石灰石法爐內脫硫對鍋爐熱效率影響分析

張 峰

(大連市節能技術服務中心，遼寧 大連 116021)

石灰石法爐內脫硫對鍋爐熱效率影響分析

張 峰

(大連市節能技術服務中心，遼寧 大連 116021)

通過石灰石脫硫改造實例對石灰石脫硫對鍋爐的影響進行分析計算，得到各部分影響所帶來的損失量所占比重，進而分析在不同鈣硫比條件下，對鍋爐熱效率影響的變化趨勢，以及兩者之間的相互關系，為鍋爐的減排改造提供借鑒意義。

脫硫；鍋爐效率；影響

0 引 言

近年，國家頒布實施了新的污染物排放標準《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223-2011)，對主要地區的污染物排放物標準進一步提高，同時，國務院也頒布了《大氣污染防治行動計劃》(國發[2013]37號)，對全國主要地區的污染物排放進行了具體規劃。所有這些都要求現有運行的電廠要不同程度的根據自己的情況對減排設備進行升級改造。

目前，不少電站鍋爐采用的脫硫技術是爐內噴鈣干法，該技術以其裝置簡單、投資小、運行成本低的特點應用較為廣泛。爐內噴鈣是把干的吸收劑(石灰石粉、消石灰或白云石等)直接噴到鍋爐爐膛的氣流中去，爐膛內的熱量將吸收劑煅燒成具有活性的CaO粒子，這些粒子與煙氣中的SO2反應生成硫酸鈣(CaSO4)和亞硫酸鈣(CaSO3)，這些反應產物和飛灰一起被除塵設備所捕獲。本文以某電廠采用該工藝改造項目為案例，計算分析該脫硫工藝對鍋爐燃燒熱效率的影響。

1 脫硫對鍋爐的影響計算

根據我市某熱電廠改造項目鍋爐脫硫基本參數可知：入爐平均低位發熱值為13 782 kJ/kg，平均給煤量為47 000 kg/h，鈣硫比為4∶1，石灰石純度為90%，脫硫效率為80%，煤種含硫0.5%，石灰石含碳酸鈣純度90%，碳酸鎂純度5%。

1.1 添加的石灰石投入量

先計算需要消耗的碳酸鈣的數量：

BCaCO3=(100/32)*(Ca/S)*(Sar/100)*Bj=

3.125*4*0.005*47 000=2 937.5 kg/h

根據消耗的碳酸鈣的量可計算入爐石灰石的量為：

Bs=BCaCO3/=2 937.5/0.9=3 263.88 kg/h

1.2 石灰石對入爐熱量的影響

煤炭中除主要含有碳元素外還含有硫、鹵素等元素，所以燃燒后形成的煙氣中除CO2外還有SO2、SO3、HCl等，但煤炭中硫的含量要遠大于鹵素元素，硫在燃燒過程中形成的主要是SO2，SO3的比重很少，通常只有SO2的0.5%～2.0%[1]，所以這里只考慮SO2的反應。石灰石進入爐內所產生的化學反應主要為兩個，一個為放熱過稱、一個味吸熱過程，這兩個過程可對鍋爐的熱效率產生一定影響。

根據上述反應方程式可得：

a) 吸熱過程

2 937.5*1 830/(47 000*13 782)=0.83%

b) 放熱過程

-0.5/100*80%*15 141/13 782=-0.44%

c) 此外，石灰石中還還有5%的MgCO3，其煅燒過程為吸熱反應，則：

2 937.5/90*5*1 180/(47 000*13 782)=

0.03%

則綜上所述，石灰石入爐對鍋爐效率影響為：

(0.83-0.44+0.03)%=0.42%。

1.3 灰渣帶走物理熱損失

先計算入爐反應后石灰石的重量B’s為：

B’s=(1-ηCaCO3)Bs+ηCaCO3Bs{(56/100)[(Ca/S)-ηm]+(136/100)ηm}/(Ca/S)=(1-0.9)*3 263.88+0.9*3 263.88*{(56/100)*[4-0.8]+(136/100)*0.8}/4=2 441.38 kg/h

