循環(huán)流化床鍋爐干法脫硫的分析(改)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)循環(huán)流化床（CFB）鍋爐干法脫硫的分析羅倫俊 （重慶松藻煤電公司電力運(yùn)行公司）摘要：本文闡述了循環(huán)流化床（CFB）鍋爐在運(yùn)行條件下產(chǎn)生的SO2進(jìn)行分析，并考慮降低在合格范圍內(nèi)。CFB鍋爐燃燒溫度較低，可有效控制煤燃燒過(guò)程中產(chǎn)生NOx，還可直接將石粉加入爐膛內(nèi)進(jìn)行脫硫，且具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。但CFB鍋爐的干法脫硫方式是將石灰石直接加入鍋爐中，隨同燃料一起進(jìn)入爐膛進(jìn)行脫硫，或者向爐膛密相區(qū)加入粒徑約1mm的石灰石進(jìn)行脫硫，發(fā)生一系列的化學(xué)反

2、應(yīng)，最終達(dá)到脫硫效果。關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；干法；脫硫0引言目前中國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。在取得經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)也承受著巨大的環(huán)境壓力，SO2排放量從2004年之后達(dá)到2255萬(wàn)t，目前居世界第一位。所以國(guó)家對(duì)環(huán)保方面越來(lái)越重視也對(duì)火力發(fā)電廠的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)要求越來(lái)越嚴(yán)格。循環(huán)流化床（CFB）燃燒技術(shù)是最近幾十年發(fā)展起來(lái)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、燃燒效率高的特點(diǎn)因此近年來(lái)有了很大的發(fā)展。隨著我國(guó)環(huán)保要求日益嚴(yán)格，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)由GB-13223-2011代替GB-13223-2003，新建鍋爐SO2排放值為100mg/Nm3和200 mg/N

3、m3（位于廣西壯族自治區(qū)、重慶市、四川省和貴州省的火力發(fā)電鍋爐執(zhí)行該限值），現(xiàn)有鍋爐SO2排放值為200mg/Nm3和400 mg/Nm3（位于廣西壯族自治區(qū)、重慶市、四川省和貴州省的火力發(fā)電鍋爐執(zhí)行該限值），由此可見(jiàn)，我們是任重而道遠(yuǎn)?，F(xiàn)在我們就對(duì)循環(huán)流化床鍋爐干法脫硫進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。1 CFB 鍋爐簡(jiǎn)介1.1 CFB 鍋爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)CFB 鍋爐由流化床燃燒室及一個(gè)旋風(fēng)分離器和返料器組成循環(huán)燃燒系統(tǒng)。煤斗中的燃料經(jīng)螺旋給煤機(jī)或氣力輸送進(jìn)入爐膛燃燒, 產(chǎn)生的熱煙氣攜帶未被燃盡的細(xì)顆粒煤炭進(jìn)入旋風(fēng)分離器, 被分離器分離的細(xì)煤粒由返料器送回爐膛循環(huán)燃燒。熱煙氣由旋風(fēng)筒出口進(jìn)入對(duì)流管束及省煤器, 由

4、除塵器除塵后，最后經(jīng)脫硫麻石塔處理后排入大氣。物料在鍋爐中反復(fù)循環(huán)再燃燒, 為燃盡和脫硫提供了良好的條件。1.2 CFB 鍋爐的運(yùn)行特點(diǎn)大量熾熱的物料通過(guò)循環(huán)系統(tǒng)不斷循環(huán)產(chǎn)生了流化床鍋爐的諸多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn):1.2.1 燃燒效率高由于小顆粒燃料在系統(tǒng)里反復(fù)循環(huán),它在里面停留的時(shí)間非常長(zhǎng),它的停留時(shí)間遠(yuǎn)大于它本身顆粒燃燒的時(shí)間,這樣放出的爐渣和循環(huán)灰含碳的成分極低。燃燒效率高,一來(lái)可增加熱效率,二來(lái)可節(jié)約能源。CFB鍋爐煤的燃燒效率可達(dá)97%99% ,燃用類無(wú)煙煤鍋爐的熱效率達(dá)87.66% ,且運(yùn)行熱效率和測(cè)試熱效率基本相同,比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)76%高11.66%,比我國(guó)當(dāng)前工業(yè)鍋爐50%60%的平均熱效率高

