任清潔，牛擁軍

（1.華電陜西能源有限公司，西安 710032；2.西安熱工研究院有限公司，西安 710032）

循環(huán)流化床鍋爐摻燒高鈣煤矸石脫硫性能試驗研究

任清潔1，牛擁軍2

（1.華電陜西能源有限公司，西安 710032；2.西安熱工研究院有限公司，西安 710032）

介紹了循環(huán)流化床鍋爐在燃用不同煤種、摻燒不同煤矸石及啟動爐內(nèi)噴鈣與否情況下鍋爐脫硫性能的試驗情況，結(jié)果表明，燃用不同煤種以及摻燒不同鈣基含量煤矸石情況下，爐內(nèi)自脫硫效率差異明顯。燃用鈣基含量高的燃煤，爐內(nèi)脫硫效率較高，在原來燃煤基礎(chǔ)上摻燒高鈣煤矸石可明顯提升鍋爐爐內(nèi)脫硫性能。對燃煤鈣基含量較高而硫分較低的部分電廠，摻燒高鈣煤矸石可達到較高的綜合脫硫效率及明顯的SO2總量減排效果，同時滿足國家關(guān)于燃煤電廠SO2排放限值要求。

循環(huán)流化床鍋爐；高鈣煤矸石；摻燒；脫硫性能

0 引言

循環(huán)流化床鍋爐具有燃料適應性廣、負荷調(diào)節(jié)性好、燃燒效率高、可實現(xiàn)資源高效綜合利用、污染物排放強度低等優(yōu)點，在國內(nèi)外應用廣泛［1］。但目前的實際運行情況表明，循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫效率較低，多數(shù)在75%左右，大部分達不到90%以上的設(shè)計脫硫效率［2］，無法滿足日益嚴格的環(huán)保要求，達不到GB 13271—2014《鍋爐大氣污染物排放標準》［3］及GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》［4］的相關(guān)要求。究其原因，與循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫效率影響因素多、運行過程中連續(xù)控制性差等均有關(guān)系。

2013－08－25—09－14，以陜西華電瑤池發(fā)電有限公司（以下簡稱瑤池發(fā)電公司）2臺705 t/h循環(huán)流化床鍋爐中的＃1機組鍋爐為試驗對象，實施完成了不同煤礦次煤，摻燒不同煤礦、不同比例的煤矸石及爐內(nèi)噴鈣的脫硫性能評估試驗。本文對瑤池發(fā)電公司＃1循環(huán)流化床鍋爐在燃用不同煤種、摻燒不同煤矸石及啟動爐內(nèi)噴鈣與否情況下鍋爐脫硫性能及SO2排放濃度的試驗研究成果進行總結(jié)分析。

1 不啟動爐內(nèi)噴鈣、摻燒煤矸石主要參數(shù)情況

＃1鍋爐不啟動爐內(nèi)噴鈣、摻燒不同比例煤矸石情況下主要測試參數(shù)見表1，表1中：①為實驗室分析的入爐煤樣收到基全硫；②為分散控制系統(tǒng)（DCS）顯示鍋爐給煤量；③為實測煙氣流量（標態(tài)、干基、6%O2）；④為實測凈煙氣SO2質(zhì)量濃度（標態(tài)、干基、6%O2）；⑤為理論估算脫硫效率；⑥為實驗室分析推算的入爐煤樣含鈣量（以CaO計）；A為皇樓溝煤；B為下溝煤矸石；C為順通煤；D為卸煤溝煤；E為毛家山煤；F為中煤（火石咀）。表中脫硫效率均為理論計算的鍋爐自脫硫效率，根據(jù)DCS采用的入爐煤質(zhì)量計算出該燃煤中的全硫全部轉(zhuǎn)化為SO2情況下煙氣中的SO2質(zhì)量濃度，據(jù)此對循環(huán)流化床鍋爐的自脫硫效率進行理論估算。下同。

