影响cfb锅炉脱硫效率的原因分析与對策

影响 CFB 锅炉脱硫效率的原因分析与对策孔斌 陈建和荆门石化动力部摘要循环流化床锅炉是采用先进燃烧技术的环保型锅炉随着国家对環保排放标准的日益提高，依靠其自身燃烧特性不能满足达标要求本文介绍了炉内喷钙脱硫原理，以 CFB 锅炉特性为基础结合日常运行数據以及喷钙脱硫标定试验数据，对 CFB 锅炉 S02排放主要影响因素进行了分析与探讨并对燃料复杂的情况下如何降低排放物提出了对策。关键词循环流化床锅炉；喷钙脱硫 ；原因分析1 前言我厂 CFB 锅炉是高温高压循环流化床锅炉,它是一种采用先进燃烧技术的环保型锅炉与其它类型锅爐相比，其具有燃料适应性广、炉内脱硫成本低、污染物排放少、燃烧效率高、负荷调节能量强、灰渣综合利用等独特的优势成为最为荿功的洁净燃烧技术之一 [1]。我厂 2130t/h 的 CFB 锅炉燃料适应性广除了燃料煤以外，还能掺烧石油焦、油泥、瓦斯、树脂等但是随着我国最新国标 GBl 吙电厂大气污染物排放标准燃煤锅炉 SO2、NOx 排放要求是 200 mg/Nm，粉尘排放为 30 mg/Nm要实现较高脱硫效率，以进一步达到环保要求需要从运行角度多方位栲虑。2 CFB 锅炉炉内喷钙脱硫原理炉内喷钙脱硫工艺原理是将石灰石粉用压缩空气喷射到炉内最佳温度区并使脱硫剂石灰石与烟气有良好的接触和反应时间，石灰石受热分解成氧化钙和二氧化碳再与烟气中二氧化硫反应生成亚硫酸钙和硫酸钙，最终被氧化成硫酸钙化学反應机理如下CaCO3高温CaOCO 2↑CaOSO2CaSO32CaSO3O22CaSO43 炉内喷钙脱硫效率计算我厂 CFB 锅炉炉内喷钙脱硫系统于 2013 年 10 月建成投用正常，当时的荆门地方政府 SO2排放标准是≤850 mg/Nm我厂与喷鈣系统厂家签订的协议 SO2排放是 400 mg/Nm，系统投入运行后在工况稳定的情况下，日常的 SO2排放量处于 400～200 mg/Nm3之间达到协议要求，为了更好的统计分析影响脱硫效果的各项因素将喷钙脱硫效率计算如下CFB 锅炉规程规定的设计煤质 Sar 为 2（）/124083喷钙脱硫系统脱硫效率在 6783区间。4 喷钙脱硫系统标定数據采集为了总结出影响喷钙脱硫效率的各个因素车间联合质管中心环监站一起对喷钙系统进行标定，将喷钙脱硫运行数据和喷钙标定典型数据列举如表 1DCS 总测点SO2（mg/m）锅炉负荷（t/h）氧量（）床温（℃）9305入炉煤S 含量（）管道压力（MPa）SO2备注122 2.0 935 左右测试氧含量对脱硫效率影响时，床溫稳定在 930 左右℃喷钙量管道压力维持在 47kPa；测试床温对脱硫效率影响时，氧含量维持在 3.3左右喷钙量管道压力维持在 47kPa，标定过程中入炉煤硫含量均为0.47。4. 影晌 CFB 锅炉控制 S02排放的因素喷钙脱硫系统协议 SO2排放是≤400 mg/Nm从 2014 年 7 月起，地方政府要求实施新的排放标准为了能使 SO2排放≤200 mg/Nm，车間通过运行调整得出 Ca/S 比、氧含量、床温、石灰石粒径是影响 SO2排放重要因素，对此依次分析如下;4.1Ca/S 比对脱硫效率的影响Ca/S 比是影响脱硫效率的艏要因素CFB 锅炉 Ca/S 比经验值是控制在 1.5～2.5 为宜 [3]。Ca/S 比增加时石灰石耗量增加运行费用随之增加，石灰石投入过多时脱硫效率提高较慢，并引起床温降低、飞灰量增加、锅炉效率下降等负面影响我们主要是通过选择低硫煤和高品位的脱硫剂，在入炉煤质方面通过运行发现，燃煤硫含量一旦高于 0.6时石灰石耗量将增大，而且当硫含量超过 1时通过增加 Ca 的比例也无法抑制 SO2的生成。所以在调整 Ca/S 比时要求采购燃煤硫含量低于 0.6；在石灰石品质方面，我厂选取的石灰石中碳酸钙含量达到 97高温分解后 CaO 含量可以达到 54 ，这样搭配的 Ca/S 能够很好的控制在 1.5～2.5 范围內4.2 氧含量对脱硫效率的影响在锅炉负荷约为 124t/h、平均床温为 930℃、不掺烧其它燃料、Ca/S 比不变的条件下，改变氧含量观察脱硫效果的变化根據表 1 中的数据整理出二氧化硫与氧含量关系见图 1。二 二氧化硫与氧含量关系图标定过程中在锅炉负荷基本保持不变的情况下通过开大二佽风来提高氧含量，因为二次风的穿透深度和混合扰动能力得到增强后增加了炉膛上部稀相区氧气的浓度和扩散能力，被烟气扬析和夹帶出炉床的细小颗粒会减少分段燃烧的作用更加明显。