加入石灰石后灰渣物理熱損失，包括飛灰和爐渣，已知排煙溫度900℃飛灰焓值和爐渣焓值分別為170kJ/kg和874kJ/kg，則可得：

q’6=100*[as(ct)1+(1-as)(ct)2]B’s/BjQar=100*[0.05*170+0.95*874]*2 441.38/(47 000*13 782)=0.32%

1.4 煙氣量增加造成的損失

石灰石煅燒過程中釋放出CO2氣體，使煙氣量增加，同時CaO吸收SO2使煙氣量減少。

石灰石煅燒放出的氣體量：

0.891*4*0.5*25.2/(0.95*74.8)=

0.631 95(m3/kg煤)

原煙氣中被吸收掉的SO2氣體量為：

0.002 8(m3/kg煤)

q’2={0.891*(Ca/S)*Sar*n1*(Cθ)CO2/(nCaO(100-n1)-7*10-5ηm*Sar*(Cθ)SO2}*100/Qar=0.01%

2 對鍋爐效率影響結果

通過上述計算可知添加石灰石進行爐內脫硫將對鍋爐產生如下影響：

(a)化學反應吸熱造成0.42%的影響；

(b)灰渣和飛灰帶走物理熱造成0.32%的影響；

(c)煙氣量增量帶走熱造成0.01%的影響。

綜合上述計算結果，合計造成鍋爐效率影響為0.75%。

但從系統結構上講，煙氣帶走部分的熱量可以在尾部的余熱回收裝置進行熱量回收，可以基本抵消此部分損失，因此，此部分構成損失的主要因素是其化學反應熱損失及其產生的灰渣帶走熱。

3 測算結果分析

按照文獻[2]中的爐內脫硫試驗數據分別計算了各個參數的變化趨勢圖。

(1) 煤含硫量增大，對鍋爐熱效率影響成正比提高，兩者變化趨勢幾乎同步，說明含硫量對鍋爐熱效率影響較為主要。

(2) 按照不同的鈣硫比分別計算，隨著鈣硫比增大，爐膛內煙氣中的脫硫劑顆粒濃度增加，脫硫反應表面積成比例增大，脫硫相率隨之增高[3]， 但可以看到本案例中脫硫效率在鈣硫比為3之后增加變得緩慢，而影響鍋爐的熱效率值是持續增大，說明適當的鈣硫比是平衡脫硫效果和鍋爐熱效率影響的關鍵點。

圖1

圖2

[1] 林宗虎.實用鍋爐手冊[M].北京：化學工業出版社，1999.

[2] 楊玉環.鈣硫比對CFB鍋爐爐內脫硫效率的影響研究[J].應用能源技術，2013(6)，28-32.

[3]MARKRSTOUFFER.Aninvestigationofthemechanismoffluegasdesulfurizationbyin-ductdrysorbentinjection[J].IndEngChemRes,1989,28(1):20-27.

Analysis of the Thermal Efficiency of the Boiler Furnace Desulfurization Limestone Method Effect

ZHANG Feng

(Dalian City Energy Saving Technology Service Center, Dalian 116021, Liaoning Province, China)

Through analyzing the influence of boiler limestone desulfurization of limestone desulfurization transformation example analysis and calculation, obtains the loss quantity of each part of the influence of proportion, then the analysis in different calcium sulfur ratio condition, the change trends of the boiler thermal efficiency effects, and their mutual relations, provides the reference for emission reduction transformation of the boiler.

Desulfurization; The efficiency of the boiler; Influence

2014-11-28

2015-01-10

張 峰，男，大連市節能技術服務中心，主要從事節能技術與管理工作。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.02.008

TK229.5

B

1009-3230(2015)02-0027-03