循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)石灰石脫硫問題探討

宋連禎

( 山西省同煤集團(tuán)同達(dá)熱電，山西大同037003)

0 引言

循環(huán)流化床(CFB )燃燒技術(shù)是最近幾十年發(fā)展起來的一種新型燃燒技術(shù)，由于循環(huán)流化床鍋爐具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、高效脫硫的特點(diǎn)，因此，近年來有了很大的發(fā)展，脫硫技術(shù)也成為目前電廠著重發(fā)展的方向。脫硫分為爐前脫硫、爐中脫硫、爐后脫硫三種，而本文探討的石灰石脫硫就屬于爐中脫硫。

1 循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)與脫硫原理

1.1 大型循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備性能特點(diǎn)

燃燒組織方式使大型循環(huán)流化床鍋爐在設(shè)備性能方面具有以下突出特點(diǎn):①爐內(nèi)脫硫脫硝，不需要另外安裝脫硫和脫硝裝置。②燃料適應(yīng)性范圍廣。③調(diào)峰能力強(qiáng)。④水消耗量較少。

1.2 影響循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫的因素

1)床溫對脫硫的影響:SO2濃度隨著床溫的升高而單調(diào)增大，但是脫硫效率隨著床溫的升高會迅速下降，當(dāng)床溫低于800℃時(shí)，脫硫劑孔隙數(shù)少，孔徑小，反應(yīng)速度低，而且SO2析出速度慢，脫硫效果差;當(dāng)床溫高于950℃時(shí)，CaO 內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)會發(fā)生部分燒結(jié)而減少，降低CaO 與SO2的反應(yīng)速度，導(dǎo)致脫硫效率降低。另外，床溫過高時(shí)，已經(jīng)生成的CaSO4會重新分解而釋放出SO2。

2)Ca/S 摩爾比對脫硫的影響:爐內(nèi)添加石灰石量的增加，脫硫效率逐漸提高，Ca/S 摩爾比過高還會帶來一些副作用，比如灰渣熱物理損失增大、鍋爐熱效率下降、NOx 排放濃度升高、尾部飛灰量增加、石灰石價(jià)格造成鍋爐運(yùn)行成本增加等。我廠Ca/S 摩爾比為 2 ～2.5。

3)石灰石入爐粒度對脫硫效率的影響:脫硫劑的粒徑分布對脫硫效率也有較大的影響。脫硫劑越小，爐內(nèi)脫硫效果越好，減少石灰石粒徑能增加其表面積，從而提高反應(yīng)面積。但脫硫劑并非越小越好，如果脫硫劑太小，會有很大部分隨著煙氣逃逸，增加尾部煙道的飛灰量，使除塵器負(fù)擔(dān)加大。最佳的脫硫劑粒徑分布與鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)有關(guān)，一般在0 ～2 mm，屬于比較合理的范圍，平均為100 ～200 um。

4)石灰石品質(zhì)對脫硫效率的影響:石灰石品質(zhì)對脫硫效率影響十分敏感，不同品質(zhì)的石灰石反應(yīng)性能差異很大，在Ca-CO3含量、晶體結(jié)構(gòu)和孔隙特征上也有所不同。一般應(yīng)對石灰石做熱重分析(TGA)，測定其反應(yīng)率指標(biāo)，從而準(zhǔn)確推算出Ca/S 摩爾比。

5)煤種特性對脫硫的影響:循環(huán)流化床爐內(nèi)脫硫效率的高低，直接取決于煤中含硫量的高低。一般來講，燃煤中含硫量越高，脫硫效率就越高，但這并不代表SO2排放濃度低。在燃用高硫煤時(shí)，脫硫效率能達(dá)到90%，甚至更高，但SO2排放濃度仍然不能達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。我廠現(xiàn)在的脫硫系統(tǒng)采用爐外、爐內(nèi)脫硫相結(jié)合，這樣可保證達(dá)到國家對電廠排放的新環(huán)保要求。

6)石灰石投放方式對脫硫效率的影響:我廠現(xiàn)在采用的是石灰石投放點(diǎn)設(shè)置在二次風(fēng)口處，通過特設(shè)的風(fēng)力管道輸送系統(tǒng)將石灰石粉末送至二次風(fēng)管口上方，隨二次風(fēng)進(jìn)入爐膛，其優(yōu)點(diǎn)是投放點(diǎn)分散均勻，在爐膛內(nèi)沸騰擾動強(qiáng)烈，反應(yīng)速度快程度高，從而使脫硫效率提高，缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜。

