循環(huán)流化床鍋爐強(qiáng)化脫硫技術(shù)的研究

張華

摘 要： 本研究通過對(duì)循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程進(jìn)行分析并改進(jìn)，為提高脫硫效率提供一定程度的借鑒和指導(dǎo)。針對(duì)鍋爐燃燒過程中的不同階段、不同因素對(duì)脫硫反應(yīng)的影響，分別對(duì)石灰石投放方式、石灰石活性、床溫等因素進(jìn)行調(diào)控和改進(jìn)，并對(duì)其脫硫反應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。在其他反應(yīng)條件相同的基礎(chǔ)上，采用新型石灰石投放給料方式，即混合投放方式，向石灰石中添加催化劑以及合理控制床溫等方式，能夠有效提升循環(huán)流化床鍋爐的脫硫效率。

關(guān)鍵詞： 脫硫技術(shù)；循環(huán)流化床鍋爐；脫硫效率

前言：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展越加受到重視。循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)因?yàn)槠浼夹g(shù)成熟、爐內(nèi)脫硫效果較好、成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用。不過由于受到煤泥含硫量、石灰石反應(yīng)活性等因素的影響和制約，循環(huán)流化床鍋爐的脫硫效率、脫硫劑利用率相對(duì)偏低，無法滿足現(xiàn)在的脫硫要求。在充分結(jié)合現(xiàn)有的控制方法的基礎(chǔ)上，研究尋找可以有效提高循環(huán)流化床鍋爐脫硫效率的方式方法。采用高效率的新型脫硫技術(shù)對(duì)于提高鍋爐燃燒效率、減少脫硫劑消耗的強(qiáng)化脫硫技術(shù)對(duì)于減少二氧化硫的排放和降低脫硫成本有明顯的積極作用。

1 循環(huán)流化床鍋爐強(qiáng)化脫硫技術(shù)實(shí)施過程中出現(xiàn)的問題

1.1 鍋爐實(shí)際燃煤含硫量實(shí)際值遠(yuǎn)高于理論最大設(shè)計(jì)值

我國(guó)現(xiàn)階段所開采、使用的高硫煤炭份額很高，電廠所用燃煤含硫量遠(yuǎn)高于脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的燃煤含硫量，其含硫率是理論設(shè)計(jì)值的二倍到三倍，含硫高的燃煤燃燒后產(chǎn)生的二氧化硫濃度高于脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最大理論濃度值。現(xiàn)在循環(huán)流化床鍋爐脫硫技術(shù)多采用石灰石輸送系統(tǒng)進(jìn)行脫硫，該脫硫系統(tǒng)的脫硫效果與進(jìn)口二氧化硫濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。在相同條件下，當(dāng)進(jìn)口二氧化硫濃度過高時(shí)，Ca/S值相對(duì)降低，導(dǎo)致脫硫效率降低，該系統(tǒng)的脫硫效果無法達(dá)到設(shè)計(jì)效果，脫硫效率會(huì)低于理論值，難以滿足脫硫要求。

1.2 石灰石反應(yīng)效率過低

目前估算石灰石性能的考核指標(biāo)包括：碳酸鈣的含量、顆粒尺寸以及石灰石在脫硫反應(yīng)過程中自身的反應(yīng)活性。在實(shí)際實(shí)施運(yùn)行過程中，受到部分鍋爐分離器效率差、運(yùn)行參數(shù)設(shè)置不合理、石灰石的反應(yīng)顆粒過大或者過小、石灰石脫硫反應(yīng)條件不充分、爐內(nèi)脫硫劑與二氧化硫接觸面積小、石灰石中雜質(zhì)含量高等因素的影響，導(dǎo)致石灰石的固硫反應(yīng)的反應(yīng)速率過低，反應(yīng)效率低于理論值，繼而降低了循環(huán)流化床鍋爐的脫硫效率。

1.3 脫硫過程中床溫過高或者過低

二氧化硫的含量影響著循環(huán)流化床鍋爐的脫硫速率，而二氧化硫的析出速率則由循環(huán)流化床鍋爐的爐膛密相區(qū)溫度決定，在同等的條件下，二氧化硫的析出速率和床溫呈正比關(guān)系。當(dāng)床溫較低時(shí)，石灰石的空隙數(shù)量會(huì)減少，空隙孔徑也會(huì)縮小，此時(shí)，石灰石不能充分接觸二氧化硫，反應(yīng)速率明顯低于要求的脫硫速率。床溫相對(duì)較高時(shí)，石灰石會(huì)出現(xiàn)燒結(jié)的現(xiàn)象，燒結(jié)現(xiàn)象會(huì)將生成的空隙堵塞，降低二氧化硫的通過，進(jìn)而影響固硫反應(yīng)的發(fā)生，降低固硫反應(yīng)的速率。同時(shí)，在高溫狀態(tài)下，通過固硫反應(yīng)生成的硫酸鈣會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)，重新釋放出二氧化硫，影響二氧化硫的固定。

