影響CFB鍋爐爐內(nèi)噴鈣脫硫效率的主要因素及解決辦法

樸明龍

（山西漳電大唐熱電有限公司，山西 大同 037003）

CFB鍋爐是一種節(jié)能、環(huán)保的新型燃煤鍋爐。有燃料適應(yīng)力強、效率高、脫硫率高、適應(yīng)符合能力強、系統(tǒng)簡單，投資小等優(yōu)點。現(xiàn)在被廣泛的應(yīng)用于電力行業(yè)。由于國家對于電廠鍋爐排放要求越來越高，CBF鍋爐的脫硫工藝也日漸成熟。根據(jù)CFB鍋爐本身的特點及原理，比較適合使用爐內(nèi)噴鈣的脫硫工藝。本文以山西漳電大唐熱電有限公司鍋爐脫硫系統(tǒng)增效改造為實例，分析了影響CFB鍋爐爐內(nèi)噴鈣脫硫效率的主要因素，并提出了具體解決方案。

1 工程概況

山西漳電大唐熱電有限公司于2004年建廠，配備有5臺鍋爐為哈鍋生產(chǎn)的HG-240/9.8-L.MG35型CFB鍋爐（參數(shù)如表1，煙氣參數(shù)如表2），以燃燒發(fā)熱量為3000-3500大卡的中煤和煤矸石為主，采用爐內(nèi)脫硫、電袋復(fù)合式除塵器的減排方式，2013年公司實際全年平均排放濃度為：SO2：296.1mg/m3、NOx：245.3mg/m3；截止到 2014 年 7 月前基本能達(dá)到國家的現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)。為了響應(yīng)國家環(huán)保要求，滿足14年7月執(zhí)行的新排放標(biāo)準(zhǔn)，通過技術(shù)研討和實地考察，確認(rèn)仍使用爐內(nèi)噴鈣脫硫工藝不變，對現(xiàn)有脫硫系統(tǒng)進(jìn)行增效改造。為了節(jié)約成本，本次改造本著現(xiàn)有設(shè)備利用最大化的原則。

表1 循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)參數(shù)

表2 煙氣脫硫設(shè)計參數(shù)表

2 影響爐內(nèi)噴鈣脫硫效率的主要因素

2.1 反應(yīng)原理

循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)噴鈣工藝是通過向爐內(nèi)添加石灰石控制SO2排放，其在爐內(nèi)的脫硫反應(yīng)過程一般分為兩步：

第一步，CaCO3的煅燒反應(yīng)，即石灰石在高溫下分解生成CaO和CO2。

化學(xué)方程式：CaCO3→CaO+CO2（煅燒反應(yīng)）

第二步，煅燒生成的多孔狀CaO在氧化性氣氛中遇到SO2就會發(fā)生化合反應(yīng)生成CaSO4?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式：CaO+SO2+1/2O2→ CaSO4（化合反應(yīng)）

2.2 影響脫硫效率的主要因素

2.2.1 石灰石品質(zhì)

石灰石品質(zhì)是影響爐內(nèi)噴鈣工藝脫硫效率的一個重要因素。品質(zhì)的好壞，直接影響整個系統(tǒng)的最終結(jié)果。在石灰石品質(zhì)中，主要需要關(guān)注粒度、水分、活性及CaCO3含量這四個指標(biāo)。其中，CaCO3含量及活性直接影響石灰石在反應(yīng)中的積極性，若過低則導(dǎo)致石灰石參與反應(yīng)的量過小，導(dǎo)致脫硫效率達(dá)不到要求；石灰石所含水分會影響石灰石的物理特性，若水分過大，會導(dǎo)致石灰石儲存和運輸發(fā)生板結(jié)，甚至堵塞，影響系統(tǒng)的正常運行，一般保證石灰石水分不大于2%；粒度是影響石灰石反應(yīng)的另一個重要因素，CFB鍋爐對石灰石粒度及粒徑分布有嚴(yán)格要求。石灰石平均粒度過大，與S02接觸時間和接觸表面積減小，部分CaCO3還未來得及參與反應(yīng)就被外表硫酸鹽隔絕，石灰石利用不充分（如圖1）；還會導(dǎo)致輸送阻力增加，增大設(shè)備磨損；燃料和石灰石粒度太小時，會隨煙氣大量逃逸，分離器無法有效分離，較低脫硫效率，增加飛灰含炭量。故一般采用0～2 mm，平均100～500 μm的石灰石粒度。

