循环流化床锅炉组合脱硫系统运行策略研究

高烁

大连热电股份有限公司 辽宁大连 116000

随着经济的发展，循环流化床锅炉脱硫系统的运行越来越受到重视。采用循环流化床锅炉炉内脱硫与尾部烟气湿法脱硫相结合的组合式脱硫方式，能使燃煤电站SO2 排放达到新的国家标准。

1 循环流化床锅炉脱硫现状

循环流化床锅炉采用掺烧石灰石进行炉内脱硫，在钙硫比为2.0-2.5 的情况下，设计的脱硫效率为85%。因循环流化床锅炉燃烧温度低，氮氧化物产生量只有其它锅炉的1/3，所以循环流化床锅炉是一种较清洁的燃烧设备。但在循环流化床锅炉采用掺烧石灰石脱硫时，其脱硫效率低，达不到设计值的85%，只能达到50%左右。而且因钙硫高，从而导致运行费用也高。

2 组合脱硫系统物料及能量消耗

图1

（1）循环流化床锅炉炉内脱硫系统物料消耗。可根据锅炉热效率及钙硫比计算CFB 锅炉石灰石耗量。

（2）石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统物料消耗。可根据脱硫效率，计算石灰石消耗量。此外，石灰石/石膏湿法脱硫水系统包括工业水系统和工艺水系统。脱硫系统水耗包括烟气蒸发水量、烟气携带液态水、石膏带走的水量和系统排放的废水等4 部分，水耗主要由4 部分组成。

（3）循环流化床锅炉炉内脱硫系统能量消耗。循环流化床锅炉炉内脱硫系统能量消耗主要表现为CFB 锅炉的风机能耗和石灰石输送系统能耗。其中，CFB 锅炉相关风机包括一次风机、二次风机、返料风机和引风机；循环流化床石灰石输送系统一般为二级输送，外购成品石灰石粉储存于一级石灰石粉库，输送至二级粉仓后，经旋转给料阀、混合器、风机、管道，将石灰石粉送至炉膛内。

（4）尾部石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统能量消耗。浆液循环泵、增压风机、氧化风机在湿法烟气脱硫系统中耗能最大，分析中选取以该三大设备能耗作为系统整体能耗表征。浆液循环泵作用是将浆液输送至喷淋层，与烟气反应脱除SO2。增压风机作用是克服脱硫系统阻力，一般使用动(静)叶可调轴流风机。而氧化风机作用是向吸收塔内通入过量空气，将CaSO3氧化成CaSO4，氧化风机一般使用罗茨风机，可采用变频调速控制氧化风机提供空气量。

3 组合脱硫系统运行状态选择策略

根据平准化发电成本理论（LEC），定义满足排放标准下组合系统平准化运行成本（LOC）：

式中：λ 为系统平准化运行成本；costoperation 为运行成本；costmaterial 为系统运行物耗成本；costenergy 为系统运行能耗成本；k1 为CFB 用石灰石单价；k2 为WFGD 用石灰石单价；k3 为WFGD 工业水单价；k4 为脱硫石膏售价；k5 为上网电价；m1 为CFB 系统石灰石消耗量；m2 为FGD 系统石灰石消耗量；m3 为脱硫石膏产量；m4 为湿法脱硫系统总水耗；E1 为一次风机能耗；E2 为二次风机能耗；E2 为引风机能耗；E4 为石灰石输送风机能耗；E5 为浆液泵能耗；E6 为增压风机能耗；E7 为氧化风机能耗。

对已确定的组合脱硫系统，不同运行策略下所对应设备的初始投资成本均相同，因此设备初始投资成本大小并不会对策略选择有影响，因而未考虑设备投资成本。同时，从上述公式可看出，对于循环流化床锅炉组合脱硫系统，其平准化运行成本取决于系统运行物耗成本、能耗成本和锅炉热效率。

4 结果

（1）组合脱硫系统运行。选取SO2排放标准100mg/m3，300MW 循环流化床锅炉运行过程中，控制炉内[Ca]/[S]在0-3 范围内，维持最佳床温在870℃左右，一、二次风比为1:1。通过石灰石炉内脱硫时，控制石灰石平均粒径为0.15-0.45mm。石灰石输送线单条线输送能力最大为30t/h，根据运行过程中[Ca]/[S]，选取单线或双线输送，同时调整旋转给料阀，改变石灰石给粉量，以满足对应的脱硫要求。与该循环流化床机组配套烟气脱硫装置采用石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺。以石灰石浆液作为脱硫剂，在吸收塔内对含有SO2 的烟气喷淋。吸收塔内布置3 个喷淋层，每层对应1 台浆液循环泵，每台泵额定流量相同，均为7000m3/h。湿法脱硫系统配置1 台动叶可调增压风机，风量裕度大于10%，风压裕度大于20%，温度裕度大于10℃。增压风机运行时全压与系统压力有关，结合实际运行数据，得到开启不同数量浆液泵时系统压力变化情况。脱硫系统共配置3 台氧化风机，2 运1 备，采用变频调速方式提供所需空气。氧化风机额定流量6500m3/h，额定功率400kW。

（2）组合脱硫系统煤种SO2 排放及含硫量表征。根据煤燃烧过程中SO2 产生量及实际干烟气量可知烟气中SO2 基准氧含量排放浓度。另外，在分析组合脱硫系统燃用煤种时，煤的含硫量采用折算含硫量表示。

（3）组合脱硫系统运行状态选择结果。随着折算含硫量的增加，当仅CFB 炉内脱硫运行成本高于仅FGD 湿法脱硫运行成本，或当组合系统无法通过仅CFB 炉内脱硫满足排放标准时，该阶段应在仅FGD 湿法脱硫与组合脱硫运行状态中选择。随着折算含硫量进一步增加，仅FGD 湿法脱硫无法满足排放标准时，组合系统必须选择合适的CFB 炉内[Ca]/[S]并开启适当的浆液循环泵。

当系统平准化运行成本最低时，选取CFB 炉内[Ca]/[S]作为表征CFB 运行的参数，定义为CFB 炉内最小[Ca]/[S]；用浆液循环泵开启台数描述FGD 运行状态，定义为浆液循环泵最少开启台数。