循環(huán)流化床鍋爐石灰石消耗分析控制

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(中國石油化工股份公司 洛陽分公司,河南 洛陽 471012)

?生產(chǎn)與實(shí)踐?

循環(huán)流化床鍋爐石灰石消耗分析控制

王鵬舉，賈向群，田志娟，聶禮陽

(中國石油化工股份公司 洛陽分公司,河南 洛陽 471012)

循環(huán)流化床鍋爐一般采用爐內(nèi)噴石灰石粉脫硫。粒徑適當(dāng)?shù)氖沂酆土己玫腻仩t燃燒工況對保持高效的脫硫效率，提高鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要。本文對洛陽石化循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行研究，通過分析石灰石粉性質(zhì)、工藝燃料結(jié)構(gòu)及實(shí)際SO2排放量，提出控制石灰石粒徑、完善監(jiān)督檢測措施、提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性及優(yōu)化運(yùn)行等降低石灰石消耗措施，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

循環(huán)流化床鍋爐；脫硫；石灰石；消耗

循環(huán)流化床(CFB)鍋爐由于具有燃料適應(yīng)性廣，爐內(nèi)噴石灰石控制SO2成本低、NOx排放低等優(yōu)點(diǎn)，近年來發(fā)展迅速，是目前應(yīng)用范圍很廣的清潔燃燒爐型，在我國已大面積推廣。受石灰石性質(zhì)及鍋爐運(yùn)行工況影響，石灰石的消耗量較大[1-5]。洛陽石化鍋爐車間3#CFB鍋爐裝置2014年2月份脫硫劑(石灰石)消耗10 480 t，單月消耗突破10 000 t，消耗量比理論多消耗2 925 t，影響鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

1 洛陽石化CFB鍋爐概述

洛陽石化循環(huán)流化床鍋爐為洛陽分公司油品質(zhì)量升級改造項(xiàng)目配套工程，2009年11月建成投用，脫硫系統(tǒng)隨鍋爐同步建設(shè)，采用爐內(nèi)噴鈣方式。CFB鍋爐設(shè)計(jì)負(fù)荷310 t/h，為單爐膛、單汽包、無中間再熱、自然循環(huán)、平衡通風(fēng)、雙高溫絕熱旋風(fēng)分離器、非機(jī)械式返料U閥、高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐設(shè)計(jì)燃料為100%石油焦，啟動燃燒器燃用重油。

脫硫工藝流程采用向鍋爐內(nèi)噴入0～1 mm的石灰石粉對煙氣進(jìn)行脫硫。石灰石由惠康脫硫劑廠生產(chǎn)，氣體為輸送至石灰石中間倉，再由中間倉輸送至爐前倉。石灰石通過12個(gè)中位風(fēng)噴嘴進(jìn)入爐膛燃燒區(qū)，在840～900 ℃條件下受熱分解生成CaO和CO2，CaO與爐膛內(nèi)的SO2以及O2反應(yīng)生成CaSO4，完成爐內(nèi)脫硫過程，實(shí)現(xiàn)清潔燃燒。石灰石粉添加量是通過煙氣在線檢測的SO2含量和進(jìn)入爐膛的燃料量來控制，由注料泵通過變頻調(diào)速電機(jī)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)給料閥刮板速度來調(diào)節(jié)。

2 石灰石消耗量較大的原因分析

2.1石灰石性質(zhì)參數(shù)的影響

2.1.1 石灰石粒徑的分布

石灰石粒徑對爐內(nèi)脫硫反應(yīng)具有重大的、甚至是決定性的影響，石灰石的粒徑過粗或者過細(xì)都會影響石灰石的利用效率。循環(huán)流化床脫硫的石灰石平均粒徑一般控制在0.1～0.5 mm。石灰石粒度大時(shí)其反應(yīng)表面積小，使鈣的利用率降低；CFB鍋爐的旋風(fēng)分離器只能分離出大于0.075 mm的顆粒(3#CFB爐的旋風(fēng)分離器分離效率為99.9%，可以保證0.1 mm以上的顆粒分離出來)，若石灰石粒徑過細(xì)，小于0.075 mm的石灰石顆粒逃逸到尾部煙道，不能再利用，降低了石灰石的利用率，故石灰石的粒徑分布應(yīng)嚴(yán)格控制。

