劉力

摘要：循環(huán)流化床鍋爐具有效率高、燃料適應(yīng)性廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活、環(huán)保性能好等優(yōu)點(diǎn)，近年來發(fā)展非常迅速，技術(shù)日趨成熟。隨著我國(guó)火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格實(shí)施，公眾對(duì)環(huán)保要求越來越高，國(guó)內(nèi)一些擁有循環(huán)流化床鍋爐的電廠正在改造完善或新加脫硫裝置。基于此，本文從循環(huán)流化床燃燒優(yōu)點(diǎn)，爐內(nèi)脫硫原理、脫硫效率影響因素等幾方面出發(fā)，分析了如何提高循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫效率。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床；鍋爐；爐內(nèi)；脫硫效率

1、循環(huán)流化床燃燒優(yōu)點(diǎn)

（1）循環(huán)流化床燃燒技術(shù)具有一些常規(guī)的煤燃燒技術(shù)（如層燃和煤粉燃燒）所不具備的優(yōu)點(diǎn)，如具有脫硫脫硝功能燃料適應(yīng)性強(qiáng)，可燃燒劣質(zhì)煤，負(fù)荷調(diào)節(jié)性能強(qiáng)等。由于循環(huán)流化床燃燒溫度正好是石灰石/石灰脫硫反應(yīng)的最佳溫度，因而在床內(nèi)加入石灰石或白云石可有效地脫除在燃燒過程中生成的SO2。（2）燃料適應(yīng)性強(qiáng)。由于循環(huán)流化床床內(nèi)惰性物料的巨大熱容量，以及流態(tài)燃燒過程中十分良好的傳熱、傳質(zhì)和混合過程，因此循環(huán)流化床雖然是一種低溫燃燒方式，但它卻可以燃用一切種類的燃料并達(dá)到較高的燃燒效率。

2、循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫原理

循環(huán)流化床鍋爐是近年來發(fā)展較快又得到廣泛應(yīng)用的清潔燃燒技術(shù)，具有高脫硫率和低氮氧化物排放的特點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫原理為在流化床床層內(nèi)加入石灰石（CaCO3）或白云石（CaCO3·MgCO3），投入爐內(nèi)的石灰石在800～850℃左右條件下煅燒發(fā)生分解反應(yīng)生成CaO和CO2，然后氧化鈣、SO2和氧氣經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)最終生成硫酸鈣，達(dá)到脫硫目的。

3、循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫效率的影響因素及提高建議

3.1流化速度的影響

一次風(fēng)系統(tǒng)提供循環(huán)流化床所必需的流化風(fēng)。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。但如果一次風(fēng)速太大，使?fàn)t膛出口煙氣速度超過旋風(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。在運(yùn)行中，可通過調(diào)節(jié)一次風(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。

3.2Ca/S摩爾比的影響

Ca/S比是影響脫硫效率和SO2排放的首要因素，燃用低硫煤時(shí)，煙氣中SO2的濃度低，石灰石與SO2反應(yīng)速度慢，消耗石灰石量相對(duì)較大，要求Ca/S比就高。脫硫劑石灰石的特性主要包括：石灰石的反應(yīng)活性、化學(xué)組成、煅燒產(chǎn)物CaO的比表面積、孔隙率、孔徑分布和孔隙結(jié)構(gòu)等。在特性當(dāng)中石灰石反應(yīng)活性的高低對(duì)脫硫影響較大。脫硫劑的反應(yīng)活性是指吸收劑與二氧化硫進(jìn)行表面化學(xué)反應(yīng)的難易程度。脫硫吸收劑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。

3.3床溫的影響

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。而循環(huán)流化床鍋爐床溫的選擇和運(yùn)行控制又和鍋爐設(shè)計(jì)尤其是受熱面布置、運(yùn)行負(fù)荷、灰渣燃盡、NOx污染物排放等因素密切相關(guān)。研究表明，脫硫反應(yīng)的反應(yīng)速度一開始隨溫度升高而升高，在820～850℃時(shí)達(dá)到最佳值。之后隨溫度升高到870～1000℃，反應(yīng)速度開始下降，CaO內(nèi)部分布均勻的小晶粒會(huì)逐漸融合成大晶粒，隨著溫度升高，晶粒越大，CaO的比表面積減小和表面結(jié)殼失去吸收SO2的活性，都使脫硫效率降低。在更高的床溫下超過1000℃，CaSO4還會(huì)逆相分解放出SO2，進(jìn)一步降低硫酸鹽化的化學(xué)反應(yīng)速度，降低脫硫效率。

3.4石灰石粒度的影響

石灰石粒度大時(shí)其脫硫效率明顯下降，這是因?yàn)槊摿騽┛偟姆磻?yīng)表面小而使鈣的利用率降低。但石灰石的顆粒也不能太細(xì)，因?yàn)楝F(xiàn)在常用的旋風(fēng)分離器只能分離出大于75μm的顆粒，而小于75μm的顆粒由于不能再返回爐膛而降低了鈣的利用率。研究表明，用于循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫的石灰石最佳粒度為0.2～1.5mm。一般循環(huán)流化床鍋爐燃煤要求的顆粒度控制在0～13mm，只要粗碎+細(xì)碎就能滿足要求。為了適應(yīng)爐內(nèi)脫硫的需要，最好燃煤的粒度與入爐石灰石的粒度一致。