＃1機組在鍋爐燃煤中摻燒不同比列煤矸石的情況下，鍋爐爐內(nèi)脫硫率差別很大，單燒毛家山煤或摻燒下溝煤矸石時鍋爐爐內(nèi)脫硫效率普遍較高，脫硫率最高達到99.8%，最低為78.0%；而單燒皇樓溝煤或摻燒中煤（火石咀）時爐內(nèi)脫硫效率均較低：單燒皇樓溝煤時爐內(nèi)脫硫效率僅為4.9%，毛家山煤摻燒中煤（火石咀）比例為5∶5時爐內(nèi)脫硫效率最高為55.1%，皇樓溝煤摻燒中煤（火石咀）比例為7∶3時爐內(nèi)脫硫效率最低為37.8%。

分別對下溝煤矸石和中煤（火石咀）進行了化驗分析，分析數(shù)據(jù)表明：下溝煤矸石中的鈣基含量很高，以CaO計可達到20.48%，而其收到基全硫僅為0.44%；中煤（火石咀）中的鈣基含量就很低了，以CaO計僅為3.00%，收到基全硫為1.10%。2種不同煤矸石的成分差別較大，造成鍋爐爐內(nèi)脫硫率差別較大。

2 啟動爐內(nèi)噴鈣、摻燒煤矸石主要參數(shù)情況

＃1鍋爐啟動爐內(nèi)噴鈣、摻燒不同比例煤矸石情況下主要測試參數(shù)見表2。＃1機組在鍋爐燃煤中摻燒不同比例煤矸石的情況下同時啟動爐內(nèi)噴鈣（石灰石粉），循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫效率良好，試驗期間脫硫效率最大值為97.9%（毛家山煤與下溝煤矸石按5∶5摻配同時啟動爐內(nèi)噴鈣情況下），最低值86.1%（毛家山煤與中煤（火石咀）按5∶5比例摻配同時啟動爐內(nèi)噴鈣情況下）。

表1 ＃1鍋爐不啟動爐內(nèi)噴鈣、摻燒不同比例煤矸石情況下主要測試參數(shù)

啟動爐內(nèi)噴鈣與不啟動爐內(nèi)噴鈣時，同樣的摻燒比例下進行對比：毛家山煤與中煤（火石咀）按5∶5摻配時，爐內(nèi)脫硫效率從54.6%提高到86.1%；皇樓溝煤與中煤（火石咀）按7∶3摻配時，爐內(nèi)脫硫效率從37.8%提高到88.0%；皇樓溝煤與中煤（火石咀）、毛家山煤按3∶2∶5摻配時，爐內(nèi)脫硫效率從52.4%提高到96.6%；毛家山煤與下溝煤矸石按5∶5摻配時，爐內(nèi)脫硫效率從96.5%提高到97.9%。

測試數(shù)據(jù)表明，在啟動爐內(nèi)噴鈣情況下，鈣基含量低的煤種摻配情況下爐內(nèi)脫硫效率提升效果明顯，在電廠目前的煤種摻燒方式中，在不啟動爐內(nèi)噴鈣時爐內(nèi)脫硫效率最差的皇樓溝煤與中煤（火石咀）摻配，啟動爐內(nèi)噴鈣后爐內(nèi)脫硫效率也從37.8%提高到了88.0%。但啟動爐內(nèi)噴鈣時，鈣基含量高的煤種摻配情況下爐內(nèi)脫硫效率提升效果不明顯，這主要是因為高鈣煤矸石摻配方式下爐內(nèi)脫硫效率已經(jīng)達到了較高水平，啟動爐內(nèi)噴鈣則無明顯提升。

