫效率基本不变或变化不大。只有在极端情况下，如工况变动较快、处于极端负荷时，由于床温、气速、流体动力及密相区烟气中SO2析出浓度变化较大，对脱硫效率有较大影响。

三、解决循环流化床锅炉脱硫问题的对策

1.加强炉内脱硫技术的研究

由于循环流化床锅炉炉内加钙脱硫的影响因素较多， 对脱硫效率的影响较大， 因此， 国家应加大这方面研究的投资力度， 并与实际生产相结合， 在运行中摸索、总结各因素与脱硫率间的关系， 简化控制因素， 不断提高参数控制的可操作性， 从而提高脱硫效率。另外， 要获得稳定的脱硫效率， 必须采用适用、先进的控制手段， 如采用 DCS 控制系统、安装烟气SO2连续监测仪等， 以实现石灰石添加的自动、准确给料。除进一步改进锅炉设计、提高操作的自动化水平外， 还应加快开发研制新型的脱硫剂， 通过提高脱硫剂的使用效率， 降低钙硫比， 减少添加量， 从而减轻因加入脱硫剂而对锅炉运行产生的影响。

2.制定配套相关政策并加强管理和监督

国家有关部门应尽快制定针对锅炉脱硫厂家运行的有效激励政策，使已投运的循环流化床锅炉都能发挥炉内脱硫优势，降低燃煤排放SO2对环境的影响。对于循环流化床锅炉脱硫的管理和监督，应和我国目前实施的SO2总量控制结合起来。对于新建的循环流化床锅炉，其排放量必须符合当地 SO2总量控制指标的要求。

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