5、出更多。1.2.2 燃料適應(yīng)性廣由于流化床內(nèi)溫度一般為850900(燃用無(wú)煙煤時(shí)溫度偏高,可達(dá)9501000),床內(nèi)物料蓄熱量大,少量新加入的燃料能迅速著火。因此這種爐型能適應(yīng)煤矸石、煙煤、無(wú)煙煤、泥煤、石油焦、紙?jiān)?、木屑、垃圾等幾乎所有的固體燃料。1.2.3 脫硫效率高CFB 鍋爐的脫硫原理是在燃燒中加入適當(dāng)比例和顆粒度的石灰石與燃料一起進(jìn)行循環(huán)燃燒, 加入的石灰石在爐內(nèi)循環(huán)時(shí)間長(zhǎng),只有很少量極細(xì)的石灰石容易被帶出鍋爐。鍋爐額定負(fù)荷工況下,其大部分石灰石都能與煙氣中的SO2進(jìn)行充分反應(yīng)。1.2.4 環(huán)境污染小由于CFB 鍋爐屬低溫燃燒,氮氧化物排放濃度非常低,一般為250ppm左右,這是鏈條

6、爐和煤粉爐所不易實(shí)現(xiàn)的。此外,爐內(nèi)添加石灰石可實(shí)現(xiàn)有效脫硫,一般脫硫效率可達(dá)70 %80 %。CFB 鍋爐的燃燒溫度是900左右,這一溫度既能抑制SO2的生成,又使石灰石能充分分解。實(shí)踐證明,在鈣硫摩爾比為2.02.5時(shí),脫硫效率可達(dá)到90%。1.2.5 負(fù)荷調(diào)節(jié)特性好CFB鍋爐床層中存有大量的850900的物料,蓄熱量大。新加入的燃料在床內(nèi)處于強(qiáng)烈紊流燃燒狀態(tài),不存在低負(fù)荷穩(wěn)定著火燃燒問(wèn)題,負(fù)荷變化適應(yīng)性強(qiáng)。2 循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)添加石灰石脫硫機(jī)理CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫通常采用向爐內(nèi)添加石灰石等脫硫劑在燃燒的同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫硫。天然石灰石是一種致密的不規(guī)則結(jié)構(gòu),主要成份是CaCO3。石灰石在爐內(nèi)經(jīng)過(guò)煅

7、燒后分解,顆粒中CO2 析出, Ca2CO3顆粒就變成多孔的CaO顆粒,孔隙率和比表面積均有極大增加。CaO顆粒中由于大量氣孔的存在,以及表面積的大大增加,一方面有利于貯集反應(yīng)產(chǎn)物,另一方面可以使反應(yīng)氣體穿透至顆粒內(nèi)部進(jìn)行反應(yīng),因此大大加速了CaO與SO2反應(yīng)生成CaSO4的機(jī)會(huì),于是原煤中的硫分就被固化為硫酸鈣進(jìn)入灰渣中,最后排出床層。一般而言,CaCO3在爐溫高于600后開(kāi)始分解生成CaO,并隨著溫度的升高,分解速度加快,且CaCO3直接與SO2發(fā)生反應(yīng),及CaO與SO2發(fā)生反應(yīng)的能力逐漸增強(qiáng),脫硫反應(yīng)速度逐漸變快。因硫酸鹽化反應(yīng)是可逆反應(yīng)，所以當(dāng)反應(yīng)溫度超過(guò)一定的數(shù)值后,盡管脫硫反應(yīng)速度

8、很快,其逆向反應(yīng)速度也逐漸加快。主要反應(yīng)方程式如下:分解反應(yīng): CaCO3 CaO + CO2 脫硫反應(yīng)(硫酸鹽化反應(yīng)) : CaCO3 + SO2 + 1/2O2 CaSO4 + CO2 ; CaO + SO2 + 1/2O2 CaSO4 脫硫逆向反應(yīng): CaSO4 CaO + SO2 + 1/2O2CFB 鍋爐是使物料循環(huán)利用的流化燃燒方式,其在爐內(nèi)脫硫方面有兩個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn):一是爐內(nèi)正常運(yùn)行的溫度與石灰石煅燒分解溫度(約為850 左右) 相符合,有利于石灰石的分解,同時(shí)正在運(yùn)行的CFB 鍋爐爐膛具備了硫酸鹽化過(guò)程所需的富氧條件,因此,CFB 鍋爐為爐內(nèi)添加石灰石脫硫提供了極有利的外部條件。

