火電廠CFB鍋爐燃燒及脫硫控制技術(shù)

李少波

廣西北流市環(huán)境監(jiān)測站 537400

摘要：目前，我國的發(fā)電技術(shù)已不再局限于煤等不可再生資源，而是尋求新的發(fā)電原料。其中燃煤發(fā)電就是近年來新進(jìn)的發(fā)電方式。燃煤發(fā)電具有清潔的特點，但是它也產(chǎn)生污染，其中二氧化硫就是最主要的污染物。煙氣中的二氧化硫是大氣污染的主要污染物之一，是形成酸雨的主要成分，酸雨嚴(yán)重污染環(huán)境，危害農(nóng)作物生長和土壤環(huán)境。煙氣脫硫是目前國際上普遍采用的一種有效消減SO2排放量的技術(shù)。本論文就實際中影響除去燃煤發(fā)電產(chǎn)生的二氧化硫的CFB鍋爐的因素及存在問題做簡單的介紹。

關(guān)鍵詞：燃煤發(fā)電；除硫方法；改進(jìn)技術(shù)

一、燃煤電廠及發(fā)電形式

燃煤發(fā)電是利用燃煤所具有的燃煤熱能進(jìn)行的發(fā)電，是不可再生能源發(fā)電的一種，燃煤質(zhì)發(fā)電一般有以下幾種發(fā)電形式：

1、直接燃燒發(fā)電 直接燃燒發(fā)電是指將燃煤質(zhì)在鍋爐中直接燃燒發(fā)電。

2、混合發(fā)電 混合發(fā)電是指將燃煤質(zhì)與垃圾等生物質(zhì)能混合作為燃料發(fā)電?；旌先紵绞椒譃閮煞N。一種是燃煤質(zhì)直接與煤混合后投入燃燒，一種是燃煤質(zhì)氣化產(chǎn)生的燃?xì)馀c煤混合燃燒，

3、氣化發(fā)電 氣化發(fā)電是指燃煤質(zhì)在氣化爐中轉(zhuǎn)化為氣體燃料，經(jīng)凈化后直接進(jìn)入燃?xì)鈾C(jī)中燃燒發(fā)電或者直接進(jìn)入燃料電池發(fā)電。

二、燃煤電廠SO2的控制技術(shù)

目前，燃煤電廠控制二氧化硫比較常用的方法是爐內(nèi)噴鈣脫硫技術(shù)。爐內(nèi)噴鈣脫硫技術(shù)是通過向爐內(nèi)直接添加石灰石粉來控制SO2排放。投入爐內(nèi)的石灰石在850℃左右條件下發(fā)生煅燒反應(yīng)生成氧化鈣，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，化學(xué)反應(yīng)式為：

CaCO3→CaO+CO2（煅燒反應(yīng)）

CaO+ SO2+1/2O2→CaSO4（固硫反應(yīng)）

石灰石在煅燒過程中，由于CO2溢出，在固體顆粒的表面及內(nèi)部形成一定的孔隙，為SO2向顆粒內(nèi)部擴(kuò)散及固硫反應(yīng)的發(fā)生創(chuàng)造了條件。在CFB鍋爐燃燒（循環(huán)流化床鍋爐）條件下，石灰石煅燒反應(yīng)生成的CaO具有較高的孔隙率，脫硫反應(yīng)活性好，可以有效增加石灰石有效利用率，提高CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫效率。

三、CFB鍋爐脫硫技術(shù)影響因素及問題存在

（1）影響因素：

循環(huán)流化床的燃燒及脫硫過程十分復(fù)雜，實際運(yùn)行中影響脫硫效率的因素很多，如運(yùn)行床溫、鈣硫比、床料粒度、流化速度、SO2在爐膛停留時間、燃料煤含硫量等，下面就一些主要影響因素進(jìn)行簡要分析。

1、石灰石粒徑影響

石灰石經(jīng)煅燒后生成CaO和CO2，CO2溢出增加了石灰石表面的孔隙率，有利于SO2向石灰石內(nèi)部擴(kuò)散，同時擴(kuò)大了石灰石與SO2結(jié)合面，提高了石灰石脫硫效率和利用率。但是，石灰石的粒徑對燃燒有很大的影響。粒徑過小將減少其在爐膛內(nèi)的停留時間，增加了未反應(yīng)就逃逸的SO2的量，從而降低了石灰石利用率和脫硫效率。而粒徑過大，反應(yīng)產(chǎn)物CaSO4會堵塞石灰石表面的孔隙，阻止SO2向顆粒內(nèi)部擴(kuò)散，同樣會降低石灰石利用率和脫硫效率。

2、CFB鍋運(yùn)行床溫的影響

鍋爐運(yùn)行床溫對脫硫效率影響較大。脫硫的最佳溫度并不是一個常數(shù)，它與脫硫劑石灰石的活性、粒徑、煅燒條件等有關(guān)，一般控制在800—900℃。溫度過低，石灰石煅燒反應(yīng)速度變慢甚至不能完成煅燒反應(yīng)，脫硫效率下降。溫度過高，脫硫反應(yīng)逆反應(yīng)速度加快，更多CaSO4將會分解為SO2，也會降低脫硫效率。

