循環(huán)流化床鍋爐組合脫硫系統(tǒng)運行策略研究

高爍

大連熱電股份有限公司 遼寧大連 116000

隨著經濟的發(fā)展，循環(huán)流化床鍋爐脫硫系統(tǒng)的運行越來越受到重視。采用循環(huán)流化床鍋爐爐內脫硫與尾部煙氣濕法脫硫相結合的組合式脫硫方式，能使燃煤電站SO2 排放達到新的國家標準。

1 循環(huán)流化床鍋爐脫硫現(xiàn)狀

循環(huán)流化床鍋爐采用摻燒石灰石進行爐內脫硫，在鈣硫比為2.0-2.5 的情況下，設計的脫硫效率為85%。因循環(huán)流化床鍋爐燃燒溫度低，氮氧化物產生量只有其它鍋爐的1/3，所以循環(huán)流化床鍋爐是一種較清潔的燃燒設備。但在循環(huán)流化床鍋爐采用摻燒石灰石脫硫時，其脫硫效率低，達不到設計值的85%，只能達到50%左右。而且因鈣硫高，從而導致運行費用也高。

2 組合脫硫系統(tǒng)物料及能量消耗

圖1

（1）循環(huán)流化床鍋爐爐內脫硫系統(tǒng)物料消耗?？筛鶕?jù)鍋爐熱效率及鈣硫比計算CFB 鍋爐石灰石耗量。

（2）石灰石/石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)物料消耗。可根據(jù)脫硫效率，計算石灰石消耗量。此外，石灰石/石膏濕法脫硫水系統(tǒng)包括工業(yè)水系統(tǒng)和工藝水系統(tǒng)。脫硫系統(tǒng)水耗包括煙氣蒸發(fā)水量、煙氣攜帶液態(tài)水、石膏帶走的水量和系統(tǒng)排放的廢水等4 部分，水耗主要由4 部分組成。

（3）循環(huán)流化床鍋爐爐內脫硫系統(tǒng)能量消耗。循環(huán)流化床鍋爐爐內脫硫系統(tǒng)能量消耗主要表現(xiàn)為CFB 鍋爐的風機能耗和石灰石輸送系統(tǒng)能耗。其中，CFB 鍋爐相關風機包括一次風機、二次風機、返料風機和引風機；循環(huán)流化床石灰石輸送系統(tǒng)一般為二級輸送，外購成品石灰石粉儲存于一級石灰石粉庫，輸送至二級粉倉后，經旋轉給料閥、混合器、風機、管道，將石灰石粉送至爐膛內。

（4）尾部石灰石/石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)能量消耗。漿液循環(huán)泵、增壓風機、氧化風機在濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中耗能最大，分析中選取以該三大設備能耗作為系統(tǒng)整體能耗表征。漿液循環(huán)泵作用是將漿液輸送至噴淋層，與煙氣反應脫除SO2。增壓風機作用是克服脫硫系統(tǒng)阻力，一般使用動(靜)葉可調軸流風機。而氧化風機作用是向吸收塔內通入過量空氣，將CaSO3氧化成CaSO4，氧化風機一般使用羅茨風機，可采用變頻調速控制氧化風機提供空氣量。

3 組合脫硫系統(tǒng)運行狀態(tài)選擇策略

根據(jù)平準化發(fā)電成本理論（LEC），定義滿足排放標準下組合系統(tǒng)平準化運行成本（LOC）：

式中：λ 為系統(tǒng)平準化運行成本；costoperation 為運行成本；costmaterial 為系統(tǒng)運行物耗成本；costenergy 為系統(tǒng)運行能耗成本；k1 為CFB 用石灰石單價；k2 為WFGD 用石灰石單價；k3 為WFGD 工業(yè)水單價；k4 為脫硫石膏售價；k5 為上網(wǎng)電價；m1 為CFB 系統(tǒng)石灰石消耗量；m2 為FGD 系統(tǒng)石灰石消耗量；m3 為脫硫石膏產量；m4 為濕法脫硫系統(tǒng)總水耗；E1 為一次風機能耗；E2 為二次風機能耗；E2 為引風機能耗；E4 為石灰石輸送風機能耗；E5 為漿液泵能耗；E6 為增壓風機能耗；E7 為氧化風機能耗。

對已確定的組合脫硫系統(tǒng)，不同運行策略下所對應設備的初始投資成本均相同，因此設備初始投資成本大小并不會對策略選擇有影響，因而未考慮設備投資成本。同時，從上述公式可看出，對于循環(huán)流化床鍋爐組合脫硫系統(tǒng)，其平準化運行成本取決于系統(tǒng)運行物耗成本、能耗成本和鍋爐熱效率。

4 結果

（1）組合脫硫系統(tǒng)運行。選取SO2排放標準100mg/m3，300MW 循環(huán)流化床鍋爐運行過程中，控制爐內[Ca]/[S]在0-3 范圍內，維持最佳床溫在870℃左右，一、二次風比為1:1。通過石灰石爐內脫硫時，控制石灰石平均粒徑為0.15-0.45mm。石灰石輸送線單條線輸送能力最大為30t/h，根據(jù)運行過程中[Ca]/[S]，選取單線或雙線輸送，同時調整旋轉給料閥，改變石灰石給粉量，以滿足對應的脫硫要求。與該循環(huán)流化床機組配套煙氣脫硫裝置采用石灰石/石膏濕法煙氣脫硫工藝。以石灰石漿液作為脫硫劑，在吸收塔內對含有SO2 的煙氣噴淋。吸收塔內布置3 個噴淋層，每層對應1 臺漿液循環(huán)泵，每臺泵額定流量相同，均為7000m3/h。濕法脫硫系統(tǒng)配置1 臺動葉可調增壓風機，風量裕度大于10%，風壓裕度大于20%，溫度裕度大于10℃。增壓風機運行時全壓與系統(tǒng)壓力有關，結合實際運行數(shù)據(jù)，得到開啟不同數(shù)量漿液泵時系統(tǒng)壓力變化情況。脫硫系統(tǒng)共配置3 臺氧化風機，2 運1 備，采用變頻調速方式提供所需空氣。氧化風機額定流量6500m3/h，額定功率400kW。

（2）組合脫硫系統(tǒng)煤種SO2 排放及含硫量表征。根據(jù)煤燃燒過程中SO2 產生量及實際干煙氣量可知煙氣中SO2 基準氧含量排放濃度。另外，在分析組合脫硫系統(tǒng)燃用煤種時，煤的含硫量采用折算含硫量表示。

（3）組合脫硫系統(tǒng)運行狀態(tài)選擇結果。隨著折算含硫量的增加，當僅CFB 爐內脫硫運行成本高于僅FGD 濕法脫硫運行成本，或當組合系統(tǒng)無法通過僅CFB 爐內脫硫滿足排放標準時，該階段應在僅FGD 濕法脫硫與組合脫硫運行狀態(tài)中選擇。隨著折算含硫量進一步增加，僅FGD 濕法脫硫無法滿足排放標準時，組合系統(tǒng)必須選擇合適的CFB 爐內[Ca]/[S]并開啟適當?shù)臐{液循環(huán)泵。

當系統(tǒng)平準化運行成本最低時，選取CFB 爐內[Ca]/[S]作為表征CFB 運行的參數(shù)，定義為CFB 爐內最小[Ca]/[S]；用漿液循環(huán)泵開啟臺數(shù)描述FGD 運行狀態(tài)，定義為漿液循環(huán)泵最少開啟臺數(shù)。