循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫效率分析

仇念國

（國能寧東第一發(fā)電有限公司，寧夏靈武 750001）

煤炭在我國能源消費中占據(jù)重要地位，占比達到62%。然而，我國主要煤炭資源的灰分含量高、含硫量高、熱值低，因此開發(fā)利用低品位煤已經(jīng)成為能源與環(huán)保領(lǐng)域的一個重要問題。

循環(huán)流化床鍋爐的脫硫效率一般在90%左右，而新的燃煤爐的排放標準則要求煙塵含量應低于100 mg/m3，脫硫效率要求在97.7%以上。

1 循環(huán)流化床鍋爐燃燒脫硫機理

循環(huán)流化床鍋爐的燃燒過程包括燃燒和循環(huán)燃燒。燃燒過程中使用床下點火分級燃燒，通過干法排出中溫分層灰渣?；以ㄟ^水冷螺旋出渣器、灰冷器和灰斗等設(shè)備順序排出，飛灰率較低。鍋爐高溫分離器采用耐久性較好的新型氮化硅材料。循環(huán)灰輸送系統(tǒng)由回料管、溢流管和灰渣冷卻器等組成，實現(xiàn)循環(huán)利用床層中的灰渣。鍋爐的溫度控制主要通過自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)，當該系統(tǒng)失效時，可以通過人工控制溫度來保持穩(wěn)定。

循環(huán)流化床鍋爐由燃料系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、風煙系統(tǒng)、飛灰再循環(huán)系統(tǒng)和煙氣脫硫系統(tǒng)組成，這些系統(tǒng)相互獨立但相互關(guān)聯(lián)，任何一個系統(tǒng)出現(xiàn)問題都會導致整個鍋爐的運行受阻。因此，在實際生產(chǎn)中，需要時刻關(guān)注各個系統(tǒng)設(shè)備的運行狀況，以確保整個系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。

以下是石灰粉進入循環(huán)流化床鍋爐的關(guān)鍵流程和技術(shù)特點。

1）石灰粉通過供電逆變器控制的緩沖區(qū)域進入連續(xù)傳感器和加速度室，并與石灰石和蓮蓬風扇一起進入鍋爐。

2）由于石灰粉的干燥性和顆粒特性，一些管道會通過彎曲部分進行密封。這些管道安裝了自動流量控制閥，并在化油器粉末處理器下方安裝了葉片，以防止水分進入并提供25~50℃的熱空氣，確保系統(tǒng)的安全性。

3）在循環(huán)流化床鍋爐中，噴管位置對廢氣產(chǎn)生影響。循環(huán)流化床燃煤鍋爐采用兩根可移動鉆頭，從前方的水冷燃燒室向下噴入煤粉，這種技術(shù)稱為半干法外層循環(huán)技術(shù)。

4）半干法外層循環(huán)技術(shù)的工作原理是通過吸積柱底部的通風孔，加速進入塔中的氣體，引起紊流和混合作用。上升過程中物質(zhì)分離和向上流動，產(chǎn)生一種循環(huán)效應，使氣流速度降低為原來的1/10以下，并提高了床層中谷類回收率和鈣濃度。

5）這種方式使得煙氣與CO2充分接觸，利用爐內(nèi)氣體進行轉(zhuǎn)化，保持固體濃度穩(wěn)定。循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)部固體循環(huán)穩(wěn)定，氣體混合良好，有利于固氣傳輸。

2 影響脫硫效率的因素

2.1 石灰石特性

石灰石的活性和含量對脫硫效率有重要影響?；钚愿叩氖沂軌蚋玫匚账嵝詺怏w，提高脫硫效率。

活性高的石灰石指的是其具有更多的活性成分，例如氧化鈣（CaO）。這些活性成分與煙氣中的酸性氣體（如二氧化硫）發(fā)生反應，形成相對穩(wěn)定的化合物，從而實現(xiàn)脫硫。

活性高的石灰石能夠更充分地吸收酸性氣體，因為它具有更大的比表面積，提供更多的接觸點。較高的活性表明石灰石顆粒內(nèi)部化學反應速率更高，從而加快了脫硫過程。

此外，石灰石的含量也會影響脫硫效率。較高的石灰石含量意味著更多的有效脫硫劑參與反應，增加了脫硫反應的潛力。較低的石灰石含量可能導致脫硫效率下降，因為不足的脫硫劑無法將所有的酸性氣體吸收和中和。

2.2 煙氣溫度

脫硫反應的速率與溫度密切相關(guān)，通常在較低的煙氣溫度下脫硫效率較高。過高或過低的煙氣溫度均會降低脫硫效率。

較低的煙氣溫度有助于提高脫硫效率的主要原因是減慢了脫硫反應的速率。在低溫下，脫硫劑（如石灰石）與酸性氣體（如二氧化硫）的反應速度更慢，從而使反應更充分。此外，較低的溫度還有利于保持固體物料的濕度，提供更好的條件和接觸面積來促進脫硫過程中的化學反應。然而，過高或過低的煙氣溫度都可能導致脫硫效率的降低。過高的溫度會加速反應速率，但也可能導致脫硫劑的流失和顆粒熔化，降低了脫硫劑的可用性。過低的溫度則會減緩反應速率，導致反應不完全或延遲。