表1是石灰石粒徑實(shí)際值與設(shè)計(jì)值的對比。

表1 石灰石粒徑對比

從表1可以看出，現(xiàn)3#CFB爐石灰石粒徑與設(shè)計(jì)要求的偏離較大，過細(xì)、過粗顆粒所占比例較大，小于0.11 mm的占30.2%，比設(shè)計(jì)值大4.8%，造成其在爐膛內(nèi)停留時(shí)間短，沒有被旋風(fēng)分離器分離下來，大量未完全反應(yīng)的石灰石隨煙氣逃逸至尾部煙道，造成石灰石消耗量大幅的增大；另外，石灰石粒徑≥0.7 mm，所占比例為10.26%，石灰石粒徑過大時(shí)其反應(yīng)表面積小，降低鈣的利用率，未完全反應(yīng)隨底渣排出，造成石灰石消耗的增加。石灰石實(shí)際粒徑超設(shè)計(jì)粒徑比例為15.06%，石灰石實(shí)際消耗量增加1 578 t。

表2 3#CFB爐飛灰底渣成分分析 %

2.1.2 石灰石純度影響

石灰石設(shè)計(jì)要求的成分為：碳酸鈣，92.6%；碳酸鎂，2.5%；水分，<0.5%；惰性物質(zhì)，5%；石灰石反應(yīng)系數(shù)，2.0。

惠康脫硫劑石灰石碳酸鈣含量為92%左右(抽查)，而2012年底鍋爐熱效率測試時(shí)石灰石分析碳酸鈣有效成分為82.48%，2013年底青島煉化對我單位石灰石化驗(yàn)分析碳酸鈣有效成分為89.15%，均低于脫硫劑廠化驗(yàn)數(shù)據(jù)。

石灰石的純度降低也是造成石灰石消耗量增加的因素，若按照石灰石碳酸鈣有效成分89.15%計(jì)算，因有效成分偏差造成的石灰石消耗量增加390 t。因石灰石性質(zhì)原因造成的石灰石消耗量增加了1 968 t。

2.2工藝、燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整

為了優(yōu)化電站燃煤結(jié)構(gòu)，降低鍋爐燃煤成本，提高效益，動力部積極推進(jìn)落實(shí)3#CFB爐摻燒劣質(zhì)煤運(yùn)行工作和多摻燒進(jìn)口彈丸焦的燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整工作，從節(jié)約燃料運(yùn)行成本上取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。在2013年10月25日開始摻燒高硫煤，截止到2014年2月份，目前摻燒高硫煤共計(jì)22 748 t。但是摻燒高硫煤和硫含量高的彈丸焦后，3#CFB爐煙氣SO2產(chǎn)生量明顯增大，3#CFB爐的熱效率也有一定的降低，造成石灰石脫硫劑消耗量明顯增大，并且SO2環(huán)保指標(biāo)控制難度也明顯增加。

另外，根據(jù)生產(chǎn)需要3#CFB爐運(yùn)行負(fù)荷一直相對較高，正常負(fù)荷保持在280～300 t/h，每月消耗的燃料量偏大，消耗的石灰石量也明顯增加。

以2014年2月為例，3#CFB爐耗彈丸焦消耗量為14 680.84 t，石油焦量為1 175.16 t，高硫煤量為4 550 t，化驗(yàn)分析數(shù)值顯示，彈丸焦硫含量4.54%，石油焦硫含量3.81%，高硫煤中硫含量3.75%，可折算出燃料中S含量881.908 t。月消耗石灰石10 480 t，石灰石有效成分按91.2%計(jì)(抽查數(shù)據(jù))，全月鈣硫比3.46。燃料中S含量881.908 t，SO2排放量平均值232 mg/Nm3，平均煙氣量按62.4 Nm3/s計(jì)算，全月煙氣中排放S38.774 6 t，可計(jì)算出爐內(nèi)脫硫效率為95.6%。

