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电厂循环流化床锅炉炉内脱硫效率影响因素分析

第一篇：电厂循环流化床锅炉炉内脱硫效率影响因素分析电厂循环流化床锅炉炉内脱硫效率影响因素分析(2)北极星电力网技术频道作者:王三平马红友姜凌2012-8-1514:25:24(阅459次)所属频道:火力发电关键词:循环流化床锅炉脱硫效率脱硫【摘要】循环流化床(CFB)锅炉是近年来发展较快又得到广泛应用的清洁燃烧技术，具有高脱硫率和低氮氧化物排放的特点。CFB锅炉采用炉内加钙脱硫工艺，但在实际运行过程中遇到了诸多问题。本文根据近几年从事火电厂环评工作经验和通过收集国内一些CFB锅炉SO2排放资料，对CFB锅炉的脱硫技术原理、影响炉内脱硫的主要因素进行了分析，并通过炉内改造工程实例说明了炉内脱硫的高效可达性。0前言循环流化床锅炉是近年来发展较快又得到广泛应用的清洁燃烧技术，具有高脱硫率和低氮氧化物排放的特点[1][2]。目前国内CFB锅炉均是通过向炉内直接添加石灰石粉来控制SO2排放的。其脱硫原理是通过把固硫剂(石灰石)和煤按一定比例由锅炉炉膛侧墙直接送入燃烧室，在燃烧过程中脱除SO2，实现低SO2排放[5]。为了解国内CFB锅炉污染物SO2的脱除效率，本文收集了国内一些CFB锅炉污染物SO2排放浓度和脱硫效率的监测资料，见表1。从表1中可以看出，根据电厂建设时段污染物排放要求，部分电厂实测SO2满足了机组排放时段的排放限值要求，部分电厂超标;就脱硫效率而言，300MW大机组由于引进国外先进技术，整体装备较为规范，SO2实测脱硫效率可达到或超出设计值要求，而小机组的电厂由于装备差，配套设施不完善，锅炉实测脱硫效率则远低于设计脱硫效率要求，导致SO2排放量超出总量控制要求。CFB锅炉的脱硫机理CFB锅炉炉内脱硫方式是在流化床床层内加入石灰石(CaCO3)或白云石(CaCO3·MgCO3)，投入炉内的石灰石在800~850℃左右条件下煅烧发生分解反应生成CaO和CO2，然后氧化钙、SO2和氧气经过一系列化学反应最终生成硫酸钙，达到脱硫目的[6]。影响CFB锅炉炉内脱硫效率的主要因素CFB锅炉炉内脱硫效率的高低，受到诸多因素的影响。主要因素有脱硫剂特性及粒度、床层温度和钙硫比，此外还有物料流化速度、循环倍率以及煤种、石灰石输送系统等。这些因素的综合影响决定了脱硫效果的大小，最终影响CFB锅炉的脱硫效率[7][9][11][10]。下面就一些主要影响因素进行简要分析。2.1脱硫剂的特性脱硫剂石灰石的特性主要包括：石灰石的反应活性、化学组成、煅烧产物CaO的比表面积、孔隙率、孔径分布和孔隙结构等。在特性当中石灰石反应活性的高低对脱硫影响较大。脱硫剂的反应活性是指吸收剂与二氧化硫进行表面化学反应的难易程度。脱硫吸收剂石灰石的脱硫性能与石灰石反应活性关系很大，而石灰石反应活性受石灰石的成分和内部微观结构等影响，例如晶体型与非晶体型结构、不同杂质含量与构成等，不同地区甚至同一地区不同石灰石矿的脱硫反应活性有很大差别。因此，在选择脱硫剂，应对其化学反应性能进行分析，尽可能选取高反应活性的石灰石，以降低Ca/S摩尔比。目前最可靠和有效的方法是通过在大型热态试验台上试烧来实现，西安热工院已开展了此方面的研究。2.2石灰石粒度石灰石的粒径分布对炉内脱硫效率有着重要影响。如果粒径过小，投入锅炉的石灰石粉未经分离器捕集、一次通过锅炉直接进入尾部烟道形成飞灰的份额较多，而这部分细石灰石粉由于与烟气接触的时间过短，利用率偏低;如果投入锅炉的粒度过大，大部分石灰石不能参与循环，与高SO2浓度烟气接触时间与接触比表面积均较小，而且由于CaO与SO2和O2反应生成的CaSO4体积大于CaCO3，会堵塞烟气中SO2进入石灰石内部的通道，导致大部分石灰石未充分参与脱硫便从排渣口排出，使石灰石的利用率降低。因此，石灰石的最佳粒度分布为：大部分石灰石颗粒能够参与炉内循环，并经多次循环利用后随烟气或底渣排出炉膛。图1给出了石灰石粒径与脱硫效率关系图。从图可以看出，循环流化床锅炉脱硫剂石灰石粒径最佳粒径为0.15~0.5mm。2.3CFB锅炉运行床温锅炉运行床温对脱硫效率影响较大，这是由于床温的变化直接影响脱硫反应速度、固体产物的分布和孔隙堵塞特性，所以床温会影响脱硫反应的进行和脱硫剂的利用率。而CFB锅炉床温的选择和运行控制又和锅炉设计尤其是受热面布置、运行负荷、灰渣燃尽、NOx污染物排放等因素密切相关。研究表明，脱硫反应的反应速度一开始随温度升高而升高，在820~850℃时达到最佳值。之后随温度升高到870~1000℃，反应速度开始下降，CaO内部分布均匀的小晶粒会逐渐融合成大晶粒，随着温度升高，晶粒越大，CaO的比表面积减小和表面结壳失去吸收SO2的活性，都使脱硫效率降低。在更高的床温下超过1000℃，CaSO4还会逆相分解放出