提高循环流化床锅炉炉内脱硫效率分析

刘力

摘要：循环流化床锅炉具有效率高、燃料适应性广、负荷调节灵活、环保性能好等优点，近年来发展非常迅速，技术日趋成熟。随着我国火电厂大气污染物排放标准的严格实施，公众对环保要求越来越高，国内一些拥有循环流化床锅炉的电厂正在改造完善或新加脱硫装置。基于此，本文从循环流化床燃烧优点，炉内脱硫原理、脱硫效率影响因素等几方面出发，分析了如何提高循环流化床锅炉炉内脱硫效率。

关键词：循环流化床；锅炉；炉内；脱硫效率

1、循环流化床燃烧优点

（1）循环流化床燃烧技术具有一些常规的煤燃烧技术（如层燃和煤粉燃烧）所不具备的优点，如具有脱硫脱硝功能燃料适应性强，可燃烧劣质煤，负荷调节性能强等。由于循环流化床燃烧温度正好是石灰石/石灰脱硫反应的最佳温度，因而在床内加入石灰石或白云石可有效地脱除在燃烧过程中生成的SO2。（2）燃料适应性强。由于循环流化床床内惰性物料的巨大热容量，以及流态燃烧过程中十分良好的传热、传质和混合过程，因此循环流化床虽然是一种低温燃烧方式，但它却可以燃用一切种类的燃料并达到较高的燃烧效率。

2、循环流化床锅炉炉内脱硫原理

循环流化床锅炉是近年来发展较快又得到广泛应用的清洁燃烧技术，具有高脱硫率和低氮氧化物排放的特点。目前国内循环流化床锅炉炉内脱硫原理为在流化床床层内加入石灰石（CaCO3）或白云石（CaCO3·MgCO3），投入炉内的石灰石在800～850℃左右条件下煅烧发生分解反应生成CaO和CO2，然后氧化钙、SO2和氧气经过一系列化学反应最终生成硫酸钙，达到脱硫目的。

3、循环流化床锅炉炉内脱硫效率的影响因素及提高建议

3.1流化速度的影响

一次风系统提供循环流化床所必需的流化风。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。但如果一次风速太大，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。在运行中，可通过调节一次风流量、一、二次风配比等，达到调节流化风速的目的。

3.2Ca/S摩尔比的影响

Ca/S比是影响脱硫效率和SO2排放的首要因素，燃用低硫煤时，烟气中SO2的浓度低，石灰石与SO2反应速度慢，消耗石灰石量相对较大，要求Ca/S比就高。脱硫剂石灰石的特性主要包括：石灰石的反应活性、化学组成、煅烧产物CaO的比表面积、孔隙率、孔径分布和孔隙结构等。在特性当中石灰石反应活性的高低对脱硫影响较大。脱硫剂的反应活性是指吸收剂与二氧化硫进行表面化学反应的难易程度。脱硫吸收剂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。

3.3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。而循环流化床锅炉床温的选择和运行控制又和锅炉设计尤其是受热面布置、运行负荷、灰渣燃尽、NOx污染物排放等因素密切相关。研究表明，脱硫反应的反应速度一开始随温度升高而升高，在820～850℃时达到最佳值。之后随温度升高到870～1000℃，反应速度开始下降，CaO内部分布均匀的小晶粒会逐渐融合成大晶粒，随着温度升高，晶粒越大，CaO的比表面积减小和表面结壳失去吸收SO2的活性，都使脱硫效率降低。在更高的床温下超过1000℃，CaSO4还会逆相分解放出SO2，进一步降低硫酸盐化的化学反应速度，降低脱硫效率。

3.4石灰石粒度的影响

石灰石粒度大时其脱硫效率明显下降，这是因为脱硫剂总的反应表面小而使钙的利用率降低。但石灰石的颗粒也不能太细，因为现在常用的旋风分离器只能分离出大于75μm的颗粒，而小于75μm的颗粒由于不能再返回炉膛而降低了钙的利用率。研究表明，用于循环流化床锅炉炉内脱硫的石灰石最佳粒度为0.2～1.5mm。一般循环流化床锅炉燃煤要求的颗粒度控制在0～13mm，只要粗碎+细碎就能满足要求。为了适应炉内脱硫的需要，最好燃煤的粒度与入炉石灰石的粒度一致。

