循環(huán)流化床鍋爐SO2超低排放的實(shí)現(xiàn)

王利軍

（山西國(guó)峰煤電有限責(zé)任公司 山西汾陽(yáng) 032200）

循環(huán)流化床鍋爐SO2超低排放的實(shí)現(xiàn)

王利軍

（山西國(guó)峰煤電有限責(zé)任公司 山西汾陽(yáng) 032200）

本文介紹了300MW級(jí)循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫+爐外半干法脫硫工藝，SNCR脫銷工藝，布袋除塵工藝，并以山西國(guó)峰煤電有限責(zé)任公司2×300MW循環(huán)流化床機(jī)組為例，論證了循環(huán)流化床鍋爐采用兩級(jí)脫硫?qū)崿F(xiàn)SO2超低排放的合理性和可行性。

循環(huán)流化床；兩級(jí)脫硫；超低排放

循環(huán)流化床（CFB）鍋爐以其負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣、燃料適應(yīng)性強(qiáng)、能燃燒低熱值煤、可實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)低成本脫硫、NOx排放量低等顯著優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種實(shí)現(xiàn)資源綜合利用和潔凈燃燒的環(huán)保型熱能動(dòng)力設(shè)備得到快速發(fā)展。山西國(guó)峰煤電有限責(zé)任公司循環(huán)流化床鍋爐采用兩級(jí)脫硫工藝，1#機(jī)組于2015年07月通過(guò)168試驗(yàn)正式投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，煙氣排放參數(shù)符合國(guó)家超低排放標(biāo)準(zhǔn)，是山西省循環(huán)流化床機(jī)組實(shí)現(xiàn)超低排放的首臺(tái)機(jī)組。

1 CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫

國(guó)峰工程采用直接在鍋爐內(nèi)加入石灰石的脫硫方案，該工藝簡(jiǎn)單，投資省，運(yùn)行費(fèi)用低。石灰石原料經(jīng)過(guò)柱磨機(jī)破碎經(jīng)過(guò)分選進(jìn)入原料倉(cāng)，通過(guò)壓縮空氣輸送至爐前倉(cāng)，通過(guò)石灰石給料機(jī)控制給料量，由石灰石輸送風(fēng)機(jī)提供輸送動(dòng)力，將石灰石粉輸至鍋爐爐膛，完成爐內(nèi)脫硫過(guò)程。

1.1 爐內(nèi)脫硫原理

循環(huán)流化床燃燒脫硫技術(shù)是指在循環(huán)流化床鍋爐中將石灰石粉碎一定細(xì)度，參入煤中在爐內(nèi)同時(shí)燃燒，在800～850℃時(shí)，石灰石受熱分解成CO2及多孔CaO，CaO與SO2發(fā)生反應(yīng)生成CaSO4。由于循環(huán)流化床鍋爐帶有高溫旋風(fēng)分離器，可使煙氣攜帶的未完全反應(yīng)的脫硫劑又返回爐膛循環(huán)利用，同時(shí)，循環(huán)流化床較低的燃燒溫度確保CaO不會(huì)燒結(jié)，從而提高了脫硫效率。

化學(xué)反應(yīng)方程式為：

1.2 爐內(nèi)脫硫效率及影響因素

CFB鍋爐在合適的Ca/S（2.2～2.5）的條件下，爐內(nèi)脫硫的效率一般在80～90%，國(guó)峰煤電Ca/S達(dá)到1.5～1.8，爐膛出口SO2濃度不超過(guò)1000mg/m3，可實(shí)現(xiàn)≥90%的脫硫效率。CFB爐內(nèi)脫硫效率主要受Ca/S、石灰石粒度、循環(huán)倍率、反應(yīng)溫度等幾方面因素影響。

Ca/S是影響脫硫效率的首要因素，如圖1所示，基本規(guī)律為Ca/S越大，脫硫效率越高，但Ca/S增大到一定程度后脫硫效率便會(huì)接近于一個(gè)臨界值，不再增長(zhǎng)，同時(shí)降低鍋爐效率，增加灰渣處理量，因此應(yīng)該在保證脫硫效率的前提下盡量降低Ca/S，國(guó)峰機(jī)組設(shè)計(jì)Ca/S為2.0，根據(jù)工程實(shí)踐Ca/S在1.5～1.8較為經(jīng)濟(jì)。

圖1 鈣硫比對(duì)脫硫效率和二氧化硫排放濃度的影響

石灰石粒度及活性對(duì)脫硫效率的影響。石灰石的粒徑分布對(duì)爐內(nèi)脫硫效率有著重要影響。如果粒徑過(guò)小，投入鍋爐的石灰石粉未經(jīng)分離器捕集、一次通過(guò)鍋爐直接進(jìn)入尾部煙道形成飛灰的份額較多，而這部分細(xì)石灰石粉由于與煙氣接觸的時(shí)間過(guò)短，利用率偏低；如果投入鍋爐的粒度過(guò)大，大部分石灰石不能參與循環(huán)，與高SO2濃度煙氣接觸時(shí)間與接觸比表面積均較小，而且由于CaO與SO2和O2反應(yīng)生成的CaSO4體積大于CaCO3，會(huì)堵塞煙氣中SO2進(jìn)入石灰石內(nèi)部的通道，導(dǎo)致大部分石灰石未充分參與脫硫便從排渣口排出，使石灰石的利用率降低。國(guó)峰石灰石粒徑設(shè)定值為為：dmax=1.0mm，d50=0.35mm，在運(yùn)行調(diào)整中對(duì)石灰石制備系統(tǒng)中柱磨機(jī)的間隙，及石灰石分選風(fēng)機(jī)的頻率來(lái)控制石灰石粒徑。同時(shí)石灰石的脫硫性能與石灰石反應(yīng)活性關(guān)系很大，而石灰石反應(yīng)活性受石灰石的成分和內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)等影響，例如晶體型與非晶體型結(jié)構(gòu)、不同雜質(zhì)含量與構(gòu)成等。因此，選擇脫硫劑時(shí)應(yīng)對(duì)其化學(xué)反應(yīng)性能進(jìn)行分析，調(diào)研周邊市場(chǎng)石灰石品質(zhì)，找到適合的高反應(yīng)活性的石灰石，以達(dá)到最佳的脫硫效率和經(jīng)濟(jì)性。