2.2.2 脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定性

除了石灰石本身的特性外，石灰石儲存及輸送的可靠穩(wěn)定也是影響脫硫效率的重要因素。以山西漳電大唐熱電有限公司的脫硫系統(tǒng)改造為例，比較新舊設(shè)備在先進(jìn)性和穩(wěn)定性上的差異，來說明系統(tǒng)可靠的重要性。

（1）石灰石入爐噴入點

石灰石的最佳煅燒和反應(yīng)溫度為800～900℃，在此溫度范圍內(nèi)，溫度越高，石灰石與SO2的反應(yīng)越充分，原有舊噴口在鍋爐前墻12米處兩個二次風(fēng)噴口內(nèi)，較爐膛密相區(qū)較遠(yuǎn)，溫度較密相區(qū)下部略低。改造后新噴口從爐膛后墻返料腿噴入，其位置比二次風(fēng)位置低，離床料濃相區(qū)距離近，熱量更充足，較容易達(dá)到石灰石的煅燒及與SO2反應(yīng)的最佳溫度。同時由于從返料腿處噴入石灰石，噴射速度相對二次風(fēng)處要高，石灰石進(jìn)入爐膛后很容易進(jìn)入爐膛下部，從而其在爐內(nèi)的停留時間相對稍長，加上爐膛下部溫度相對上部要高20-30℃，此溫度為石灰石與SO2反映的最佳溫度，所以從返料腿進(jìn)入的石灰石比二次風(fēng)處進(jìn)入的石灰石與SO2的反應(yīng)更充分。且原有舊系統(tǒng)中石灰石從二次風(fēng)噴入，由于二次風(fēng)無足夠穿透床料的能力，從而不能保證石灰石進(jìn)入到爐膛最佳的反應(yīng)場，石灰石與SO2反應(yīng)也就無法充分進(jìn)行，脫硫效果相對就差。新噴口位于爐膛密相區(qū)下部，且由一次風(fēng)作為動力風(fēng)，穿透力較強，石灰石與床料混合充分。

（2）石灰石儲存、供應(yīng)及輸送系統(tǒng)

原有系統(tǒng)共用一個石灰石儲存?zhèn)}，經(jīng)常出現(xiàn)下料不暢情況。單臺鍋爐輸送系統(tǒng)配置兩臺緩沖倉泵，一臺PSB200型旋轉(zhuǎn)式變頻給料機，設(shè)計輸送能力4t/h，連續(xù)輸送方式，輸送管道為Φ114*7。石灰石輸送系統(tǒng)實際運行中，在鍋爐給煤量低于45t/h時，石灰石給料機變頻調(diào)至20%以下可正常運行，鍋爐SO2排放值低于200mg/m3；在鍋爐給煤量在50-60t/h時，鍋爐SO2排放值將達(dá)到750mg/m3以上，在增加石灰石投入量時，及給料機變頻調(diào)至＞20%以后，系統(tǒng)即開始頻繁堵管，造成輸送系統(tǒng)停運。依據(jù)變頻開度及石灰石輸送流量計測算，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生堵管的時候，石灰石的輸送量僅為0.9～1.2t/h左右，該投入量僅能維持鍋爐85%以下負(fù)荷的脫硫能力。當(dāng)鍋爐負(fù)荷達(dá)到額定負(fù)荷運行時，現(xiàn)有石灰石輸送系統(tǒng)無法將SO2排放降至規(guī)定值，從而造成鍋爐SO2排放超標(biāo)。

我們將原有石灰石倉內(nèi)的氣化板全部更換，并在儲料罐和收料罐下部設(shè)置了流化系統(tǒng)，保證了輸料連續(xù)而均勻。將原有的立式旋轉(zhuǎn)給料閥更換，使用由Mobotec PRC公司設(shè)計生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)和性能均比較優(yōu)良的橫制盤式變頻旋轉(zhuǎn)給料調(diào)節(jié)閥，可根據(jù)鍋爐負(fù)荷，通過調(diào)節(jié)變頻器的頻率來調(diào)節(jié)給料機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)系統(tǒng)出力，從而達(dá)到滿足鍋爐脫硫需量。原有系統(tǒng)由于系統(tǒng)設(shè)備，管路布置等多方面缺陷，容易發(fā)生堵管，堵管后無排堵措施，只能人工清理，影響了系統(tǒng)運行，耗費了太多的人力物力。系統(tǒng)改造后，有效的避免了這些問題的發(fā)生。具體的防堵排堵措施如下：當(dāng)系統(tǒng)將要發(fā)生物料堵塞時，會引起管道內(nèi)輸送氣體的壓力變化，此時控制系統(tǒng)會根據(jù)檢測到的信號進(jìn)行自動調(diào)節(jié)給料速度，避免堵塞。萬一出現(xiàn)堵塞，系統(tǒng)會自動停止旋轉(zhuǎn)給料器和關(guān)閉輸送空氣，等到管道中壓力下降到空管壓力后，系統(tǒng)會自動打開輸送空氣的控制閥，經(jīng)過反復(fù)開關(guān)控制閥，對物料進(jìn)行連續(xù)清吹后，可以清除堵塞。

