煤是我國的主要能源之一，在燃燒過程中會排放大量的二氧化硫和氮氧化物等污染物，嚴重影響生態(tài)環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計，90qo的S02是燃煤產生的，而S02排放量又是燃煤電廠對環(huán)境影響的一個重要因素，因此在用煤作為主要燃料的電廠，如何實現(xiàn)其高效、低污染的燃燒技術具有非常重要的意義。循環(huán)流化床燃燒技術是發(fā)展較為成熟的清潔煤燃燒技術，是解決燃燒煤而產生的污染問題的主要方法之一。
    福建省煤炭資源品種單一，多數(shù)屬揮發(fā)分2%~4%的Ⅱ類無煙煤，其著火和燃盡t非常困難，而循環(huán)流化床鍋爐(CFB)具有燃料適應性廣、燃燒效率高、清潔燃燒等優(yōu)點成為燃用福建Ⅱ類無煙煤的首選爐型。目前，在福建省計委支持下，CFB鍋爐正向大型化發(fā)展，通過爐內添加石灰石，在燃燒過程中脫硫，相比采用煤粉爐尾部煙氣凈化裝置進行煙氣脫硫，這種脫硫方法系統(tǒng)簡單，投資及運行費用低，脫硫效果好，還可以減少NOx排放。福建省屬于SOx、NOx排放濃度和排放總量都要控制的所謂“兩控區(qū)”，為了充分利用本省無煙煤資源又要達到“兩控”目的，采用爐內脫硫的CFB鍋爐無疑是最好的選擇。晉江熱電廠鍋爐為東方鍋爐廠制造的DG260 -9. 81  -l型CFB鍋爐，額定蒸發(fā)量為260 t/h，壓力為9.81 MPa，鍋爐為單汽包、自然循環(huán)、CFB燃燒方式、星半露天布置，2x50 MW的抽凝機組。鍋爐的主要設計參數(shù)、煤和石灰石特性主要參數(shù)見表1、表2，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒秸稈顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料。
1  CFB鍋爐爐內添加石灰石的脫硫機理
    高效脫硫是循環(huán)流化床鍋爐的一大優(yōu)點，而爐內添加石灰石脫硫則是一種經(jīng)濟的脫硫方式，它具有設備投資省、占地面積小、能耗低、操作簡單等特點，且有較高的脫硫效率。石灰石在爐內經(jīng)歷了煅燒和吸收氧化的過程，其反應方程式為：
    由此可見，石灰石煅燒成Ca0要吸收熱量，而Ca0與S02及02反應生成CaS04釋放熱量，但吸、放熱量并不相等。石灰石中的CaC03在高溫下發(fā)生分解反應生成Ca0，然后利用Ca0與S02及02反應，生成固體CaSO。隨爐渣、飛灰一起排出爐膛，從而實現(xiàn)固硫的目的。要提高脫硫效率，第一就是要促使第一個反應的進行，提高Ca0的生成．第二是使Ca0與S02充分接觸，提高Ca0的轉化率（指和S02反應的部分占總Ca0量的份額）。由于石灰石和二氧化硫反應生成的硫酸鈣的體積大約是氧化鈣的2倍多（CaS04的摩爾體積是39.6 cm3/mol，而Ca0的摩爾體積是16.8cm3/mol)，石灰石煅燒時留下的微孔會被生成的CaSO4所堵塞，使Ca0的轉化率較低（一般低于20%）。
2、循環(huán)流化床鍋爐石灰石給料系統(tǒng)的設置方案