3、鈣硫比的影響

試驗研究結(jié)果表明，當(dāng)鈣硫比低于2.5時，隨鈣硫比的增大，脫硫效率增加很快。這是由于隨著鈣濃度的增加加快了固硫反應(yīng)速度，隨著鈣量的增加SO2被反應(yīng)的數(shù)量成比例增加。當(dāng)鈣硫比大于2.5時，增加鈣的投入量，脫硫效率提高不多，不僅浪費(fèi)脫硫劑，也會增加灰渣的物理熱損失。87 mg/Nm，環(huán)保與經(jīng)濟(jì)效益明顯。

（2）存在問題

循環(huán)流化床鍋爐通過向爐內(nèi)噴鈣或向爐內(nèi)噴石灰石粉來控制SO2排放，石灰石在高溫條件下首先鍛燒生成氧化鈣，然后再與SO2和氧氣經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)生成硫酸鈣，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

CaCO3→CaO+CO2（分解反應(yīng)）

CaO+SO2+1/2 O2→CaSO4（固硫反應(yīng)）

與傳統(tǒng)的尾部煙氣脫硫工藝相比，爐內(nèi)脫硫技術(shù)占地面積少、初投資和運(yùn)行成本低、不消耗水資源、沒有副產(chǎn)品和二次污染、系統(tǒng)簡單、維護(hù)量少。

但是，該技術(shù)在使用中常見的問題主要有石灰石容易板結(jié)堵管、旋轉(zhuǎn)給料機(jī)易卡死、石灰石耗量大等，國內(nèi)運(yùn)行的相當(dāng)一部分循環(huán)流化床鍋爐脫硫效率低于80，造成這種情況的原因主要有以下幾點：

（1）鍋爐實際排硫量大于設(shè)計值。部分電廠實際排硫量甚至是原設(shè)計值的2￣3倍。這種情況下系統(tǒng)投運(yùn)后很難滿足環(huán)保要求；

（2）爐內(nèi)設(shè)計不合理。沒有考慮石灰石這種高密度物質(zhì)輸送難的問題。在后續(xù)項目中反復(fù)出現(xiàn)問題但是沒有得到及時消除。

（3）考核指標(biāo)單一，不合理。日常運(yùn)行時僅將CaCO3含量、粒徑作為石灰石性能考核指標(biāo)，沒有考慮石灰石自身的反應(yīng)活性，參考指標(biāo)單一，影響了脫硫效率。

四、改進(jìn)及效果驗證

改進(jìn)方法：將鍋爐尾部電除塵器一電場收集的飛灰送回石灰石粉倉，進(jìn)入鍋爐爐膛內(nèi)的密相區(qū)，實現(xiàn)循環(huán)燃燒，該提高了石灰石的利用率。

效果驗證：

①將未能在爐膛內(nèi)充分燃燒的小顆粒飛灰被重新送回爐膛燃燒，有效延長了脫硫反應(yīng)時間。對回燃系統(tǒng)投用前后飛灰成分進(jìn)行分析得知飛灰中CaSO/4CaO有明顯增大，這說明石灰石的利用率明顯提高。

②實行改進(jìn)后，連續(xù)監(jiān)測煙氣SO2濃度排放濃度，經(jīng)實測參數(shù)表明，相同Ca/S摩爾，煙氣SO2排放濃度平均下降

循環(huán)流化床鍋爐具有燃料適應(yīng)面廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好、燃燒效率高、污染物排放水平低的特點。但是，我國實際生產(chǎn)運(yùn)行的循環(huán)流化床鍋爐的脫硫效率還比較低，煙氣中SO2的排放濃度高，遠(yuǎn)沒有達(dá)到我國《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》及《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的要求。發(fā)改委等環(huán)保部門要求CFB鍋爐必須安裝尾部脫硫裝置。但由此將大幅度提高脫硫初投資和運(yùn)行成本，并產(chǎn)生脫硫副產(chǎn)物和二次污染問題，不利于CFB鍋爐用戶的經(jīng)營，降低了CFB鍋爐用戶的市場競爭力。所以，努力尋求更好的解決方法是當(dāng)務(wù)之急。

結(jié)語： 隨著環(huán)境問題的日益突出，嚴(yán)重危害人們的身體健康與社會的可持續(xù)發(fā)展，已經(jīng)成為威脅生存和發(fā)展的重大社會問題。當(dāng)前燃煤質(zhì)發(fā)電是國家大力推崇的一種發(fā)電技術(shù)，但是也會產(chǎn)生二氧化硫污染。本文就影響脫硫技術(shù)的因素和存在問題及改進(jìn)方案給于簡單的介紹。希望對實際的發(fā)展有所幫助。

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