廠家設(shè)計(jì)鈣硫比為2.5∶1，SO2排放量以約為2.858 mg/Nm3計(jì)算，設(shè)計(jì)計(jì)算的SO2排放量為273.93 mg/Nm3。本月車間加強(qiáng)SO2排放量調(diào)整控制，制定車間指標(biāo)控制方案，嚴(yán)格要求班組控制石灰石添加量，控制SO2排放量在150～400 mg/Nm3，控制值盡量高限控制。全月實(shí)際SO2排放量平均值232 mg/Nm3，但是離設(shè)計(jì)值還偏差，繼續(xù)努力總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)格控制SO2排放值，降低石灰石消耗。按照CFB爐實(shí)際鈣硫比，因SO2排放值偏離設(shè)計(jì)值造成石灰石多消耗82.84 t。

床溫對脫硫效率有較大影響，因?yàn)闋t內(nèi)脫硫反應(yīng)有最佳反應(yīng)溫度，理想反應(yīng)溫度為840～900 ℃。偏離最佳反應(yīng)溫度時(shí)，脫硫效率會下降，當(dāng)溫度超過950 ℃不發(fā)生反應(yīng)。目前CFB鍋爐床溫一般運(yùn)行控制在880～910 ℃，這主要有兩方面原因：一是床溫高，鍋爐燃燒效率高；二是石油焦的揮發(fā)分少，著火溫度高達(dá)600 ℃，燃盡所需溫度較高。床溫運(yùn)行平均值為881 ℃，基本在石灰石高效利用區(qū)為840～900 ℃。

目前3#CFB爐根據(jù)生產(chǎn)需要已經(jīng)長周期運(yùn)行了300多天，爐膛內(nèi)布風(fēng)板及旋分內(nèi)部出現(xiàn)了不同程度的結(jié)焦情況，造成物料流化不良，部分區(qū)域存在有高溫的情況，石灰石與SO2反應(yīng)的效率有所降低，從而也影響了石灰石的消耗量。3#CFB本月燃料中S含量為881.908 t。

CaCO3+SO2=CaSO3+CO2

按照設(shè)計(jì)Ca∶S為2.5計(jì)算，碳酸鈣有效成分按91.2%(脫硫劑廠化驗(yàn)數(shù)據(jù))計(jì)算，碳酸鈣消耗量為7 555 t。

可得出碳酸鈣理論消耗量7 555 t，比消耗量低2 925 t。

2.3實(shí)際SO2排放量控制平穩(wěn)率低

2.3.1 入爐石油焦和入爐煤摻比不均勻

目前，進(jìn)入3#CFB爐焦倉的入爐燃料由于燃料車間設(shè)備及工藝等多種原因，造成目前焦煤摻比不能達(dá)到工藝生產(chǎn)要求的均勻配比摻燒。3#CFB爐入爐燃料性質(zhì)變化較大，使得鍋爐的運(yùn)行負(fù)荷、爐膛床溫、鍋爐的蒸汽壓力、主汽溫度以及SO2排放量等參數(shù)變化較大，SO2排放量控制相對困難，也就造成SO2排放量控制平穩(wěn)率相對較低。目前環(huán)保壓力大，環(huán)保要求高，為確保SO2不超標(biāo)排放，在燃料性質(zhì)波動時(shí)，為將SO2排放值控制偏低，造成石灰石消耗量增加。