    石灰石給料系統(tǒng)是將石灰石順利而有效地送到爐內，使石灰石與燃料充分均勻地混合燃燒，從而達到較佳的脫硫效果。根據(jù)實際爐型特點和場地條件，設計以下2套方案。
2.1  皮帶式石灰石輸送系統(tǒng)
    此系統(tǒng)將成品石灰石粉由皮帶輸送到煤斗，然后由給煤機通過播煤風送進鍋爐爐膛，在爐膛內進行混合。可以根據(jù)入爐煤收到基硫分的變化或煙氣數(shù)據(jù)值，來改變皮帶機送粉的速度以調節(jié)石灰石的給料量。該系統(tǒng)可使用輸煤皮帶輸送石灰石粉至石灰石粉倉，結構比較簡單，投資少。由于原煤和石灰石粉在爐內混合不均勻，容易影響石灰石粉的利用率，石灰石粉投入量大、脫硫成本較高。
2.2爐內混合給料系統(tǒng)
    此方案是將石灰石給料系統(tǒng)做成一個獨立的系統(tǒng)，將成品石灰石由輸送皮帶送至獨立的儲粉倉，從粉倉下來的粉料經(jīng)旋轉氣鎖閥、給料機和氣粉混合器后，由增壓風機提供壓力風通過回料密封管或爐膛四周的給料口送進爐膛。該系統(tǒng)較為復雜，要在鍋爐房運轉層爐側增設一儲粉倉，并相應增加一些管路系統(tǒng)，這樣可以使石灰石與燃煤混合較為均勻，可較好地進行脫硫反應，通過給料機對石灰石的調節(jié)也更為靈活，可以取得明顯的脫硫效果。
    綜上2種方案，對脫硫效果要求不高，可采用皮帶式輸送系統(tǒng)，一般在小型循環(huán)流化床鍋爐使用較多；對于大中型循環(huán)流化床鍋爐，則采用爐內混合給料系統(tǒng)。晉江熱電廠采用了第2種給料系統(tǒng)，每爐配備1套爐內石灰石脫硫系統(tǒng)，石灰石粉是通過多功能粉塵輸送車運來，并通過氣力輸送到日用倉里；經(jīng)羅茨風機（1臺運行l(wèi)臺備用）、旋轉給料閥（進口變頻，簡稱l#閥）進入中間緩沖倉，從緩沖倉下來再經(jīng)旋轉給料閥（進口變頻，簡稱2#閥），經(jīng)風粉混合器送至前、后墻的石灰石分配器，再通過床上2m處的下二次風管與二次風共同噴入爐膛。石灰石輸送系統(tǒng)如圖l所示。
3、爐內脫硫的相關問題及解決辦法
3.1  石灰石系統(tǒng)管路的堵塞及粉倉漏粉
3.1.1原因分析、
    石灰石系統(tǒng)運行初期，發(fā)現(xiàn)投粉后煙氣S02數(shù)值雖然明顯下降，但下降到一定程度后不再下降且有波動現(xiàn)象，查電機電流、風管風壓正常，加大給料機轉速后有下降趨勢，但一段時間后又出現(xiàn)上述現(xiàn)象，繼續(xù)加大給料機轉速，結果還是一樣。開倉檢查發(fā)現(xiàn)石灰石粉有結塊現(xiàn)象，經(jīng)分析原因可能是：
    1)石灰石粉較細且極易吸潮，因而石灰石料倉容易結塊堵塞，造成石灰石粉下料不暢。
    2)該系統(tǒng)由于后期技改，石灰石粉倉只能設置在備用電梯井，此處靠近鍋爐的疏水箱排汽口，環(huán)境較潮濕，使石灰石吸潮結塊加劇了管路堵塞。
3.1.2解決方法
    1)在石灰石倉加裝一組空氣炮及電加熱裝置，可隨時根據(jù)需要投入空氣炮及電加熱裝置運行，結塊和給料不暢的情況大大改善。一般情況下石灰石粉堆積時間不宜太長，應盡快用完日用倉中的料，避免料倉板結。若石灰石輸送管路堵塞，用壓縮空氣短時無法吹通，最好解列石灰石系統(tǒng)，關閉爐膛前后部手動門，敲打管路，聽聲音，確認何處堵塞，或打開法蘭進行人工疏通。