3 摻燒對脫硫效率及SO2質(zhì)量濃度的影響

本次性能評估試驗研究表明，入爐煤摻燒高鈣煤矸石與否、摻燒煤矸石的比例高低以及煤矸石含鈣量的高低對鍋爐爐內(nèi)自脫硫效率的影響較為顯著［5］。

表2 ＃1鍋爐啟動爐內(nèi)噴鈣、摻燒不同比例煤矸石情況下主要測試參數(shù)

單燒皇樓溝煤時，該煤種鈣基含量較低，試驗期間取樣分析的煤中鈣基含量（以CaO計）約為2.84%，按煤中的硫分全部生成SO2考慮，理論計算進入煙氣中的SO2質(zhì)量濃度為5010.6 mg/m3（標準狀態(tài)，干基，6%O2），實測尾部煙氣中的SO2質(zhì)量濃度為4766.1 mg/m3（標準狀態(tài)，干基，6%O2），爐內(nèi)脫硫效率為4.88%，脫硫效率低。

在摻燒鈣基含量高的煤矸石情況下，尤其是摻燒煤矸石比例較高的情況下，理論估算的爐內(nèi)脫硫效率普遍很高，如單燒毛家山煤（由供煤廠家摻配煤矸石）理論推算的爐內(nèi)脫硫效率最高可達99.8%，實測的尾部煙氣SO2質(zhì)量濃度達到了10 mg/m3（標準狀態(tài)，干基，6%O2）以下。

4 結(jié)論

本次評估試驗表明，瑤池發(fā)電公司機組鍋爐在不同的入爐煤摻配方式下，爐內(nèi)自脫硫效率差別較大，分析認為，這受不同煤種鈣基含量、硫分含量、不同的摻配比例以及是否啟動爐內(nèi)噴鈣等因素制約，當然，可能還與不同煤種中鈣基的不同的賦存形態(tài)及其反應活性有關(guān)。綜上所述，本次試驗研究結(jié)論簡單歸納如下。

（1）在適當?shù)拿喉肥瘬綗壤拢幊匕l(fā)電公司循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫效率可達到99.8%，遠高于傳統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐的爐內(nèi)脫硫效率。

（2）在適當?shù)拿喉肥瘬綗壤蜉o以爐內(nèi)噴鈣措施，瑤池發(fā)電公司循環(huán)流化床鍋爐摻燒高鈣煤矸石時爐內(nèi)脫硫效率可達99.8%。

（3）不同的煤種、煤矸石摻配比例以及混合后入爐煤的含鈣量高低對鍋爐爐內(nèi)脫硫效率影響顯著。

（4）在摻燒一定比例的高鈣煤矸石或摻燒高鈣煤矸石并啟動爐內(nèi)噴鈣情況下，可達到較高的鍋爐爐內(nèi)自脫硫效率，SO2排放質(zhì)量濃度可接近0。

（5）摻燒高鈣煤矸石可以大量節(jié)約石灰石，即在摻燒高鈣煤矸石達到一定比例時，即使不啟動爐內(nèi)噴鈣，仍可獲得較高的鍋爐爐內(nèi)脫硫效率，同時實現(xiàn)達標排放。

［1］孔祥瑜.循環(huán)流化床鍋爐脫硫問題探討［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2006，16（4）：174－176.

［2］王三平，馬紅友，姜凌.火電廠循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫效率影響因素分析［J］.科技信息，2010，2（17）：223－224.

［3］鍋爐大氣污染物排放標準：GB 13271—2014［S］.

［4］火力發(fā)電廠大氣污染物排放標準：GB 13223—2014［S］.

［5］王智微，王鵬利，孫獻斌，等.循環(huán)流化床內(nèi)高CaO含量煤自脫硫的試驗研究［J］.動力工程，2003，23（3）：2436－2438.

（本文責編：白銀雷）

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1674－1951（2016）10－0017－03

任清潔（1970—），男，陜西洋縣人，工程師，碩士，從事電力企業(yè)環(huán)保管理方面的工作（E-mail：rqj3132＠163.com）。

2016－09－12；

2016－09－29