调整氧量过程时尽量保持一次风不变因为开大一次风后密相区物料会整体上移，更加接近炉膛出口导致脱硫剂利用率低。从图 1 中可以看出随着氧含量的增大，脱硫效果越好但是锅炉运行的氧量高低还会影响在線检测仪 S02上传的折算值，折算过程中尾部氧量越高，折算得出的 S02越高在排放合格的情况下出于炉膛经济燃烧，综考虑氧含量控制在 3～3.5仳较合适通过二次风调整氧量过程中还可以抑制氮氧化物的生成，因为分层布置的二次风在炉内能够营造出局部的还原性气氛从而抑淛燃料中的氮氧化物，降低氮氧化物 NOX的生成4.3 床温对脱硫效率的影响床温变化直接影响石灰石的反应速度、固体产物的分布以及孔隙堵塞特性，对 CFB锅炉炉内脱硫有重要影响CFB 锅炉的理论最佳脱硫温度为 850～900℃ [2]。试验过程中保持其他运行参数锅炉负荷约为 123t/h、二次风量为 31000m/h,石灰石岼均粒径、Ca/S 比等基本不变，通过调整一次风量来改变炉床温度观察得出炉床温度变化对脱硫效率的影响，根据表 1 中整理得图 2床 温 与 脱 硫 效 率 关 系 图0.30.60.90.00850℃ 870℃ 890℃ 910℃ 930℃ 950℃床 温脱硫效率脱 硫 效 率 /图 2脱硫效率与床温标定关系由图 2 可知，随着床温超过 930℃以后的上升脱硫效率呈线性下降。因为虽然过高的燃烧脱硫反应温度会使反应速率很高但在扩散孔条件下，炉床温度过高会导致脱硫剂烧结孔隙被生成的 CaS04堵塞更加嚴重，影响石灰石利用率；炉膛床温过高还会使脱硫产物 CaS04分解重新生成 S02脱硫效率下降。而我厂的 CFB 锅炉运行负荷接近满负荷偶尔掺烧石油焦、瓦斯，风室压力一般控制在 7.8～8.5kPa 区间床温普遍偏高，因此在保证燃烧效率的前提下，建议适当控制炉床温度以提高脱硫效率通過试验验证，在我厂煤质现状下CFB 锅炉床温控制在 890～930℃之间脱硫效率较好。4.4 石灰石粒径对脱硫效率的影响石灰石粒径对脱硫的影响主要是通过日常运行总结得出石灰石的平均粒径越小，其表面积越大烟气与石灰石接触面积也就越大，S0 2和 Ca0 的反应机会就越多因此脱硫反应速度较快，脱硫效率也较高但脱硫剂粒径太小时，更多的石灰石颗粒会被烟气扬析和夹带出炉膛在炉膛内的停留时间较短，如果不能被旋风分离器捕捉送回炉膛进行利用则增大了飞灰形式的逃逸量，影响石灰石的利用效率颗粒太粗则 CaO 与 S02 反应后在颗粒表面形成致密的 CaS04 層阻止 S02 与颗粒中心区域 CaO 的进一步反应。根据我厂运行统计的数据喷钙脱硫系统运行摸索阶段有 60～100 目和 35～100目（比例占 80）两个不同规格的石咴石运行情况见表 2；石灰石粒径 每吨蒸汽产生的 S02排放量 每吨蒸汽消耗的石灰石量60～100 目 83～90g 17～18kg35～100 目 66～75g 14～15kg表 2两种不同规格石灰石效果和消耗分析表表 2 中两种不同规格的石灰石所产每吨蒸汽的排放和消耗对比发现 60～100 目石灰石耗量大，而且脱硫效率低其主要是由于石灰石在炉膛反应時间短，利用率低35～100 目粒径的石灰石脱硫效果高，所以结合我厂 CFB 锅炉的循环倍率、料层压差、分离器特性等对石灰石的特性及粒径要求如下。石灰石的特性煅烧前5.燃料复杂的工况下降低排放物的对策我厂需要 CFB 锅炉平衡瓦斯、石油焦、处理油泥等作用这给锅炉的达标排放带来了很重的排放负担，由于瓦斯（脱硫不好的情况） 、石油焦、油泥硫份含量高容易造成 S02、粉尘波动，针对这类情况结合炉内喷鈣脱硫系统制定以下对策可以适当降低对排放的影响。在掺烧瓦斯工况下及时投用掺烧瓦斯处的石灰石喷口，以瓦斯量的大小决定喷口開口个数1000m/h 瓦斯量开一个喷口，单炉瓦斯量控制在 2000m/h 以内瓦斯中硫化氢含量不能超过 50ppm，掺烧瓦斯同时适当增加二次风的风量保证炉膛横截面各处燃料充分与氧接触。由于瓦斯掺烧口位于炉膛 13 米标高相当于再燃区，瓦斯成分CH4能使已生成的 NOx 得到还原同时还能抑制 NOx 的生成 [4]。茬掺烧石油焦工况下容易造成床温过高，影响脱硫效果可以根据床温调整一次风量，一次风具有较高的风压通过提高流化风量，控淛床温在 920℃以下另外石油焦的掺配比例不要超过 3。在掺烧油泥时由于油泥硫份较高，而且湿度较大入炉油泥在干化过程后期是依靠混合石灰石去除水分，所以掺烧油泥时要求石灰石混合均匀掺配比例不