王玉良

（太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西太原 030001）

煙氣脫硫是燃煤鍋爐環(huán)保達(dá)標(biāo)的要求，這就要求各個(gè)鍋爐運(yùn)行單位對(duì)已經(jīng)安裝的鍋爐進(jìn)行脫硫升級(jí)改造，本單位安裝有哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的4臺(tái)116MW循環(huán)硫化床鍋爐，脫硫采用布袋除塵前脫硫塔半干法循環(huán)脫硫，脫硫劑采用消石灰（Ca（OH）2）。熱源廠投運(yùn)以來(lái)脫硫效率低，未能達(dá)到環(huán)保局煙氣SO2排放標(biāo)準(zhǔn)。

為解決熱源廠脫硫效率低、環(huán)保不達(dá)標(biāo)問(wèn)題，參考兄弟單位的脫硫經(jīng)驗(yàn)，對(duì)4臺(tái)116MW循環(huán)硫化床鍋爐進(jìn)行爐內(nèi)脫硫改造，改造先拿一臺(tái)鍋爐進(jìn)行試驗(yàn)，再根據(jù)試驗(yàn)情況進(jìn)行推廣。2013年冬季供暖運(yùn)行開始后，首先拿1#爐進(jìn)行爐前投放消石灰（Ca（OH）2）粉進(jìn)行改造試驗(yàn)。投放消石灰流程為：爐前石灰倉(cāng)→消石灰粉流化→下料給灰閥→調(diào)速電動(dòng)連續(xù)給料閥→輸送機(jī)進(jìn)料→消石灰進(jìn)爐。

首先對(duì)石灰倉(cāng)密封，增加觀察檢查口、氣力輸送消石灰DN100鋼管和分段控制閥門；為確保消石灰不噴濺，消石灰倉(cāng)上部安裝脈沖反吹布袋除塵器，處理風(fēng)量1800m3/h，以確保灰倉(cāng)進(jìn)灰、出灰時(shí)通暢及周圍工作環(huán)境不受污染，保障職工身體健康。

經(jīng)過(guò)一周調(diào)試，試驗(yàn)脫硫效率非常好，經(jīng)檢測(cè)SO2排放濃度降至100mg/m3以下，能夠達(dá)到市環(huán)保局煙氣SO2排放濃度的標(biāo)準(zhǔn)。改造成功后，熱源廠馬上對(duì)另外3臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐也進(jìn)行了改造，也得到同樣的結(jié)果。

1 工藝流程

1.1 工藝流程簡(jiǎn)述

爐內(nèi)噴鈣脫硫裝置由消石灰儲(chǔ)存、輸送、壓縮空氣和控制四個(gè)系統(tǒng)組成。

消石灰儲(chǔ)存?zhèn)}可滿足鍋爐滿負(fù)荷24h連續(xù)運(yùn)行時(shí)脫硫劑的消耗量，消石灰每天通過(guò)密閉罐車及氣力輸送管道向儲(chǔ)料倉(cāng)加料，儲(chǔ)料倉(cāng)中的消石灰通過(guò)流化、連續(xù)給料閥和輸送機(jī)輸送至鍋爐爐膛內(nèi)，分解和脫硫反應(yīng)在鍋爐爐膛內(nèi)進(jìn)行，未反應(yīng)的消石灰隨燃煤顆粒一起被鍋爐后部的分離器回收收集后，重新進(jìn)入爐膛內(nèi)進(jìn)一步參與分解和反應(yīng)，不斷循環(huán)利用?？刂葡到y(tǒng)控制脫硫設(shè)施的設(shè)備運(yùn)行，消石灰的投加等運(yùn)行過(guò)程。

消石灰車運(yùn)來(lái)的脫硫劑由車內(nèi)氣力輸送裝置將其送入儲(chǔ)料倉(cāng)。儲(chǔ)料倉(cāng)設(shè)有料位觀察孔，可看到倉(cāng)內(nèi)是否有料。

