循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)摻燒石灰石脫硫?qū)焿m濃度的影響分析

曹露+馬紅友+史學(xué)峰

摘 要：本研究以鍋爐燃燒原理、物料平衡為基礎(chǔ)，并結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)摻燒石灰石脫硫?qū)焿m濃度的影響進(jìn)行了定量分析計(jì)算，說(shuō)明了爐內(nèi)摻燒石灰石為煙塵濃度達(dá)標(biāo)排放分析必須考慮的因素，為循環(huán)流化床鍋爐的煙塵濃度排放計(jì)算提供了參考和借鑒，具有一定的參考價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床；石灰石；煙塵

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

1 前言

循環(huán)流化床（CFB）燃燒技術(shù)是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種新型燃燒技術(shù)，相比于一些常規(guī)的煤燃燒技術(shù)，其具有燃料適應(yīng)性廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)性好、燃燒效率高、NOx排放低、高效脫硫的特點(diǎn)[1]，近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用范圍從小型工業(yè)鍋爐發(fā)展到大型電站鍋爐。作為循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)以及優(yōu)點(diǎn)之一，爐內(nèi)摻燒石灰石脫硫已經(jīng)成為一項(xiàng)穩(wěn)定有效的脫硫措施在循環(huán)流化床鍋爐上配套使用。在以往的相關(guān)研究中，關(guān)于對(duì)循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)摻燒石灰石脫硫?qū)焿m濃度的影響研究較少，大多為一些定性的認(rèn)識(shí)，缺乏定性的科學(xué)計(jì)算，隨著目前環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，對(duì)于鍋爐污染物排放計(jì)算也更加科學(xué)化、精細(xì)化，尤其在目前提倡火電廠大氣污染物“超低排放”的背景下。摻燒石灰石脫硫?qū)焿m濃度的影響就顯得更為突出，本研究以鍋爐燃燒原理、物料平衡為基礎(chǔ)，對(duì)循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)摻燒石灰石脫硫帶來(lái)的灰渣量以及煙氣量變化從而進(jìn)一步導(dǎo)致的煙塵濃度的變化進(jìn)行了定性計(jì)算，并進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)算。為循環(huán)流化床鍋爐的污染物排放計(jì)算提供了參考和借鑒，具有一定的參考價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

2 計(jì)算方法

2.1 石灰石耗量

循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)摻燒石灰石脫硫是將石灰石粉摻入燃料中在爐內(nèi)同時(shí)燃燒，在爐內(nèi)高溫下石灰石（CaCO3）受熱分解成CO2與多孔CaO，CaO與SO2反應(yīng)生成CaSO4。其反應(yīng)方程式如下[2]：

CaCO3→CaO+ CO2

CaO+SO2+1/2O2→CaSO4

根據(jù)以上反應(yīng)方程式，石灰石耗量可以用下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：B石灰石為石灰石耗量，t/h；B為耗煤量，t/h；Sar為燃煤收到基硫份，%；CaOy為石灰石氧化鈣含量，%；α為鈣硫比，通常在1.2～2.5。

2.2 石灰石分解增加的煙氣量

在循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)摻燒石灰石脫硫的過(guò)程中，石灰石的分解產(chǎn)生二氧化碳從而增加了煙氣量，根據(jù)石灰石分解的反應(yīng)方程式，該部分煙氣量可采用下式估算：

式中：VCO2 為爐內(nèi)噴鈣時(shí)CaCO3分解產(chǎn)生CO2增加的煙氣量，m3/h；B石灰石為石灰石耗量，t/h；KCaCO3為石灰石純度，%。

2.3 石灰石增加的灰渣量

根據(jù)爐內(nèi)石灰石脫硫的反應(yīng)原理，添加石灰石增加的灰渣量主要包括石灰石中氧化鈣與二氧化硫反應(yīng)生成的硫酸鹽物質(zhì)、未參與反應(yīng)的過(guò)量氧化鈣以及其它一些惰性物質(zhì)。該部分灰渣量可用下式估算[3]：