2.3 煙氣濕度

適當?shù)臒煔鉂穸扔欣诿摿蚍磻倪M行，但過高的濕度可能導致石灰石流失和堵塞問題。

適當?shù)臒煔鉂穸扔欣诿摿蚍磻倪M行，主要是因為濕度可以提供更好的條件和接觸面積，促進脫硫劑（如石灰石）與酸性氣體（如二氧化硫）的反應。適度的濕度可以提供充足的水分用于催化反應，增加了反應速率和脫硫效率。然而，過高的濕度可能導致一些問題。首先，過高的濕度會增加石灰石流失的風險。濕潤的石灰石顆粒容易黏附在管道壁或設(shè)備表面上，導致石灰石的流失，并降低脫硫效率。其次，過高的濕度可能導致石灰石在輸送和噴射過程中發(fā)生堵塞，影響脫硫劑的均勻分布和接觸效果。

2.4 煙氣中的其他成分

煙氣中存在的其他污染物如氧化物、其他酸性氣體等也會影響脫硫效率。

首先，氧化物（如氮氧化物）可能與脫硫過程中的石灰石反應，形成新的化合物，消耗了活性石灰石，從而降低了脫硫效率。因此，在脫硫過程中需要考慮氧化物的存在對脫硫劑的消耗情況，并進行相應的控制和調(diào)整。其次，其他酸性氣體（如鹽酸、氫氟酸等）如果存在于煙氣中，也會干擾脫硫反應的進行，并降低脫硫效率。這些酸性氣體可能與脫硫劑發(fā)生競爭反應，減少了與二氧化硫的反應機會，從而抑制了脫硫過程。另外，煙氣中其他成分的存在，如顆粒物、重金屬等，也可能對脫硫效率產(chǎn)生影響。顆粒物的存在可能會影響脫硫劑與酸性氣體的接觸，降低脫硫反應的速率和效果。重金屬等雜質(zhì)可能與石灰石反應，形成難溶的產(chǎn)物，降低脫硫效率并對設(shè)備產(chǎn)生不利影響。

2.5 石灰石的投加量和質(zhì)量

適當?shù)氖沂都恿亢唾|(zhì)量可以保證充分的反應和吸收，并提高脫硫效率。

首先，石灰石投加量的確定應考慮煙氣中二氧化硫（SO2）的含量以及脫硫效率的要求。投加量過低可能導致不能充分吸收SO2，從而降低脫硫效率；投加量過高則可能造成過量使用石灰石，增加了成本和處理后的廢棄物。因此，需要根據(jù)具體情況進行合理的控制和調(diào)整。其次，石灰石的質(zhì)量也對脫硫效率至關(guān)重要?；钚院图兌雀叩氖沂ǔＤ軌蚋玫嘏c酸性氣體發(fā)生反應，并提供更大的表面積和反應活性，從而增強脫硫效果。選擇高質(zhì)量的石灰石有助于提高脫硫效率，并降低其他不必要的雜質(zhì)對脫硫過程的影響。此外，還需要考慮石灰石顆粒的大小和形狀，以及投加方式和位置。適當?shù)念w粒大小和形狀可以提供更好的接觸和混合效果，促進反應的進行；正確的投加方式和位置能夠保證石灰石均勻分布，并與煙氣充分接觸。

2.6 循環(huán)流化床的操作參數(shù)

循環(huán)流化床鍋爐的氣速、床層高度、壓力等操作參數(shù)的選擇和調(diào)整也會對脫硫效率產(chǎn)生影響。

氣速是指通過床層的氣體速度。適當?shù)臍馑倏梢栽黾邮沂c煙氣的接觸機會，提高脫硫效率。然而，過高的氣速可能導致石灰石顆粒從床層中帶走，降低脫硫效果。因此，需要根據(jù)具體情況選擇合適的氣速。

床層高度指床層上部固體顆粒的高度。增加床層高度可以增加石灰石與煙氣的接觸時間和接觸面積，有利于提高脫硫效率。但是，過高的床層高度會增加壓力損失和運行成本，因此需要綜合考慮床層高度與經(jīng)濟性之間的關(guān)系。

壓力是指流化床鍋爐內(nèi)部的壓力值。適當?shù)膲毫梢跃S持流化狀態(tài)穩(wěn)定，有利于石灰石與煙氣的充分接觸和反應，提高脫硫效率。不過，過高的壓力可能會增加系統(tǒng)的能耗和運行成本，需要進行合理的優(yōu)化。

2.7 溫度和壓力變化

溫度和壓力的波動可能導致脫硫效率的變化，因此要進行合理的控制和調(diào)整。

溫度變化：溫度對脫硫過程中石灰石的活性和反應速率有影響。較高的煙氣溫度可以增加石灰石與酸性氣體的接觸效果，提高脫硫效率。然而，過高或過低的溫度都可能導致脫硫效率下降。因此，需要通過合理的燃燒控制、煙氣余熱回收等方法，穩(wěn)定煙氣溫度，以達到最佳的脫硫效果。