消石灰輸送流程為：消石灰倉(cāng)→倉(cāng)下部壓縮空氣流化消石灰→出料閥→變頻給料閥→輸送機(jī)。消石灰輸送系統(tǒng)開始工作時(shí)，首先起動(dòng)輸送機(jī)，然后打開壓縮空氣對(duì)儲(chǔ)料倉(cāng)下部，連續(xù)變頻給料閥上部消石灰進(jìn)行流化，起動(dòng)給料閥變頻電機(jī)，打開出料閥進(jìn)行輸送；輸送過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻給料閥電機(jī)頻率來(lái)調(diào)整消石灰投放量，從而實(shí)現(xiàn)爐膛內(nèi)要求投入的消石灰量，達(dá)到要求的鈣硫比，滿足脫硫的需要。

以上每一道工序的操作全部由控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并跟據(jù)鍋爐負(fù)荷和煙氣在線監(jiān)測(cè)的SO2信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)消石灰的給料量。

1.2 消石灰物理性能

本項(xiàng)目脫硫裝置所使用的脫硫劑為消石灰粉（Ca（OH）2）。

（1）主要成分：Ca（OH）2

（2）含量 Ca（OH）2≥90%

（3）游離 H2O≤1%

（4）平均粒度：≥200目

（5）比表面積≥15m2/g

（6）MgO≤1.5%

1.3 脫硫系統(tǒng)組成

（1）儲(chǔ)存系統(tǒng)。根據(jù)熱源廠實(shí)際情況，本方案利用原有四座脫硫劑儲(chǔ)料倉(cāng)，儲(chǔ)料倉(cāng)每個(gè)容積60m3，總?cè)莘e為240m3，可滿足4臺(tái)鍋爐滿負(fù)荷，連續(xù)運(yùn)行一天的最大需要量（按煤含硫量1.0%計(jì)算）。儲(chǔ)料倉(cāng)設(shè)置一條連接脫硫劑罐車的進(jìn)料管道，由一層延伸至儲(chǔ)料倉(cāng)頂部，為了消除在進(jìn)料過(guò)程中多余的空氣從料倉(cāng)頂部排入大氣產(chǎn)生的污染，在排氣口設(shè)置布袋除塵器，除塵效率≥99.8%，確保排出空氣的含塵濃度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)并在儲(chǔ)料倉(cāng)頂部安裝有料位觀察孔，以觀察儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)消石灰存量及下料情況。為了保證脫硫劑下料均勻順暢，每個(gè)下料錐斗都安裝有流化裝置。

儲(chǔ)存系統(tǒng)主要由：消石灰儲(chǔ)存?zhèn)}、流化裝置、布袋除塵器、料位觀察孔，氣動(dòng)閥門等設(shè)備組成。

（2）輸送系統(tǒng)。儲(chǔ)料倉(cāng)底部設(shè)置下料錐斗，每個(gè)下料錐斗連接一套連續(xù)輸送設(shè)備，每套輸送設(shè)備分別對(duì)應(yīng)一臺(tái)鍋爐，消石灰從儲(chǔ)料倉(cāng)通過(guò)給料裝置連續(xù)而均勻的由輸送機(jī)輸送至爐膛內(nèi)。輸送系統(tǒng)主要由：變頻給料閥、輸送機(jī)、閥門等設(shè)備組成，見(jiàn)圖1。

圖1 消石灰連續(xù)輸送設(shè)備

（3）壓縮空氣系統(tǒng)。儲(chǔ)料倉(cāng)流化用的壓縮空氣取自熱源廠空壓機(jī)站儲(chǔ)氣罐。

氣源品質(zhì)要求應(yīng)滿足下列要求：

壓力：0.5～0.7MPa

含油量＜1ppm

壓力露點(diǎn)：-20℃

為保證消石灰以硫化狀態(tài)從儲(chǔ)料倉(cāng)順暢的進(jìn)入連續(xù)輸送設(shè)備，必須供給滿足一定壓力的壓縮空氣進(jìn)入流化裝置，確保消石灰形成流化狀。