式中：ΔS為加石灰石脫硫增加的灰渣量，t/h；B為石灰石為石灰石耗量，t/h；CaOy為石灰石氧化鈣含量，%；ΔSO2為脫硫量，t/h。

2.4 煙塵排放量及排放濃度

煙塵產(chǎn)生量及排放濃度可按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中：Gy為煙塵排放量，t/h；C塵為煙塵排放濃度，mg/m3； Qnet，ar為燃煤收到基低位發(fā)熱量，kJ/kg；Aar為燃煤收到基灰份，%；dfh為飛灰份額， %；η為除塵器效率，%；V為煙氣量，m3/h。

3 實(shí)例驗(yàn)算

本次研究以某2×350MW循環(huán)流化床機(jī)組為例，對(duì)爐內(nèi)摻燒石灰石脫硫帶來(lái)的灰渣量以及煙氣量的增加從而導(dǎo)致的煙塵濃度變化進(jìn)行了驗(yàn)算，驗(yàn)算過(guò)程中充分考慮了不同鈣硫比情況下煙塵濃度的變化情況。

3.1 煤質(zhì)及耗煤量

該電廠裝機(jī)規(guī)模為2×350MW超臨界空冷汽輪發(fā)電機(jī)組，配2×1200t/h循環(huán)流化床鍋爐。2臺(tái)爐耗煤量608 t/h，煤質(zhì)成分為灰份22.2%、揮發(fā)份40.7%、硫1.15%、低位發(fā)熱量2667 kcal/kg、。

3.2 驗(yàn)算結(jié)果

根據(jù)前述計(jì)算方法，結(jié)合該電廠的煤質(zhì)及耗煤量，在鈣硫比通常為1.2～2.5的情況下，對(duì)爐內(nèi)脫硫石灰石耗量、灰渣量、煙氣量以及煙塵產(chǎn)排量、產(chǎn)排濃度進(jìn)行了驗(yàn)算。在驗(yàn)算煙塵的產(chǎn)生及排放濃度時(shí)，對(duì)是否考慮摻燒石灰石增加的煙塵量以及石灰石分解增加的煙氣量進(jìn)行了不同組合情景下的驗(yàn)算，以定性說(shuō)明上述兩項(xiàng)因素對(duì)煙塵排放濃度的影響。煙塵驗(yàn)算的組合情景見(jiàn)表1，驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表2～4。

注：除塵效率η均按鈣硫比為2.5時(shí)煙塵達(dá)標(biāo)（<10mg/m3）排放效率99.98%計(jì)。

由上述驗(yàn)算結(jié)果可以看出在同樣的參數(shù)取值下，情景A的煙塵產(chǎn)排濃度均明顯大于情景B，而A1與A2、B1與B2的煙塵產(chǎn)排濃度則相差很小。

由此說(shuō)明：循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)摻燒石灰石脫硫時(shí)，在鈣硫比通常的取值1.2～2.5范圍內(nèi)，會(huì)增加較多的灰渣排放量，對(duì)煙塵排放量及排放濃度的影響較大，導(dǎo)致其排放量及排放濃度增加9～13%左右；石灰石分解增加的煙氣量占總煙氣量的比例很小，該部分煙氣量導(dǎo)致煙塵排放濃度的變化范圍在0.2%左右，對(duì)煙塵排放濃度影響很小。

4 小結(jié)

循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)摻燒石灰石脫硫?qū)焿m排放量及排放濃度的影響較大，導(dǎo)致其排放量及排放濃度增加9～13%左右，在達(dá)標(biāo)排放計(jì)算時(shí)須考慮；石灰石分解增加的煙氣量對(duì)煙塵排放濃度的影響很小，在實(shí)際工作中可以忽略該部分煙氣量。

參考文獻(xiàn)：

[1]林宗虎.循環(huán)流化床鍋爐[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：3-6.

[2]譚金峰.循環(huán)流化床鍋爐污染物排放量的環(huán)評(píng)計(jì)算[J].污染防治技術(shù)，2003，16（03）：19-20.

[3]王政.循環(huán)流化床脫硫技術(shù)對(duì)鍋爐灰渣量的影響[J].煤炭加工與綜合利用，2001（03）：52-53.

作者簡(jiǎn)介：曹露（1986-），男，湖北宜昌人，助理研究員，主要研究方向：火力發(fā)電環(huán)境評(píng)價(jià)研究。