2循環(huán)流化床鍋爐強(qiáng)化脫硫技術(shù)的改進(jìn)方法

2.1 更新現(xiàn)有的石灰石投放方式

現(xiàn)在廣泛采用的循環(huán)流化床鍋爐的給料方式為分別給料方式，即分別向鍋爐內(nèi)添加煤泥和石灰石。采用常規(guī)傳統(tǒng)投放方式，即煤泥和石灰石分別給料的方法，循環(huán)流化床鍋爐的脫硫效率接近70%。石灰石固硫劑具有離散性大、密度大、易受潮結(jié)塊等物理性質(zhì)，投加后容易發(fā)生凝結(jié)，通過采用先混合后投加的方式，即在投加石灰石前將石灰石加入煤泥中，充分均勻混合后再投放入鍋爐中進(jìn)行脫硫反應(yīng)。使用該種方法可以有效減少石灰石投入鍋爐時(shí)凝結(jié)的形成，增大石灰石的接觸面積、提高石灰石的利用率以及對(duì)二氧化硫的固定速率。石灰石在與煤泥進(jìn)行了充分的混合后，固硫劑在煤泥中均勻分布，同時(shí)煤泥在投入鍋爐時(shí)，所含水分會(huì)迅速蒸發(fā)，立刻干燥凝聚結(jié)團(tuán)。利用煤泥的這種特性，將煤泥和固硫劑均勻混合后投入鍋爐后，形成的煤泥凝聚團(tuán)的內(nèi)部以及表面都會(huì)均勻分布有固硫劑。同時(shí)由于凝聚結(jié)團(tuán)的作用，固硫劑在鍋爐內(nèi)的停留時(shí)間明顯長(zhǎng)于傳統(tǒng)投加方式的停留時(shí)間。在進(jìn)行燃燒時(shí)，煤泥內(nèi)均勻分布的固硫劑能夠充分和二氧化硫接觸并發(fā)生固硫反應(yīng)，采用新型石灰石固硫劑投放方式，循環(huán)流化床鍋爐的脫硫效率明顯增加，脫硫效率高于80%

2.2 改善石灰石性質(zhì)、提高反應(yīng)活性

對(duì)石灰石進(jìn)行改性，提高反應(yīng)活性，提高脫硫效率、改良脫硫性能。在850℃時(shí)，用2%濃度的NaCI溶液浸泡過的石灰石脫硫率比未處理的石灰石脫硫率提高了近8%，可知在鈉離子作用下，鍛燒生成的氧化鈣具有更大的表面積和更多的內(nèi)外空隙，同時(shí)鈉離子具有催化作用，可以加速石灰石固硫反應(yīng)。在700℃的條件下，對(duì)石灰石在鐵氧化物催化作用下的脫硫反應(yīng)進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果顯示，在石灰石中加入一定量的氧化鐵可以明顯提高氧化鈣的利用率，在氧化鐵的作用下，石灰石表面的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，使更多的內(nèi)部孔隙暴露，為固硫反應(yīng)向縱深發(fā)展創(chuàng)造了條件。采用添加劑對(duì)石灰石進(jìn)行改性，催化石灰石的固硫反應(yīng)。由于在添加劑作用下，脫硫劑會(huì)發(fā)生重結(jié)晶，該種狀態(tài)對(duì)脫硫劑的微觀結(jié)構(gòu)、固硫氣固反應(yīng)產(chǎn)生影響。

2.3 合理控制床溫

經(jīng)過試驗(yàn)論證，當(dāng)床溫低于800℃時(shí)，脫硫反應(yīng)分解效率稍低，分解產(chǎn)生的二氧化硫速率低于石灰石脫硫速率，整體脫硫反應(yīng)速率過低，導(dǎo)致脫硫裝置脫硫效率較低；當(dāng)床溫大于950℃時(shí)，脫硫效率有所提高，但是此時(shí)床溫過高，石灰石表面的孔洞空隙被堵塞，使得氧化鈣不能和二氧化硫充分發(fā)生反應(yīng)，不能進(jìn)一步提升脫硫反應(yīng)速率。同時(shí)，在高溫狀態(tài)下，脫硫反應(yīng)速率加快，氧氣消耗速率提高，此時(shí)石灰石表面氧氣被耗盡，容易形成低氧環(huán)境，然而在缺氧條件下，脫硫反應(yīng)已經(jīng)生成的硫酸鈣會(huì)重新分解，并還原成氧化鈣并且釋放二氧化硫，該反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致脫硫效率降低。根據(jù)脫硫效率與爐膛密相區(qū)溫度的相對(duì)關(guān)系，當(dāng)機(jī)組爐內(nèi)Ca/S值恒定時(shí)，爐膛密相區(qū)床層的溫度820～860℃之間，是脫硫反應(yīng)進(jìn)行較為合適的溫度，該床溫下循環(huán)流化床鍋爐脫硫效率可以保持穩(wěn)定反應(yīng)并達(dá)到最高反應(yīng)效率。

3 討論

為滿足當(dāng)下環(huán)保要求，需要對(duì)傳統(tǒng)的循環(huán)流化床鍋爐脫硫技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。通過對(duì)循環(huán)流化床鍋爐脫硫原理和過程的分析，可知降低脫硫效率的原因主要有石灰石投放給料方式不合理、脫硫反應(yīng)過程中石灰石反應(yīng)活性低以及循環(huán)流化床鍋爐爐膛密相區(qū)溫度不合適。針對(duì)以上因素，擬采用石灰石混合投放方式進(jìn)行給料，此方法可以提高反應(yīng)過程中固硫劑與二氧化硫的反應(yīng)時(shí)間，使得脫硫反應(yīng)可以充分進(jìn)行。同時(shí)采用添加催化劑的方法提高石灰石的反應(yīng)活性，降低固硫反應(yīng)發(fā)生的難度、提高固硫反應(yīng)速率。合理控制床溫，使脫硫反應(yīng)和固硫反應(yīng)能夠高效率的進(jìn)行，保證整體的脫硫效率最大化。采用此改進(jìn)方法，可以明顯提升循環(huán)流化床鍋爐脫硫效率，滿足環(huán)保需求?！?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]郭小江，馬海麗.伊泰鍋爐循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)研究[J].潔凈煤技術(shù)，2014，20（6）：122-124.

[2]李珂，王印松.循環(huán)流化床鍋爐脫硫技術(shù)與改進(jìn)控制方法設(shè)計(jì)[J].國(guó)網(wǎng)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，19（6）：53-56.