（4）控制系統(tǒng)。每臺(tái)鍋爐的脫硫設(shè)施各配套一套電器控制柜進(jìn)行控制。

2 工藝原理

消石灰（Ca（OH）2）具有比表面大（一般可達(dá) 15m2/g以上）是石灰石的2倍左右，能夠與SO2充分、迅速反應(yīng)，不會(huì)有殘留[1]，分解溫度低等特點(diǎn)，在鍋爐爐膛運(yùn)行溫度850～900℃時(shí)，采用消石灰進(jìn)行脫硫，能達(dá)到較高的脫硫率。

消石灰分解與SO2反應(yīng)式：

3 鍋爐內(nèi)加消石灰與傳統(tǒng)加石灰石脫硫的比較

循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)加鈣脫硫通常是采用石灰石干法脫硫來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即將爐膛內(nèi)的CaCO3，高溫煅燒分解成CaO與煙氣中的SO2發(fā)生反應(yīng)生成CaSO4，隨爐渣排出，從而達(dá)到脫硫目的，石灰石脫硫過(guò)程主要分為以下三步：

（1）石灰石煅燒：在流化床鍋爐中，石灰石中的CaCO3遇熱煅燒分解為CaO，煅燒析出CO2時(shí)，會(huì)生成并擴(kuò)大CaO中的孔隙，增加其表面積，為下部的固硫反應(yīng)奠定基礎(chǔ)。反應(yīng)方程：Ca-CO3═CaO+CO2

（2）硫的析出與氧化：煤中的硫主要以黃鐵礦、有機(jī)鹽和硫酸鹽三種形式存在，有關(guān)試驗(yàn)證明，煤在加熱并燃燒時(shí)SO2的析出呈現(xiàn)明顯的階段性。黃鐵礦燃燒氧化后生成SO2。有機(jī)硫在200℃分解并釋放出H2S、硫醚、硫醇等，這些物質(zhì)氧化后都生成SO2。反應(yīng)方程為：S+O2═SO2

（3）硫的固化反應(yīng)：CaO與析出的SO2反應(yīng)生成硫酸鹽。反應(yīng)方程

石灰石直接進(jìn)鍋爐的停留時(shí)間很短，因此在硫氧化物脫硫過(guò)程中，必須要在較短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行煅燒、吸附和氧化三種不同的反應(yīng)。涉及的反應(yīng)有：

石灰石中含有碳酸鎂時(shí)還會(huì)發(fā)生下列反應(yīng)：

快速煅燒過(guò)程：石灰石的比表面很小，細(xì)至500目的微粉，比表面也不到1m2/g。另一方面，新生CaO在高溫下又會(huì)發(fā)生燒結(jié)，出現(xiàn)晶粒變粗、比表面急劇下降的現(xiàn)象，脫硫效率急劇下降。

目前，國(guó)內(nèi)許多大型燃煤電廠普遍在除塵裝置后安裝以石灰石—石膏法脫硫工藝為主。濕法脫硫一方面通過(guò)脫硫漿液的洗滌作用脫除煙氣中的部分PM2.5；另一方面，由于存在脫硫漿液霧化夾帶、脫硫產(chǎn)物結(jié)晶析出，又可能會(huì)形成PM2.5，使煙氣濕法脫硫后PM2.5排放濃度反而增加[2]。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）該技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、占地面積小，投資少，投資僅30萬(wàn)元，比起爐后改造成石膏法脫硫2000萬(wàn)～3000萬(wàn)元的投資，節(jié)省2000多萬(wàn)元。運(yùn)行、維修費(fèi)用低、系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單方便。

（2）裝置運(yùn)行無(wú)廢水產(chǎn)生，脫硫灰可綜合利用，無(wú)二次污染。

（3）吸收劑為鈣基物料，資源分布廣泛，儲(chǔ)量豐富。

（4）能以合理的鈣硫比得到較高的脫硫率，適用范圍較廣，該脫硫技術(shù)應(yīng)用在循環(huán)流化床鍋爐上脫硫率可達(dá)95%以上。

（5）適用于現(xiàn)役流化床鍋爐脫硫技術(shù)改造；既適用于燃中、低硫煤鍋爐煙氣脫硫，也可以用于燃高硫煤鍋爐煙氣脫硫。