爐內(nèi)噴鈣干法脫硫技術(shù)應(yīng)用分析

朱建安 李宇峰 陳湍南

摘 要：結(jié)合焦作煤業(yè)集團(tuán)電冶分公司循環(huán)流化床機組脫硫改造工程實例，對爐內(nèi)噴鈣干法脫硫技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用分析，根據(jù)爐內(nèi)干法脫硫工藝實踐中存在問題的整改經(jīng)驗，總結(jié)出提高爐內(nèi)脫硫系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運行的有效措施。結(jié)果表明，優(yōu)化改進(jìn)后的爐內(nèi)噴鈣干法脫硫技術(shù)可實現(xiàn)90%以上的脫硫效率，實現(xiàn)鍋爐煙氣中SO2排放質(zhì)量濃度小于150mg/Nm3的設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：爐內(nèi)噴鈣；循環(huán)流化床鍋爐；優(yōu)化改進(jìn)；脫硫效率

引言

焦作煤業(yè)集團(tuán)電冶分公司三臺25MW高、低混合流速CFB機組配套建設(shè)有雙堿法濕法脫硫系統(tǒng)，由于設(shè)備老化及酸堿的長期腐蝕，系統(tǒng)故障頻繁，投入率無法保證且脫硫效率低下，不能滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）對燃煤機組SO2排放指標(biāo)的要求，為了電廠的持續(xù)生存和發(fā)展，脫硫提標(biāo)改造勢在必行。對比爐內(nèi)脫硫、半干法脫硫和濕法脫硫三種當(dāng)前國內(nèi)CFB機組的主要脫硫工藝，結(jié)合電冶分公司廠區(qū)內(nèi)空間限制條件、燃料低硫特性、引風(fēng)機選型余量和CFB鍋爐的爐型特點，電冶分公司決定采用系統(tǒng)阻力小、接口時間短、工藝結(jié)構(gòu)簡單、投資和運行維護(hù)成本相對節(jié)省的爐內(nèi)噴鈣干法脫硫技術(shù)作為提標(biāo)改造的實施方案。

1 工藝概況

（1）鍋爐基本情況。電冶分公司三臺高、低混合流速循環(huán)流化床鍋爐是在原130t/h煤粉爐基礎(chǔ)上進(jìn)行擴容改造的一種高效、低污染的新型鍋爐。高、低混合流速循環(huán)流化床燃燒，鍋爐上部煙氣流速為5m/s，下部煙氣流速為3.8m/s。密相區(qū)布置橫埋管、爐膛全膜式壁懸吊結(jié)構(gòu)，內(nèi)置水冷上排氣高溫旋風(fēng)分離器，返料器為自平衡型U型閥。每臺爐配一臺離心式送風(fēng)機、兩臺變頻離心式引風(fēng)機和一臺高壓流化風(fēng)機。二次風(fēng)管接自一次風(fēng)風(fēng)箱，分上下兩層送入爐膛。

（2）燃料來源及硫分。燃料選用焦煤集團(tuán)內(nèi)部各礦井選煤廠的煤泥、煤矸石和劣質(zhì)煤混合物，綜合發(fā)熱量3000±500Kcal/Kj，含硫0.5%左右。煤泥摻燒比例為40%～60%，與矸石、洗中煤等摻混后入爐燃燒，單爐入爐煤量38～45t/h，鍋爐原始SO2排放濃度約1500mg/Nm3。

（3）爐內(nèi)噴鈣干法脫硫工藝實施路線。本次提標(biāo)改造的工藝路線是對原濕法脫硫系統(tǒng)進(jìn)行隔離，新建一套爐內(nèi)噴鈣干法脫硫系統(tǒng)。脫硫劑采用石灰石粉，從鍋爐四周上二次風(fēng)風(fēng)口噴入爐膛，與煙氣中的SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使煙氣中的SO2排放濃度≤150mg/Nm3，滿足國家環(huán)保要求，具體設(shè)計指標(biāo)見表1：

表1 爐內(nèi)脫硫系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)

系統(tǒng)主要由石灰石粉倉、布袋除塵裝置、加熱裝置、氣化風(fēng)系統(tǒng)、壓縮空氣干燥凈化系統(tǒng)、星形給料機、羅茨風(fēng)機、物料泵、輸灰管路及DCS控制系統(tǒng)等組成，石灰石粉通過罐車氣力輸送進(jìn)粉倉，煙氣數(shù)據(jù)采用硬接線方式從煙氣在線監(jiān)測站數(shù)據(jù)模塊接引至脫硫DCS系統(tǒng)。