   2)系統(tǒng)投運前后均一定要仔細檢查系統(tǒng)，清理干凈所有雜物，并按要求進行吹掃等措施都能有效解決管路堵塞。
   3)石灰石倉不是非常密封，石灰石系統(tǒng)運行或吹掃時，出現(xiàn)石灰石粉四處飛揚，車間環(huán)境污染，且增加石灰石損耗。針對此問題，我們在石灰石倉上方加裝排氣裝置及袋式除塵裝置，石灰石緩沖倉與石灰石倉加裝一根壓力平衡管，以防緩沖倉由于正壓運行而造成石灰石粉漏出。
  4)以上問題主要缺點在于設計不夠完善，所以，石灰石給料系統(tǒng)的設置應結合鍋爐容量、煤質含硫量及脫硫效率要求進行合理布置，并相應做好輔助設備和管件的優(yōu)化配置；在設計和施工過程中，應注意以下問題：
    a系統(tǒng)應具有良好的密封性能，防止物料外漏。
    b系統(tǒng)要配置較為精確的計量和靈活的調節(jié)裝置，可根據(jù)煙氣中的S02排放量適時地調節(jié)石灰石給料量。
c系統(tǒng)應考慮有效的防磨措施，同時要對石灰石顆粒磨損爐內加熱器有相應的防范辦法。
    ⑧系統(tǒng)要選擇合適的輸送速度，并進行阻力計算和風機壓頭的核算。
3.2運行床溫的選取
    對于我國大多數(shù)燃燒貧煤和無煙煤的循環(huán)流化床鍋爐，只要床溫在800℃以上，是可以保證其著火和燃燒的。但揮發(fā)分含量極低的福建無煙煤，其著火溫度在900~950℃之間，因此，要保證其著火和充分燃燒，鍋爐的設計床溫為950℃左右，在實際運行時床溫則一般為950~1 050℃。因為石灰石粉進入爐膛須先有個加熱煅燒過程，才能使C02逸出和Ca0的生成，所以石灰石粉進入爐膛加熱溫度是個關鍵，最佳分解溫度為850℃左右，硫酸鹽化反應的最佳溫度則為850—900℃，所以福建無煙煤的燃燒和脫硫在溫度匹配上存在較大矛盾。
    為解決這一矛盾，經(jīng)反復試驗總結，在保證燃燒效率的前提下，可以適當降低床溫，將運行床溫控制在920一950℃左右，同時結合影響脫硫效率的主要因素鈣硫比、脫硫劑顆粒分布等，給出合適的脫硫參數(shù)，只要保證脫硫效率達到80%以上，加上煤在爐內燃燒時的自脫硫能力，則總的脫硫效率可達85%以上，基于福建無煙煤的含硫量在1%以下，其S02的排放濃度完全可以滿足國家的環(huán)保要求。
3.3顆粒粒經(jīng)的選擇
    脫硫劑粒徑及粒徑分布對脫硫效率有較大影響，從反應面積的角度看，顆粒的粒徑越小反應面積越大，脫硫的轉化率越高，但是脫硫反應的速度與燃燒速度相比是非常慢的。如果石灰石的顆粒粒徑太小，容易燒結，不利于吸收，在顆粒還沒有與二氧化硫反應時就已經(jīng)被煙氣攜帶出爐膛，引起飛灰損失增大，反而造成石灰石的利用率低，石灰石被大量浪費，并增加分離器和電除塵的負擔，加重粉塵污染；如果顆粒太大，在二氧化硫擴散到顆粒內部之前，它與顆粒表面生成的硫酸鈣已經(jīng)堵塞了擴散通道，使顆粒內部的氧化鈣無法與二氧化硫反應，造成石灰石的浪費。粒徑的影響最終反映在孔的結構上，顆粒越細煅燒越快，S02與Ca0反應也越充分，同時隨著粒徑的減小，石灰石在煅燒時由于受破碎的燃燒機械力和熱應力作用產生機械孔，其孔體積迅速增加，孔深縮短，有利于S02和02的擴散，從而提高了石灰石的利用率。