循环流化床锅炉SO2超低排放的实现

2016-08-16王利军

大科技 2016年17期

关键词：床温石灰石流化床

王利军

（山西国峰煤电有限责任公司山西汾阳 032200）

循环流化床锅炉SO2超低排放的实现

王利军

（山西国峰煤电有限责任公司山西汾阳 032200）

本文介绍了300MW级循环流化床锅炉炉内脱硫+炉外半干法脱硫工艺，SNCR脱销工艺，布袋除尘工艺，并以山西国峰煤电有限责任公司2×300MW循环流化床机组为例，论证了循环流化床锅炉采用两级脱硫实现SO2超低排放的合理性和可行性。

循环流化床；两级脱硫；超低排放

循环流化床（CFB）锅炉以其负荷调节范围广、燃料适应性强、能燃烧低热值煤、可实现炉内低成本脱硫、NOx排放量低等显著优点，被认为是一种实现资源综合利用和洁净燃烧的环保型热能动力设备得到快速发展。山西国峰煤电有限责任公司循环流化床锅炉采用两级脱硫工艺，1#机组于2015年07月通过168试验正式投产运营，烟气排放参数符合国家超低排放标准，是山西省循环流化床机组实现超低排放的首台机组。

1 CFB锅炉炉内脱硫

国峰工程采用直接在锅炉内加入石灰石的脱硫方案，该工艺简单，投资省，运行费用低。石灰石原料经过柱磨机破碎经过分选进入原料仓，通过压缩空气输送至炉前仓，通过石灰石给料机控制给料量，由石灰石输送风机提供输送动力，将石灰石粉输至锅炉炉膛，完成炉内脱硫过程。

1.1 炉内脱硫原理

循环流化床燃烧脱硫技术是指在循环流化床锅炉中将石灰石粉碎一定细度，参入煤中在炉内同时燃烧，在800～850℃时，石灰石受热分解成CO2及多孔CaO，CaO与SO2发生反应生成CaSO4。由于循环流化床锅炉带有高温旋风分离器，可使烟气携带的未完全反应的脱硫剂又返回炉膛循环利用，同时，循环流化床较低的燃烧温度确保CaO不会烧结，从而提高了脱硫效率。

化学反应方程式为：

1.2 炉内脱硫效率及影响因素

CFB锅炉在合适的Ca/S（2.2～2.5）的条件下，炉内脱硫的效率一般在80～90%，国峰煤电Ca/S达到1.5～1.8，炉膛出口SO2浓度不超过1000mg/m3，可实现≥90%的脱硫效率。CFB炉内脱硫效率主要受Ca/S、石灰石粒度、循环倍率、反应温度等几方面因素影响。

Ca/S是影响脱硫效率的首要因素，如图1所示，基本规律为Ca/S越大，脱硫效率越高，但Ca/S增大到一定程度后脱硫效率便会接近于一个临界值，不再增长，同时降低锅炉效率，增加灰渣处理量，因此应该在保证脱硫效率的前提下尽量降低Ca/S，国峰机组设计Ca/S为2.0，根据工程实践Ca/S在1.5～1.8较为经济。

图1 钙硫比对脱硫效率和二氧化硫排放浓度的影响

石灰石粒度及活性对脱硫效率的影响。石灰石的粒径分布对炉内脱硫效率有着重要影响。如果粒径过小，投入锅炉的石灰石粉未经分离器捕集、一次通过锅炉直接进入尾部烟道形成飞灰的份额较多，而这部分细石灰石粉由于与烟气接触的时间过短，利用率偏低；如果投入锅炉的粒度过大，大部分石灰石不能参与循环，与高SO2浓度烟气接触时间与接触比表面积均较小，而且由于CaO与SO2和O2反应生成的CaSO4体积大于CaCO3，会堵塞烟气中SO2进入石灰石内部的通道，导致大部分石灰石未充分参与脱硫便从排渣口排出，使石灰石的利用率降低。国峰石灰石粒径设定值为为：dmax=1.0mm，d50=0.35mm，在运行调整中对石灰石制备系统中柱磨机的间隙，及石灰石分选风机的频率来控制石灰石粒径。同时石灰石的脱硫性能与石灰石反应活性关系很大，而石灰石反应活性受石灰石的成分和内部微观结构等影响，例如晶体型与非晶体型结构、不同杂质含量与构成等。因此，选择脱硫剂时应对其化学反应性能进行分析，调研周边市场石灰石品质，找到适合的高反应活性的石灰石，以达到最佳的脱硫效率和经济性。

流化速度对脱硫效率的影响。增加流化风速，实际上增加了物料的携带速度，从而使循环回料量增加，相应的延长了脱硫剂在炉膛内的停留时间。但一次风速太大，使炉膛出口烟气速度超过旋风分离器的捕捉速度，造成循环回料量减少，反而会降低脱硫效率。可通过调节风流量、一、二次风配比等，达到调节流化风速的目的。一般情况下一次风量应尽量维持在总风量的40%。

反应温度对脱硫效率的影响。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。调节床温的主要手段是通过调节一、二次风配比改变密相区燃烧份额、改变炉内温度分布来实现。在保证床层良好流化状态的前提下，在一定的床温范围内，增加一次风量可明显降低床温。

图2 床温对脱硫效率的影响

2 CFB-FGD炉外脱硫

经过炉内脱硫后的烟气中仍含有硫分，并不符合排放标准，同时脱硫灰中含有未完全反应的CaO，针对此特点炉外脱硫采用福建龙净环保股份公司制造的循环流化床半干法烟气脱硫装置（CFB-FGD）。

2.1 炉外脱硫原理

从空预器出口来的烟气从底部进入吸收塔，在吸收塔内通过雾化喷嘴将水喷入，将飞灰中未反应的CaO活化成消石灰，必要时将消石灰喷入反应塔。消石灰以很高的传质速率与烟气中的是SO2混合反应生成CaSO4和CaSO3等反应产物，这些干态产物小部分从反应塔底排灰口排出绝大部分随烟气进入布袋除尘器，烟气经反应塔的顶部进入袋式除尘器后除去绝大部分灰，这些灰大部分经过空气斜槽和旋转给料机回送到反应塔中重复利用并满足塔内灰平衡，多余的脱硫灰通过气力输送至灰库，综合利用。

其化学反应方程式为：

2.2 炉外脱硫的效率及特点

炉外脱硫系统设计脱硫效率≥90%，保证脱硫效率＞80%，实测数据见表1。

表1 国峰1号机组二级脱硫装置实测脱硫效率（仅喷水）

CFB-FGD炉外脱硫系统有诸多优点，比如：能利用CFB锅炉飞灰中CaO，负荷低时甚至不需额外添加吸收剂生石灰，脱硫灰活性高利于综合利用；脱硫干烟气温度较高，大气扩散更有利，烟囱不需防腐，无石膏雨现象；耗水少，无脱硫废水；系统较简单、投资低、占地小、经济性好；脱硫系统尾部采用布袋除尘器，能有效避免CFB锅炉飞灰中CaO含量过高、比电阻过大等问题，实现烟尘的超低排放。