2 問題分析及改進(jìn)措施

2.1 輸粉管道堵塞與磨損

石灰石粉顆粒不合格或受潮粘結(jié)、給料不穩(wěn)定時高濃度物料流在彎頭高阻力處發(fā)生氣固分離、管路內(nèi)壁粗糙部位因局部阻力等均會導(dǎo)致物料堆積，導(dǎo)致堵管問題的發(fā)生。實現(xiàn)物料的輸送，首先要使物料保持一定的移動速度，而移送的粒子與管壁之間會發(fā)生碰撞與摩擦，因此磨損是不可避免的。對于彎頭部位，由于離心力和慣性撞向管道外側(cè)的內(nèi)壁，該部位的磨損將尤為嚴(yán)重。為了減緩管道的磨損、降低管道堵塞的發(fā)生概率，并在管道磨損和堵塞時能及時疏通和更換，改進(jìn)措施：（1）彎頭全部采用90°或120°的圓弧過渡彎頭，優(yōu)化管路流線；（2）彎頭防磨工藝選型上綜合考慮阻力特性，選取較低阻力的耐磨鋼瓷復(fù)合管；（3）所有彎頭均采用法蘭連接，便于疏通和更換；（4）在所有彎頭部位均設(shè)置壓縮空氣管接頭和閥門，便于堵管時用高壓空氣快速疏通；（5）輸送管道全部采用厚壁無縫碳鋼管，管壁厚度不小于10mm，彎頭、變徑及三通等易磨損部件采用鋼瓷復(fù)合耐磨材質(zhì)。該材質(zhì)由剛玉陶瓷、過渡層、鋼三層組成，其莫氏硬度可達(dá)9.0相當(dāng)于HRC90以上，具有良好的耐磨性能。

2.2 粉倉物料結(jié)拱堵塞

石灰石常作為干燥劑，具有良好的吸潮特性。粉倉并非絕對嚴(yán)密的封閉環(huán)境，為避免石灰石粉受潮，防止粉倉結(jié)拱堵塞，進(jìn)行的優(yōu)化改進(jìn)措施有：（1）在粉倉底部均布電加熱板，保持倉底部位在60℃的恒溫；（2）在粉倉下部設(shè)置壓縮氣體流化裝置，保持物料的流動性；（3）在壓縮空氣進(jìn)入氣體流化裝置前設(shè)置冷干機和空氣電加熱器，保持壓縮空氣的潔凈與溫度。

2.3 脫硫效率不穩(wěn)定

粉倉及管道的焊渣脫落、還原劑顆粒度超標(biāo)、配煤不勻、煤倉堵煤、鍋爐工況變化等，均會引起風(fēng)煤比、鈣硫比失調(diào)導(dǎo)致SO2排放超標(biāo)，均為爐內(nèi)脫硫不穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。要實現(xiàn)穩(wěn)定的脫硫效率，需要從以下方面進(jìn)行改進(jìn)：（1）做好設(shè)備安裝質(zhì)量監(jiān)督，在管路投粉前進(jìn)行充分的空管吹掃，消除焊渣等雜質(zhì)對系統(tǒng)的影響。（2）從采購驗收環(huán)節(jié)嚴(yán)控石灰石品質(zhì)，做到每次購置石灰石粉的同步取樣分析。（3）從煤質(zhì)著手，控制煤質(zhì)發(fā)熱量、硫分的基本穩(wěn)定，并控制燃料水分在9%以內(nèi)以降低燃料粘性。（4）在爐前倉增加渦旋清堵機和空氣炮以緩解斷煤問題，多管齊下，保證煤質(zhì)穩(wěn)定，煤流均勻。（5）在系統(tǒng)連鎖保護(hù)、冗余配置上下功夫，優(yōu)化管道阻力參數(shù)與給料器、羅茨風(fēng)機的啟停連鎖，使應(yīng)急或備用設(shè)備設(shè)施快速投入。（6）加強司爐及脫硫值班人員的技術(shù)培訓(xùn)，提高鍋爐變工況條件下的快速反應(yīng)能力，實現(xiàn)鈣硫比的快速調(diào)節(jié)。

3 效果及建議

2014年7月系統(tǒng)投運后，實現(xiàn)了安全穩(wěn)定運行。據(jù)環(huán)保監(jiān)測，煙氣中SO2排放指標(biāo)達(dá)到了最新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求，環(huán)保監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2 監(jiān)測結(jié)果

由上表可知，采用爐內(nèi)噴鈣干法脫硫工藝，實現(xiàn)了SO2排放濃度小于150mg/Nm3的設(shè)計指標(biāo)，可滿足國家最新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)小于200mg/Nm3的要求。不過，1號爐的脫硫效率偏低。主要是由于該爐煙氣量過高，風(fēng)煤比控制不到位造成的，建議進(jìn)一步加強鍋爐運行方面的優(yōu)化調(diào)整，合理控制床溫、料層厚度及一次風(fēng)量，確保脫硫效率穩(wěn)定在90%以上，實現(xiàn)爐內(nèi)噴鈣干法脫硫工藝在CFB機組的應(yīng)用上安全、穩(wěn)定、高效運行。

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作者簡介：朱建安（1955-），男，教授，主要從事熱能與動力工程教學(xué)與科研工作。