3.5石灰石输送系统的影响

由于石灰石粉具有硬度高、堆积密度大、离散性大、易吸水受潮结块、逸气性强和亲和力差等特性，因此石灰石粉属于较难输送的物料。因此在石灰石输送系统运行过程中，若设计不合理、设备质量本身不过关，就会影响石灰石输送系统的稳定运行，造成石灰石输送系统出力不足、下粉不畅、堵管、磨損及设备不可靠等问题，这些问题最终导致循环流化床锅炉脱硫系统无法稳定运行。对此，可在石灰石粉仓增加气化板。该气化板所用的气化风来自电厂仪用压缩空气。由于压缩空气中可能带有一定的水分，所以如果在进入气化板之前，最好用电加热器加热。

3.6锅炉氧浓度及燃料变化的影响

脱硫与氧浓度关系不大，而提高过量空气系数时脱硫效率总是提高的。在正常的锅炉运行中，一般保持锅炉含氧量在6%左右，但是因为存在诸多的变化因素，如锅炉床压的影响、入炉煤种的影响等等。造成锅炉含氧量也会有一定的波动范围。尤其是这种燃用煤泥的循环流化床锅炉，由于煤泥的黏结性比较大，在煤泥罐内的搅拌并不十分均匀，所以经常造成煤泥泵进料量的不够稳定，这也造成锅炉氧量的变化。

3.7分级燃烧方式的影响

分级燃烧式可减少NOx的排放，在循环流化床锅炉中一次风与总风量的比率及二次风送入位置对脱硫效率有重要影响，低的一次风比率及高二次风喷入点可有效减少NOx排放，但使脱硫效率大大降低。在循环流化床锅炉中，一次风量和一次风喷入点均可改变，因此，循环流化床锅炉对分级燃烧的应用更灵活。

4、循环流化床锅炉炉内脱硫改造工程实例

某火电厂锅炉为300MW循环流化床锅炉，经过当地环保部门监测，该火电厂SO2排放浓度可满足标准限制要求，但炉内脱硫效率偏低，未能达到设计值要求，经调查研究该火电厂循环流化床锅炉脱硫效率低的主要原因大致有：（1）该火电厂实际燃用煤种大幅偏离设计煤种、硫份大幅高于设计煤种硫份。（2）石灰石添加输送系统存在出力不足、下粉不畅、堵管、磨损等问题，导致石灰石添加量不足，钙硫比不能满足要求，最终导致脱硫系统无法稳定运行，脱硫效率较低。针对电厂炉内脱硫存在的问题，最终确定了相应的炉内脱硫系统改造方案：（1）对系统进行改造：该厂的输煤皮带分为甲乙两路皮带（一运一备），在每路皮带的1号皮带上各自增加两套石灰石添加系统（一运一备）。将原有的石灰石系统命名为炉内二级石灰石系统，添加粒径小于1mm的细石灰石粉；将输煤皮带处新增加的石灰石系统命名为一级石灰石系统，添加粒径小于3mm以下粗石灰石粉。（2）将锅炉床压降低至6—7KPa，同时降低一次风压、适当加大一次风量，加大下二次风比、降低上二次风比；适当降低外侧二次风的比例，加大内侧二次风的比例，达到提高锅炉下部和炉膛中心的供氧量、减小还原性气氛区域的缺氧程度，增大氧化性区域，达到提高脱硫效率的目的。（3）掺烧纯度高，煅烧之后形成的CaO具有多孔隙结构、比表面积、空径分布空隙率大，反应活性好的石灰石。（4）Ca/S摩尔比控制在1.5—2之间，入炉煤硫份高时Ca/S摩尔比按上限控制，入炉煤硫份低时Ca/S摩尔比按下限控制。

5、结束语

综上所述，尽管影响循环流化床锅炉炉内脱硫效率的因素有很多，但要提高循环流化床锅炉炉内脱硫效率还是可以实现的。循环流化床锅炉炉内添加石灰石脱硫，只要挑选活性高的优质的脱硫剂、严格控制入炉石灰石的粒度、完善石灰石粉的储存和输送系统，防止板结、堵塞并实施自动化控制、合理控制炉膛温度、选择合适钙硫比等措施，就能获得较好的脱硫效果。

参考文献：

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（作者单位：山西平朔煤矸石发电有限责任公司）