2 爐內(nèi)脫硫在運(yùn)行當(dāng)中遇到的相關(guān)問題及解決方法

我廠爐內(nèi)脫硫?yàn)檫B續(xù)石灰石輸送系統(tǒng)，外購滿足要求的石灰石粉(粒徑＜1 mm)，由密封罐車運(yùn)至電廠內(nèi)，通過設(shè)置于密封罐車上的氣力卸料系統(tǒng)將石灰石粉卸至石灰石粉儲倉。在石灰石粉儲倉底部，安裝有氣力輸送系統(tǒng)，石灰石粉由高壓空氣通過管道直接輸送至爐膛進(jìn)行SO2吸收反應(yīng)。采用連續(xù)運(yùn)行方式，每套輸送系統(tǒng)正常出力不小于一臺鍋爐燃用設(shè)計(jì)煤種BMCR 時(shí)爐內(nèi)脫硫所需石灰石粉量的150%。

2.1 石灰石粉輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及接口工藝流程

石灰石粉輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

輸送系統(tǒng)接口工藝流程:石灰石粉倉→手動插板閥→圓頂閥→收料倉→圓頂閥→給料倉→旋轉(zhuǎn)給料閥→混合器→輸粉管道→分配器→爐膛。

2.2 石灰石系統(tǒng)在實(shí)際中遇到的問題及解決方法

我廠2 臺330 MW 循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組于2014 年1 月通過168 h 試運(yùn)行，目前已轉(zhuǎn)入商業(yè)運(yùn)行。從目前運(yùn)行狀況來看，主要存在以下情況。

1)輸送管路發(fā)生泄漏的解決方法:正常運(yùn)行中，將助吹管道關(guān)閉，當(dāng)發(fā)現(xiàn)機(jī)組SO2參數(shù)上升，入料不充足時(shí)，可適當(dāng)開啟助吹管道，持續(xù)幾分鐘，不要長時(shí)間開啟，防止管道發(fā)生泄漏。

2)膨脹節(jié)發(fā)生膨脹變形的解決方法:在發(fā)現(xiàn)該問題后，重新按照施工圖紙并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際膨脹位移量，重新將管道孔洞增大，滿足管道的膨脹位移量，很好地解決了該問題。

3)上下緩沖倉發(fā)生積灰堵塞的解決方法:重新調(diào)節(jié)上下緩沖倉的進(jìn)出料時(shí)間，使下緩沖倉的出料時(shí)間增長，進(jìn)料時(shí)間縮短，上緩沖倉的出料時(shí)間縮短，進(jìn)料時(shí)間縮短，有效地緩解上下緩沖倉的儲料時(shí)間，防止出現(xiàn)上下緩沖倉發(fā)生積灰堵塞現(xiàn)象。

圖1 石灰石粉輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)語

石灰石爐內(nèi)脫硫作為循環(huán)流化床鍋爐主要的脫硫技術(shù)已經(jīng)得到了很大的發(fā)展，脫硫效率也基本保持在75% ～90%左右，基本達(dá)到國家環(huán)保要求。循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)添加石灰石脫硫，只要挑選活性高的優(yōu)質(zhì)石灰石，嚴(yán)格控制入爐石灰石的粒度，完善石灰石粉的儲存和輸送系統(tǒng)，防止板結(jié)、堵塞，并實(shí)施自動化控制、合理控制爐膛溫度、選擇合適鈣硫比等措施，一定能獲得較好的脫硫效果。石灰石爐內(nèi)脫硫是循環(huán)流化床鍋爐脫硫不錯(cuò)的選擇，設(shè)備經(jīng)濟(jì)型好，脫硫效率高。目前我廠在投運(yùn)石灰石爐內(nèi)脫硫系統(tǒng)的情況下，又在爐后配備了爐外脫硫系統(tǒng)，即干法脫硫系統(tǒng)，其配合爐內(nèi)脫硫系統(tǒng)很好地滿足了國家對火電廠排放的標(biāo)準(zhǔn)要求，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性也得到了很好的保證。

［1］于樹輝. 循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)添加石灰石脫硫的研究［J］.電力科技與環(huán)，2010(2) .

［2］吳凡.淺析循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫技術(shù)［J］.中國科技縱橫，2014(1).