9、其二,因脫硫劑參與了物料循環(huán),使未被利用或利用得不充分的脫硫劑可以在爐內(nèi)被反復(fù)循環(huán)使用,延長(zhǎng)了反應(yīng)時(shí)間,提高了脫硫劑的利用率。3 CFB 鍋爐添加石灰石脫硫的影響因素3.1 鈣硫比的影響當(dāng)Ca/S比增加時(shí),脫硫效率增加。對(duì)不同的爐型來(lái)說(shuō),要達(dá)到一定的脫硫效率,Ca/ S 比是不同的。例如,要達(dá)到90%的脫硫效率,常壓鼓泡床鍋爐的Ca/S比為3.03.5,常壓循環(huán)流化床鍋爐為2.02.5,增壓流化床鍋爐為1.52.0。顯然,較高的Ca/S比意味著石灰石耗量的增加, 即運(yùn)行費(fèi)用增加。所以,石灰石系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求是在保證一定脫硫效率的前提下,盡量降低Ca/S比，能夠近一步降低石灰石使用費(fèi)用。3.2 床溫

10、的影響床溫對(duì)脫硫效率具有重大影響,因?yàn)橹饕拿摿蚍磻?yīng):CaO + SO2 + 1/2O2 CaSO4脫硫反應(yīng)的最佳溫度為825850,超過(guò)這一溫度時(shí),則發(fā)生逆反應(yīng):CaSO4 CaO + SO2 + 1/2O2逆反應(yīng)使脫硫效率下降。所以,如果僅從脫硫考慮,循環(huán)流化床內(nèi)的燃燒溫度應(yīng)控制在825850。但是,床溫的選擇需綜合考慮多方面的因素,除脫硫效率外,還有燃燒效率、NOx排放、CO排放等諸多因素。從燃燒上說(shuō),床溫越高,燃盡率越高,為控制NOx的排放,最好選擇較低的床溫;為控制C0的排放,最好選擇較高的床溫。綜合以上各方面的因素,一般在燃用高揮發(fā)分煤時(shí),選擇850左右的床溫,在燃用低揮發(fā)分煤時(shí),

11、選擇950左右的床溫。3.3 氣相停留時(shí)間及爐膛高度的影響SO2在爐內(nèi)的停留時(shí)間越長(zhǎng),與吸收劑的接觸時(shí)間越長(zhǎng),越有利于SO2的脫除,但硫酸鹽化的反應(yīng)速度又取決于SO2的濃度。因此增加CFB爐膛高度以延長(zhǎng)SO2的停留時(shí)間對(duì)脫硫效果的促進(jìn)作用是按指數(shù)衰減的。在設(shè)計(jì)中氣相停留時(shí)間大約控制在46s。3.4 料層厚度和流化速度的影響雖然增加料層厚度,可以延長(zhǎng)床料的停留時(shí)間,提高脫硫效率,但是料層厚度增加1倍,其脫硫率只增加15%。原因是氣泡在床層內(nèi)合并長(zhǎng)大,使煙氣與脫硫劑的接觸時(shí)間減少?？梢?jiàn),增加料層厚度雖可提高脫硫率,但效果不大。流化速度也影響脫硫效率,降低流化速度可以延長(zhǎng)脫硫劑在床內(nèi)的停留時(shí)間,提高

12、脫硫效率。但是,對(duì)CFB鍋爐來(lái)說(shuō),因物料多次循環(huán),流化速度的影響不很重要,重要的是氣固分離器捕捉細(xì)顆粒的能力。3.5 石灰石顆粒直徑的影響石灰石的顆粒直徑對(duì)床內(nèi)脫硫反應(yīng)工況具有重要的影響。如果粒子太細(xì),它從床內(nèi)飛出后不能被氣固分離器捕捉送回,不能被充分利用;粒子太粗,CaO與SO2反應(yīng)后在顆粒表面形CaSO4, 由于Ca2SO4的分子量比CaO大得多,所以顆粒外表面致密的CaSO4層阻止了SO2 與顆粒中心區(qū)域CaO的進(jìn)一步反應(yīng)。因此,在CFB鍋爐脫硫過(guò)程中,對(duì)石灰石的顆粒尺寸具有嚴(yán)格的要求。結(jié)語(yǔ)隨著火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，循環(huán)流化床鍋爐通過(guò)常規(guī)的高效清潔燃燒技術(shù)難以滿足現(xiàn)有的環(huán)保要求。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有可行的循環(huán)流化床鍋爐脫硫技術(shù)的分析，得出如下結(jié)論：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)的脫硫劑、嚴(yán)格控制入爐石灰石的粒度、完善石灰石粉的儲(chǔ)存和輸送系統(tǒng)，防止板結(jié)、堵塞并實(shí)施自動(dòng)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。參考文獻(xiàn)：1.蔡元豐 內(nèi)江示范電站循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和脫硫技術(shù) 華北電力技術(shù) 19972.周一功 循環(huán)流化床鍋爐添加石灰石脫硫?qū)﹀仩t效率的影響 環(huán)境技術(shù) 19973.鄒 崢 無(wú)煙煤循環(huán)流化