2.3.2 設(shè)備問題影響

3#CFB爐石灰石添加系統(tǒng)存在給料不均及輸送管路堵塞現(xiàn)象。由于石灰石粉狀介質(zhì)性質(zhì)，常出現(xiàn)給料不均現(xiàn)象，尤其是甲側(cè)給料系統(tǒng)給料波動造成SO2排放量控制相對困難，SO2排放量控制平穩(wěn)率低。為確保環(huán)保指標(biāo)SO2在合格范圍內(nèi)，當(dāng)甲側(cè)給料系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，班組控制SO2指標(biāo)相對偏低；石灰石爐前輸送管道存在堵塞現(xiàn)象，為確保環(huán)保參數(shù)合格，一定程度上也造成了石灰石消耗量增大。綜上所述，造成石灰石消耗量偏大的主要原因有：①石灰石粒徑偏離運(yùn)行工藝設(shè)計(jì)要求，造成逃逸的石灰石量偏大。②3#CFB爐連續(xù)運(yùn)行300多天，運(yùn)行時(shí)間長，負(fù)荷高，消耗燃料相對多。③燃料中的含硫總量高，需要消耗的石灰石量相對較高。④工藝調(diào)整以及設(shè)備運(yùn)行上還存在很多薄弱環(huán)節(jié)，需加強(qiáng)工藝參數(shù)控制和工藝管理，提高經(jīng)濟(jì)成本核算管理，完善考核制度，從而降低石灰石使用量。

3 降低石灰石消耗措施

①脫硫劑公司要嚴(yán)格控制石灰石脫硫劑的粒徑，嚴(yán)格控制小于0.1 mm以下及大于0.7 mm的石灰石比例；另外，控制好石灰石的成分，避免石灰石純度降低造成石灰石消耗量增加。②做好石灰石粒徑及石灰石性質(zhì)的監(jiān)管工作。建議，增加專業(yè)的部門對脫硫劑廠石灰石及性質(zhì)分析等進(jìn)行專業(yè)的監(jiān)督管理，定期將石灰石及底渣、底灰樣送至專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行抽檢，從而更好地保證石灰石的質(zhì)量，降低石灰石的消耗量。③建議脫硫劑廠或分公司化驗(yàn)車間增上飛灰、底渣CaO/CaCO3的成分分析設(shè)施，來判斷飛灰及底渣中未完全反應(yīng)的石灰石量，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果調(diào)整鍋爐運(yùn)行方式，從而更好地調(diào)控石灰石的粒徑及鍋爐的運(yùn)行參數(shù)，減少石灰石的消耗量。④做好燃料結(jié)構(gòu)的調(diào)整工作。在保證燃料成本的同時(shí)，科學(xué)地核算石灰石消耗成本及環(huán)保效益，從而達(dá)到最佳的運(yùn)行燃料結(jié)構(gòu)。⑤繼續(xù)做好入爐焦煤均勻配比工作，保證鍋爐入爐燃料的性質(zhì)平穩(wěn)性、可靠性，保證鍋爐參數(shù)的平穩(wěn)率，避免鍋爐參數(shù)和SO2的大幅波動，造成石灰石用量的增加。⑥加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)，降低石灰石給料系統(tǒng)故障率。增加石灰石輸送吹堵風(fēng)線，降低石灰石堵管事故，確保系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。⑦繼續(xù)嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)，嚴(yán)格控制爐膛溫度在840～900 ℃范圍內(nèi)，保證石灰石反應(yīng)效率。加強(qiáng)考核，提高獎(jiǎng)懲力度，嚴(yán)格控制SO2指標(biāo)在150～400 mg/Nm3，在環(huán)保指標(biāo)合格的范圍內(nèi)，盡量減少石灰石添加量。

4 結(jié)論

通過對CFB鍋爐石灰石粒徑參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，加強(qiáng)鍋爐運(yùn)行調(diào)整，制訂系列措施并實(shí)施。在環(huán)保生產(chǎn)的前提下，石灰石消耗降低2 000余噸，降低了化劑消耗，提高鍋爐機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

2014-04-07

王鵬舉(1986-)，男，助理工程師，從事CFB鍋爐工藝管理工作，電話：18739068329。

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