壓力變化：壓力的波動會影響流化床鍋爐內(nèi)的氣體分布和床層狀態(tài)，進而影響石灰石與煙氣的接觸效果。過高的壓力可能導致床層塌陷，減少石灰石表面積，影響脫硫效果。因此，需要通過合理的風量控制、排污系統(tǒng)設(shè)計等措施來維持適當?shù)膲毫Ψ秶?，確保脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2.8 反應時間

足夠的反應時間可以使得脫硫反應充分進行，并提高脫硫效率。

為了提高反應時間和脫硫效率，可以采取以下措施。

增加床層高度：增加床層高度可以增加石灰石與煙氣的接觸時間和接觸面積，從而延長反應時間。

調(diào)整氣速：適當調(diào)整氣速可以改變床層內(nèi)的顆粒運動狀態(tài)，延長石灰石與煙氣的接觸時間。較低的氣速有助于延長反應時間，但需要確保床層內(nèi)的顆粒仍能保持流態(tài)化狀態(tài)。

優(yōu)化石灰石的投加量和粒徑：適量的石灰石投加量能夠提供足夠的反應劑，而合適的石灰石粒徑有助于增加反應表面積，促進脫硫反應進行。

控制溫度和壓力波動：穩(wěn)定的溫度和壓力條件有助于維持床層的穩(wěn)定性，并確保石灰石與煙氣的充分接觸時間。

3 脫硫效率技術(shù)

脫硫技術(shù)是用于去除燃燒過程中產(chǎn)生的二氧化硫（SO2）的方法和技術(shù)。

1）石灰石-石膏法（石膏濕法脫硫）：這是一種常用的濕法脫硫技術(shù)，通過將石灰石噴射到煙氣中進行吸收，形成石膏并排出。該技術(shù)具有高效、成熟和成本相對較低的特點。

2）乳化劑噴射脫硫（海德洗滌法）：該技術(shù)是通過在煙道中噴射一種乳化劑，使得SO2與乳化液中的活性氧和氧化劑反應生成硫酸鹽，并形成可排除的固體顆粒。

3）堿液噴射脫硫（氨水/氨堿法）：該技術(shù)利用氨水或氨堿溶液進行脫硫，SO2與氨水中的氨發(fā)生反應，生成硫酸銨，并通過除渣系統(tǒng)達到脫硫目的。這種方法對高硫煤和燃燒廢棄物的脫硫效果較好。

4）干法脫硫技術(shù)：干法脫硫技術(shù)主要包括選擇性非催化還原（SNCR）和選擇性催化還原（SCR）。這些技術(shù)通過在燃燒過程中噴射特定的氨或尿素溶液，通過催化反應將NOx轉(zhuǎn)化為N2，同時也能一定程度上去除SO2。

5）燃料改造：通過改變?nèi)剂系慕M成和性質(zhì)，例如利用低硫煤或使用其他低硫燃料替代高硫煤，可以降低燃燒過程中產(chǎn)生的SO2的量，從而提高脫硫效率。

6）其他技術(shù)：如濕式電除塵技術(shù)、濕式靜電除塵技術(shù)等也可以在一定程度上去除煙氣中的SO2。

4 結(jié)束語

對循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫效率進行了深入的分析和探討。通過了解燃燒脫硫的機理和影響脫硫效率的因素，可以更好地理解和優(yōu)化循環(huán)流化床鍋爐中的脫硫過程。同時，介紹了多種脫硫效率技術(shù)，這些技術(shù)在實踐中可以根據(jù)具體情況選擇和應用，為循環(huán)流化床鍋爐的脫硫效果提供有效解決方案。

提高循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫效率是實現(xiàn)清潔能源利用、減少污染物排放的關(guān)鍵步驟之一。通過優(yōu)化石灰石投加量和質(zhì)量、控制煙氣濕度和溫度、合理選擇脫硫技術(shù)等手段，可以提高循環(huán)流化床鍋爐的脫硫效率，減少二氧化硫的排放，對環(huán)境保護和健康有著重要意義。

然而，每種脫硫技術(shù)都有其適用的范圍和限制，針對不同的工程和燃料特性，應結(jié)合實際情況進行技術(shù)選擇和優(yōu)化。未來的研究和實踐工作還需繼續(xù)深入，以不斷提高循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫效率，保護環(huán)境，實現(xiàn)能源的可持續(xù)利用。

通過對循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫效率的研究和改進，可以為環(huán)境保護和能源清潔利用作出貢獻，推動工業(yè)領(lǐng)域向更加環(huán)保和可持續(xù)的方向發(fā)展。希望所探討的內(nèi)容能夠引起更多關(guān)注和研究，促進脫硫技術(shù)的創(chuàng)新和進步，為構(gòu)建清潔、可持續(xù)的未來能源體系作出積極貢獻。