流化速度對(duì)脫硫效率的影響。增加流化風(fēng)速，實(shí)際上增加了物料的攜帶速度，從而使循環(huán)回料量增加，相應(yīng)的延長(zhǎng)了脫硫劑在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間。但一次風(fēng)速太大，使?fàn)t膛出口煙氣速度超過(guò)旋風(fēng)分離器的捕捉速度，造成循環(huán)回料量減少，反而會(huì)降低脫硫效率。可通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)流量、一、二次風(fēng)配比等，達(dá)到調(diào)節(jié)流化風(fēng)速的目的。一般情況下一次風(fēng)量應(yīng)盡量維持在總風(fēng)量的40%。

反應(yīng)溫度對(duì)脫硫效率的影響。鍋爐運(yùn)行床溫對(duì)脫硫效率影響較大，這是由于床溫的變化直接影響脫硫反應(yīng)速度、固體產(chǎn)物的分布和孔隙堵塞特性，所以床溫會(huì)影響脫硫反應(yīng)的進(jìn)行和脫硫劑的利用率。調(diào)節(jié)床溫的主要手段是通過(guò)調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)配比改變密相區(qū)燃燒份額、改變爐內(nèi)溫度分布來(lái)實(shí)現(xiàn)。在保證床層良好流化狀態(tài)的前提下，在一定的床溫范圍內(nèi)，增加一次風(fēng)量可明顯降低床溫。

圖2 床溫對(duì)脫硫效率的影響

2 CFB-FGD爐外脫硫

經(jīng)過(guò)爐內(nèi)脫硫后的煙氣中仍含有硫分，并不符合排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)脫硫灰中含有未完全反應(yīng)的CaO，針對(duì)此特點(diǎn)爐外脫硫采用福建龍凈環(huán)保股份公司制造的循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫裝置（CFB-FGD）。

2.1 爐外脫硫原理

從空預(yù)器出口來(lái)的煙氣從底部進(jìn)入吸收塔，在吸收塔內(nèi)通過(guò)霧化噴嘴將水噴入，將飛灰中未反應(yīng)的CaO活化成消石灰，必要時(shí)將消石灰噴入反應(yīng)塔。消石灰以很高的傳質(zhì)速率與煙氣中的是SO2混合反應(yīng)生成CaSO4和CaSO3等反應(yīng)產(chǎn)物，這些干態(tài)產(chǎn)物小部分從反應(yīng)塔底排灰口排出絕大部分隨煙氣進(jìn)入布袋除塵器，煙氣經(jīng)反應(yīng)塔的頂部進(jìn)入袋式除塵器后除去絕大部分灰，這些灰大部分經(jīng)過(guò)空氣斜槽和旋轉(zhuǎn)給料機(jī)回送到反應(yīng)塔中重復(fù)利用并滿足塔內(nèi)灰平衡，多余的脫硫灰通過(guò)氣力輸送至灰?guī)?，綜合利用。

其化學(xué)反應(yīng)方程式為：

2.2 爐外脫硫的效率及特點(diǎn)

爐外脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)脫硫效率≥90%，保證脫硫效率＞80%，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見表1。

表1 國(guó)峰1號(hào)機(jī)組二級(jí)脫硫裝置實(shí)測(cè)脫硫效率（僅噴水）

CFB-FGD爐外脫硫系統(tǒng)有諸多優(yōu)點(diǎn)，比如：能利用CFB鍋爐飛灰中CaO，負(fù)荷低時(shí)甚至不需額外添加吸收劑生石灰，脫硫灰活性高利于綜合利用；脫硫干煙氣溫度較高，大氣擴(kuò)散更有利，煙囪不需防腐，無(wú)石膏雨現(xiàn)象；耗水少，無(wú)脫硫廢水；系統(tǒng)較簡(jiǎn)單、投資低、占地小、經(jīng)濟(jì)性好；脫硫系統(tǒng)尾部采用布袋除塵器，能有效避免CFB鍋爐飛灰中CaO含量過(guò)高、比電阻過(guò)大等問題，實(shí)現(xiàn)煙塵的超低排放。

3 結(jié)語(yǔ)

《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014～2020年）》要求發(fā)電鍋爐煙氣SO2實(shí)現(xiàn)超低排放，即濃度低于35mg/Nm3，對(duì)于發(fā)電廠是新的要求，國(guó)峰煤電采用兩級(jí)脫硫工藝，率先實(shí)現(xiàn)了超低排放，為循環(huán)流化床機(jī)組超低排放的實(shí)現(xiàn)提供了一條可行的技術(shù)路徑。

[1]岑可法，倪明江，駱仲泱，等.循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計(jì)和運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，1998.

[2]呂俊復(fù)，等.循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行與檢修[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2003.

[3]王 斌.循環(huán)流化床燃燒脫硫技術(shù)[J].煤炭工程，2002，8：19～20.

TK229.66

A

1004-7344（2016）17-0203-02

2016-5-22