原有系統(tǒng)輸送管道為Φ114*7，在輸送距離未達(dá)到極限時，能夠滿足系統(tǒng)要求。但是由于1#，2#爐距離較遠(yuǎn)，系統(tǒng)管道阻力較大，堵管幾率更大，所以我們將#1、#2鍋爐石灰石輸送管道管徑增加到DN125，減小了沿途阻力，同時也降低了設(shè)備、管道、彎頭等磨損幾率。

（3）石灰石輸送氣源品質(zhì)

由于石灰石用怕潮特性，所以輸送氣源必須要保證干燥性。我們在改造時發(fā)現(xiàn)，舊系統(tǒng)氣源管底層有大量水聚集，嚴(yán)重影響氣源干燥性，判斷舊系統(tǒng)經(jīng)常性堵塞和此有關(guān)。改造時我們將管道內(nèi)及儲氣罐內(nèi)的水份全部排出，并新增加一個氣源加熱器，采用蒸汽加熱的方式來加熱氣源。

輸送氣源的壓力也決定著其承載石灰石的能力。舊系統(tǒng)由于氣源母管壓力過低，承載力不足以將石灰石送入鍋爐，造成系統(tǒng)堵塞。改造后我們增加了2臺28m3/h的新空壓機及其配套的干燥機，徹底解決了氣源壓力問題，改造后管道堵塞問題得到解決。

2.2.3 鍋爐燃燒環(huán)境

石灰石的脫硫能力最終還是要靠與床料燃燒發(fā)生反應(yīng)來完成的，所以脫硫效率的高低，爐內(nèi)燃燒環(huán)境也是一個重要的因素。為了能使石灰石與床料充分混合，石灰石的噴入位置就尤為重要。原有舊系統(tǒng)的屏噴入位置在鍋爐上、中部二次風(fēng)口。二次風(fēng)噴口的噴入形式，客觀上要求該噴口的二次風(fēng)要有足夠的剛性，能將石灰石粉噴入到爐內(nèi)足夠的深度，由于噴口位于鍋爐密相區(qū)上部，且噴射力不足，石灰石很難與床料充分混合，脫硫效果差，浪費石灰石。另外，二次風(fēng)噴口的噴入形式，如剛度足夠，顆粒的細(xì)度理論上細(xì)比粗脫硫效果要好，如剛度較差，則粗粉比細(xì)粉效果好；但實際中因粗粉易堵塞輸粉管，為保證系統(tǒng)的正常運行，我們使用細(xì)粉，導(dǎo)致二次風(fēng)噴口磨損嚴(yán)重。

改造時我們將原有石灰石噴口全部作廢，在鍋爐后墻密相區(qū)下部中間位置和兩個返料腿入爐膛上部位置重新開噴口。新噴口有效的解決了石灰石與床料混合不充分的問題，由于噴入口在密相區(qū)下部，又由一次風(fēng)作為動力，所以穿透力極強，石灰石進(jìn)入爐膛后迅速參與到床料燃燒中，混合充分。另外，釋放了二次風(fēng)噴口，有效減小了二次風(fēng)噴口的磨損情況。改造后脫硫效率明顯提高。

3 結(jié)語

爐內(nèi)噴鈣脫硫作為一種低投資，高效率的脫硫工藝，在我國的CFB鍋爐領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。通過對石灰石品質(zhì)、系統(tǒng)可靠性及爐內(nèi)反應(yīng)環(huán)境的改善，解決了石灰石輸送堵塞、系統(tǒng)可調(diào)性差及爐內(nèi)反應(yīng)時間短等問題，有效的提高了脫硫效率，節(jié)約了運行成本，滿足國家新的排放標(biāo)準(zhǔn)，有效降低了SO2的排放。