3.5石灰石輸送系統(tǒng)的影響

由于石灰石粉具有硬度高、堆積密度大、離散性大、易吸水受潮結(jié)塊、逸氣性強(qiáng)和親和力差等特性，因此石灰石粉屬于較難輸送的物料。因此在石灰石輸送系統(tǒng)運(yùn)行過程中，若設(shè)計(jì)不合理、設(shè)備質(zhì)量本身不過關(guān)，就會(huì)影響石灰石輸送系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，造成石灰石輸送系統(tǒng)出力不足、下粉不暢、堵管、磨損及設(shè)備不可靠等問題，這些問題最終導(dǎo)致循環(huán)流化床鍋爐脫硫系統(tǒng)無法穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)此，可在石灰石粉倉(cāng)增加氣化板。該氣化板所用的氣化風(fēng)來自電廠儀用壓縮空氣。由于壓縮空氣中可能帶有一定的水分，所以如果在進(jìn)入氣化板之前，最好用電加熱器加熱。

3.6鍋爐氧濃度及燃料變化的影響

脫硫與氧濃度關(guān)系不大，而提高過量空氣系數(shù)時(shí)脫硫效率總是提高的。在正常的鍋爐運(yùn)行中，一般保持鍋爐含氧量在6%左右，但是因?yàn)榇嬖谥T多的變化因素，如鍋爐床壓的影響、入爐煤種的影響等等。造成鍋爐含氧量也會(huì)有一定的波動(dòng)范圍。尤其是這種燃用煤泥的循環(huán)流化床鍋爐，由于煤泥的黏結(jié)性比較大，在煤泥罐內(nèi)的攪拌并不十分均勻，所以經(jīng)常造成煤泥泵進(jìn)料量的不夠穩(wěn)定，這也造成鍋爐氧量的變化。

3.7分級(jí)燃燒方式的影響

分級(jí)燃燒式可減少NOx的排放，在循環(huán)流化床鍋爐中一次風(fēng)與總風(fēng)量的比率及二次風(fēng)送入位置對(duì)脫硫效率有重要影響，低的一次風(fēng)比率及高二次風(fēng)噴入點(diǎn)可有效減少NOx排放，但使脫硫效率大大降低。在循環(huán)流化床鍋爐中，一次風(fēng)量和一次風(fēng)噴入點(diǎn)均可改變，因此，循環(huán)流化床鍋爐對(duì)分級(jí)燃燒的應(yīng)用更靈活。

4、循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫改造工程實(shí)例

某火電廠鍋爐為300MW循環(huán)流化床鍋爐，經(jīng)過當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門監(jiān)測(cè)，該火電廠SO2排放濃度可滿足標(biāo)準(zhǔn)限制要求，但爐內(nèi)脫硫效率偏低，未能達(dá)到設(shè)計(jì)值要求，經(jīng)調(diào)查研究該火電廠循環(huán)流化床鍋爐脫硫效率低的主要原因大致有：（1）該火電廠實(shí)際燃用煤種大幅偏離設(shè)計(jì)煤種、硫份大幅高于設(shè)計(jì)煤種硫份。（2）石灰石添加輸送系統(tǒng)存在出力不足、下粉不暢、堵管、磨損等問題，導(dǎo)致石灰石添加量不足，鈣硫比不能滿足要求，最終導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)無法穩(wěn)定運(yùn)行，脫硫效率較低。針對(duì)電廠爐內(nèi)脫硫存在的問題，最終確定了相應(yīng)的爐內(nèi)脫硫系統(tǒng)改造方案：（1）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造：該廠的輸煤皮帶分為甲乙兩路皮帶（一運(yùn)一備），在每路皮帶的1號(hào)皮帶上各自增加兩套石灰石添加系統(tǒng)（一運(yùn)一備）。將原有的石灰石系統(tǒng)命名為爐內(nèi)二級(jí)石灰石系統(tǒng)，添加粒徑小于1mm的細(xì)石灰石粉；將輸煤皮帶處新增加的石灰石系統(tǒng)命名為一級(jí)石灰石系統(tǒng)，添加粒徑小于3mm以下粗石灰石粉。（2）將鍋爐床壓降低至6—7KPa，同時(shí)降低一次風(fēng)壓、適當(dāng)加大一次風(fēng)量，加大下二次風(fēng)比、降低上二次風(fēng)比；適當(dāng)降低外側(cè)二次風(fēng)的比例，加大內(nèi)側(cè)二次風(fēng)的比例，達(dá)到提高鍋爐下部和爐膛中心的供氧量、減小還原性氣氛區(qū)域的缺氧程度，增大氧化性區(qū)域，達(dá)到提高脫硫效率的目的。（3）摻燒純度高，煅燒之后形成的CaO具有多孔隙結(jié)構(gòu)、比表面積、空徑分布空隙率大，反應(yīng)活性好的石灰石。（4）Ca/S摩爾比控制在1.5—2之間，入爐煤硫份高時(shí)Ca/S摩爾比按上限控制，入爐煤硫份低時(shí)Ca/S摩爾比按下限控制。

5、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，盡管影響循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫效率的因素有很多，但要提高循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫效率還是可以實(shí)現(xiàn)的。循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)添加石灰石脫硫，只要挑選活性高的優(yōu)質(zhì)的脫硫劑、嚴(yán)格控制入爐石灰石的粒度、完善石灰石粉的儲(chǔ)存和輸送系統(tǒng)，防止板結(jié)、堵塞并實(shí)施自動(dòng)化控制、合理控制爐膛溫度、選擇合適鈣硫比等措施，就能獲得較好的脫硫效果。

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（作者單位：山西平朔煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司）