對特定的石灰石時，存在一個最佳的石灰石粒徑以使達到最大的利用率，最佳粒徑要視石灰石的孔隙特性和分離器的分離特性而定，如剛好與循環(huán)物料的粒徑接近時即能保證一定的循環(huán)次數(shù)，又能保證石灰石在爐膛中有足夠長的停留時間，Ca/S摩爾比也可以明顯降低。因為石灰石的粒度分布與顆粒的有效反應面積及其在爐膛中的停留時間有關，石灰石的特性轉化率和它的粒度分布關系密切，根據(jù)對返料顆粒的研究和試驗，石灰石顆粒粒徑一般控制在150一300um之間，一方面能保證稀相區(qū)有足夠的石灰石顆粒，從而提高脫硫效率，另一方面，較細的粒徑也使脫硫反應對溫度的敏感性減弱，可適應燃燒福建無煙煤所需的較高床溫。石灰石粒徑偏離最佳值均會導致脫硫效率低下，或造成石灰石的浪費，Ca/S摩爾比增大。管理方面應加強石灰石品質管理，控制給料量，可參照入廠煤管理模式，管好脫硫所用石灰石粉品質。
3.4 Ca/S摩爾比的選取
    Ca/S比是影響脫硫效率的首要因素，試驗前為了計算準確隔離了鍋爐吹灰系統(tǒng)及所有排污系統(tǒng)，在額定負荷下脫硫前測得S02含量l784.8mg/m3，然后按不同Ca/S比投入石灰石粉，運行30min后根據(jù)煙氣測得數(shù)據(jù)，每10min抄表一次，取1h平均值，計算脫硫效率，其Ca/S摩爾比試驗結果見表3。由圖2可看出，Ca/S比在>2的時候脫硫效率較高，而低于2的情況下，脫硫效率下降明顯，因此，運行期間，不建議Ca/S<2。從試驗結果看，隨著Ca/S比的增加，Ca/S在2.2左右時候，脫硫的效率達82. 06%，有較高的經(jīng)濟性及脫硫效率，而NOx的排放增加數(shù)值不大，繼續(xù)增大Ca/S比，脫硫效率增幅不大，但考慮到石灰石費用，一般只要S02能達標排放即可。另外，由于煅燒分解反應是吸熱反應，會引起床溫降低，影響燃燒及增加灰渣物理熱損失，富裕的Ca0還將提高NOx的排放等等，因此，最佳Ca/S比選擇2.2左右。
4、影響脫硫效率的其它因素
    在額定負荷下，投石灰石前，S02排放量約為1700mg／m3，投石灰石后，石灰石粉供給量達3.5t/h(設計消耗量≤2.5t/h)．SO2排放量才接近400 Ing/m3左右，遠遠達不到預期的脫硫效果，且石灰石粉消耗量大，費用增大。由于對整個脫硫系統(tǒng)運行情況不了解，運行調整缺少經(jīng)驗，使得脫硫效率低，達不到設計效果，根據(jù)脫硫原理，除上述因素外分析了影響脫硫的其它因素。
4.1煤種對脫硫效率的影響
    硫在燃料中的存在形式主要有FeS2有機硫( HxCgS2)、元素硫(Sx)和硫酸鹽硫等，前三者可燃，燃燒后會產生S02。通常在燃燒揮發(fā)分高的燃料時，石灰石顆粒捕捉S02的能力較差，只有在較高的鈣硫比的情況下才能獲得較高的脫硫效果。因此，在采購時要求煤的硫分不要太高，相比之下，可大大節(jié)省石灰石粉的消耗量，降低脫硫成本，提高鍋爐效率。福建無煙煤具有著火難、燃燼時間長、低硫、發(fā)熱量高及在燃燒中有爆裂等特點，而這些特點對爐內加石灰石脫硫效果有促進作用。由于著火難，燃用福建無煙煤的床溫一般都控制在900℃以上，最高可達950℃，此溫度范圍恰好是脫硫效果良好的區(qū)間；Ca0與S02的反應速度較慢，而福建無煙煤燃燼時間長就為反應提供了足夠的時間；在高溫下會爆裂為很多細粉，增加了與石灰石粉接觸面積，有利于爐內脫硫反應的進行；較高的低位發(fā)熱量，也降低了添加石灰石脫硫反應對鍋爐效率的影響。
