循环流化床锅炉炉内掺烧石灰石脱硫对烟尘浓度的影响分析

曹露+马红友+史学峰

摘 要：本研究以锅炉燃烧原理、物料平衡为基础，并结合工程实例，对循环流化床锅炉炉内掺烧石灰石脱硫对烟尘浓度的影响进行了定量分析计算，说明了炉内掺烧石灰石为烟尘浓度达标排放分析必须考虑的因素，为循环流化床锅炉的烟尘浓度排放计算提供了参考和借鉴，具有一定的参考价值和现实意义。

关键词：循环流化床；石灰石；烟尘

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.031

1 前言

循环流化床（CFB）燃烧技术是近几十年发展起来的一种新型燃烧技术，相比于一些常规的煤燃烧技术，其具有燃料适应性广、负荷调节性好、燃烧效率高、NOx排放低、高效脱硫的特点[1]，近年来得到了广泛的应用，其应用范围从小型工业锅炉发展到大型电站锅炉。作为循环流化床锅炉的特点以及优点之一，炉内掺烧石灰石脱硫已经成为一项稳定有效的脱硫措施在循环流化床锅炉上配套使用。在以往的相关研究中，关于对循环流化床锅炉炉内掺烧石灰石脱硫对烟尘浓度的影响研究较少，大多为一些定性的认识，缺乏定性的科学计算，随着目前环保排放标准的日趋严格，对于锅炉污染物排放计算也更加科学化、精细化，尤其在目前提倡火电厂大气污染物“超低排放”的背景下。掺烧石灰石脱硫对烟尘浓度的影响就显得更为突出，本研究以锅炉燃烧原理、物料平衡为基础，对循环流化床锅炉炉内掺烧石灰石脱硫带来的灰渣量以及烟气量变化从而进一步导致的烟尘浓度的变化进行了定性计算，并进行了实例验算。为循环流化床锅炉的污染物排放计算提供了参考和借鉴，具有一定的参考价值和现实意义。

2 计算方法

2.1 石灰石耗量

循环流化床锅炉炉内掺燒石灰石脱硫是将石灰石粉掺入燃料中在炉内同时燃烧，在炉内高温下石灰石（CaCO3）受热分解成CO2与多孔CaO，CaO与SO2反应生成CaSO4。其反应方程式如下[2]：

CaCO3→CaO+ CO2

CaO+SO2+1/2O2→CaSO4

根据以上反应方程式，石灰石耗量可以用下式进行计算：

式中：B石灰石为石灰石耗量，t/h；B为耗煤量，t/h；Sar为燃煤收到基硫份，%；CaOy为石灰石氧化钙含量，%；α为钙硫比，通常在1.2～2.5。

2.2 石灰石分解增加的烟气量

在循环流化床锅炉炉内掺烧石灰石脱硫的过程中，石灰石的分解产生二氧化碳从而增加了烟气量，根据石灰石分解的反应方程式，该部分烟气量可采用下式估算：

式中：VCO2 为炉内喷钙时CaCO3分解产生CO2增加的烟气量，m3/h；B石灰石为石灰石耗量，t/h；KCaCO3为石灰石纯度，%。

2.3 石灰石增加的灰渣量

根据炉内石灰石脱硫的反应原理，添加石灰石增加的灰渣量主要包括石灰石中氧化钙与二氧化硫反应生成的硫酸盐物质、未参与反应的过量氧化钙以及其它一些惰性物质。该部分灰渣量可用下式估算[3]：

式中：ΔS为加石灰石脱硫增加的灰渣量，t/h；B为石灰石为石灰石耗量，t/h；CaOy为石灰石氧化钙含量，%；ΔSO2为脱硫量，t/h。

2.4 烟尘排放量及排放浓度

烟尘产生量及排放浓度可按以下经验公式计算：

式中：Gy为烟尘排放量，t/h；C尘为烟尘排放浓度，mg/m3； Qnet，ar为燃煤收到基低位发热量，kJ/kg；Aar为燃煤收到基灰份，%；dfh为飞灰份额， %；η为除尘器效率，%；V为烟气量，m3/h。

3 实例验算

本次研究以某2×350MW循环流化床机组为例，对炉内掺烧石灰石脱硫带来的灰渣量以及烟气量的增加从而导致的烟尘浓度变化进行了验算，验算过程中充分考虑了不同钙硫比情况下烟尘浓度的变化情况。

3.1 煤质及耗煤量

该电厂装机规模为2×350MW超临界空冷汽轮发电机组，配2×1200t/h循环流化床锅炉。2台炉耗煤量608 t/h，煤质成分为灰份22.2%、挥发份40.7%、硫1.15%、低位发热量2667 kcal/kg、。

3.2 验算结果

根据前述计算方法，结合该电厂的煤质及耗煤量，在钙硫比通常为1.2～2.5的情况下，对炉内脱硫石灰石耗量、灰渣量、烟气量以及烟尘产排量、产排浓度进行了验算。在验算烟尘的产生及排放浓度时，对是否考虑掺烧石灰石增加的烟尘量以及石灰石分解增加的烟气量进行了不同组合情景下的验算，以定性说明上述两项因素对烟尘排放浓度的影响。烟尘验算的组合情景见表1，验算结果见表2～4。

注：除尘效率η均按钙硫比为2.5时烟尘达标（<10mg/m3）排放效率99.98%计。

由上述验算结果可以看出在同样的参数取值下，情景A的烟尘产排浓度均明显大于情景B，而A1与A2、B1与B2的烟尘产排浓度则相差很小。

由此说明：循环流化床锅炉炉内掺烧石灰石脱硫时，在钙硫比通常的取值1.2～2.5范围内，会增加较多的灰渣排放量，对烟尘排放量及排放浓度的影响较大，导致其排放量及排放浓度增加9～13%左右；石灰石分解增加的烟气量占总烟气量的比例很小，该部分烟气量导致烟尘排放浓度的变化范围在0.2%左右，对烟尘排放浓度影响很小。

4 小结

循环流化床锅炉炉内掺烧石灰石脱硫对烟尘排放量及排放浓度的影响较大，导致其排放量及排放浓度增加9～13%左右，在达标排放计算时须考虑；石灰石分解增加的烟气量对烟尘排放浓度的影响很小，在实际工作中可以忽略该部分烟气量。

参考文献：

[1]林宗虎.循环流化床锅炉[M].北京：化学工业出版社，2004：3-6.

[2]谭金峰.循环流化床锅炉污染物排放量的环评计算[J].污染防治技术，2003，16（03）：19-20.

[3]王政.循环流化床脱硫技术对锅炉灰渣量的影响[J].煤炭加工与综合利用，2001（03）：52-53.

作者简介：曹露（1986-），男，湖北宜昌人，助理研究员，主要研究方向：火力发电环境评价研究。