4.2  返料量對脫硫效率的影響
    煤中的硫是以2種形式存在的：有機硫和無機硫，有機硫主要存在于揮發(fā)物質中，當加熱時它能很快析出，而無機硫是以Fe2S的形式存在，它的釋放速度與碳燃燒速度相近，但比揮發(fā)物質釋放速度慢了許多倍。如果物料循環(huán)倍率提高，石灰石隨物料高倍率循環(huán)，增加了石灰石吸附粒子在燃燒室內停留時間，無論對有機硫還是無機硫釋放出來的S02，使石灰石吸附粒子與其充分的接觸，這樣不但可以充分保證一定的脫硫效率，還可以減少石灰石吸附粒子的需要量。
    在運行調節(jié)方面應充分利用循環(huán)流化床內運動的特點來增加顆粒的團聚及內循環(huán)和外循環(huán)量來提高脫硫效率。運行中控制好一次風及上、下二次風量的配比，形成一個固體內循環(huán)，從而提高Ca0顆粒在爐內的停留時間，使SO2和02與Ca0顆粒充分接觸，為脫硫效率的提高創(chuàng)造良好的條件。物料循環(huán)倍率的變化在影響鍋爐燃燒效率的同時也會影響脫硫效率，返料器效率高時返料量大，循環(huán)倍率提高，也提高了煤顆粒及Ca0顆粒的循環(huán)次數(shù)，使Ca0顆粒在爐內的停留時間增加，Ca0與SO2充分的反應，從而提高脫硫效率。
5、添加石灰石后對鍋爐的影響
    根據(jù)循環(huán)流化床低負荷運行特點，如果先降負荷到30%負荷運行時再投石灰石系統(tǒng)，應注意投石灰石系統(tǒng)運行前要保持較高床溫和床壓，因為系統(tǒng)投運后石灰石粉中Ca0轉化要吸收一定的熱量，且低負荷時床料相對較薄，儲熱量相對較少，容易造成床溫的大幅波動，影響鍋爐的安全運
6、總結
    260 t/h循環(huán)流化床鍋爐爐內脫硫需要解決的主要技術難點是燃燒與脫硫最佳溫度之間的矛盾。為了保證煤的著火和燃盡，運行床溫應在950℃左右，在這個溫度下，選取合適的Ca/S比、脫硫劑粒徑等主要脫硫參數(shù)，使脫硫效率在80%以上，就能夠有效降低S02的排放，降低脫硫成本。通過調試及改進，解決了系統(tǒng)及設備在設計、制造和安裝中存在的問題和缺陷，改變了一些運行參數(shù)，基本掌握了系統(tǒng)設備的運行特性，整個石灰石系統(tǒng)運行狀況良好，投入率均在95%以上．鍋爐負荷在30%一100%范圍波動，石灰石系統(tǒng)仍能正常投運，煙氣的S02達標排放，鍋爐的脫硫效果達到預期目的。
    隨著人們環(huán)保意識的加強，循環(huán)流化床鍋爐必將得到更為廣泛地發(fā)展。由于循環(huán)流化床爐內添加石灰石脫硫技術的可行性及經(jīng)濟性，石灰石給料脫硫系統(tǒng)將會在燃用福建無煙煤的循環(huán)流化床電廠中得到更多推廣應用，使循環(huán)流化床鍋爐清潔燃燒的優(yōu)點得以更好體現(xiàn)。


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