影響CFB鍋爐爐內噴鈣脫硫效率的主要因素及解決辦法

樸明龍

（山西漳電大唐熱電有限公司，山西 大同 037003）

CFB鍋爐是一種節能、環保的新型燃煤鍋爐。有燃料適應力強、效率高、脫硫率高、適應符合能力強、系統簡單，投資小等優點。現在被廣泛的應用于電力行業。由于國家對于電廠鍋爐排放要求越來越高，CBF鍋爐的脫硫工藝也日漸成熟。根據CFB鍋爐本身的特點及原理，比較適合使用爐內噴鈣的脫硫工藝。本文以山西漳電大唐熱電有限公司鍋爐脫硫系統增效改造為實例，分析了影響CFB鍋爐爐內噴鈣脫硫效率的主要因素，并提出了具體解決方案。

1 工程概況

山西漳電大唐熱電有限公司于2004年建廠，配備有5臺鍋爐為哈鍋生產的HG-240/9.8-L.MG35型CFB鍋爐（參數如表1，煙氣參數如表2），以燃燒發熱量為3000-3500大卡的中煤和煤矸石為主，采用爐內脫硫、電袋復合式除塵器的減排方式，2013年公司實際全年平均排放濃度為：SO2：296.1mg/m3、NOx：245.3mg/m3；截止到 2014 年 7 月前基本能達到國家的現行排放標準。為了響應國家環保要求，滿足14年7月執行的新排放標準，通過技術研討和實地考察，確認仍使用爐內噴鈣脫硫工藝不變，對現有脫硫系統進行增效改造。為了節約成本，本次改造本著現有設備利用最大化的原則。

表1 循環流化床鍋爐技術參數

表2 煙氣脫硫設計參數表

2 影響爐內噴鈣脫硫效率的主要因素

2.1 反應原理

循環流化床鍋爐爐內噴鈣工藝是通過向爐內添加石灰石控制SO2排放，其在爐內的脫硫反應過程一般分為兩步：

第一步，CaCO3的煅燒反應，即石灰石在高溫下分解生成CaO和CO2。

化學方程式：CaCO3→CaO+CO2（煅燒反應）

第二步，煅燒生成的多孔狀CaO在氧化性氣氛中遇到SO2就會發生化合反應生成CaSO4。化學反應方程式：CaO+SO2+1/2O2→ CaSO4（化合反應）

2.2 影響脫硫效率的主要因素

2.2.1 石灰石品質

石灰石品質是影響爐內噴鈣工藝脫硫效率的一個重要因素。品質的好壞，直接影響整個系統的最終結果。在石灰石品質中，主要需要關注粒度、水分、活性及CaCO3含量這四個指標。其中，CaCO3含量及活性直接影響石灰石在反應中的積極性，若過低則導致石灰石參與反應的量過小，導致脫硫效率達不到要求；石灰石所含水分會影響石灰石的物理特性，若水分過大，會導致石灰石儲存和運輸發生板結，甚至堵塞，影響系統的正常運行，一般保證石灰石水分不大于2%；粒度是影響石灰石反應的另一個重要因素，CFB鍋爐對石灰石粒度及粒徑分布有嚴格要求。石灰石平均粒度過大，與S02接觸時間和接觸表面積減小，部分CaCO3還未來得及參與反應就被外表硫酸鹽隔絕，石灰石利用不充分（如圖1）；還會導致輸送阻力增加，增大設備磨損；燃料和石灰石粒度太小時，會隨煙氣大量逃逸，分離器無法有效分離，較低脫硫效率，增加飛灰含炭量。故一般采用0～2 mm，平均100～500 μm的石灰石粒度。

2.2.2 脫硫系統穩定性

除了石灰石本身的特性外，石灰石儲存及輸送的可靠穩定也是影響脫硫效率的重要因素。以山西漳電大唐熱電有限公司的脫硫系統改造為例，比較新舊設備在先進性和穩定性上的差異，來說明系統可靠的重要性。

（1）石灰石入爐噴入點

石灰石的最佳煅燒和反應溫度為800～900℃，在此溫度范圍內，溫度越高，石灰石與SO2的反應越充分，原有舊噴口在鍋爐前墻12米處兩個二次風噴口內，較爐膛密相區較遠，溫度較密相區下部略低。改造后新噴口從爐膛后墻返料腿噴入，其位置比二次風位置低，離床料濃相區距離近，熱量更充足，較容易達到石灰石的煅燒及與SO2反應的最佳溫度。同時由于從返料腿處噴入石灰石，噴射速度相對二次風處要高，石灰石進入爐膛后很容易進入爐膛下部，從而其在爐內的停留時間相對稍長，加上爐膛下部溫度相對上部要高20-30℃，此溫度為石灰石與SO2反映的最佳溫度，所以從返料腿進入的石灰石比二次風處進入的石灰石與SO2的反應更充分。且原有舊系統中石灰石從二次風噴入，由于二次風無足夠穿透床料的能力，從而不能保證石灰石進入到爐膛最佳的反應場，石灰石與SO2反應也就無法充分進行，脫硫效果相對就差。新噴口位于爐膛密相區下部，且由一次風作為動力風，穿透力較強，石灰石與床料混合充分。

（2）石灰石儲存、供應及輸送系統

原有系統共用一個石灰石儲存倉，經常出現下料不暢情況。單臺鍋爐輸送系統配置兩臺緩沖倉泵，一臺PSB200型旋轉式變頻給料機，設計輸送能力4t/h，連續輸送方式，輸送管道為Φ114*7。石灰石輸送系統實際運行中，在鍋爐給煤量低于45t/h時，石灰石給料機變頻調至20%以下可正常運行，鍋爐SO2排放值低于200mg/m3；在鍋爐給煤量在50-60t/h時，鍋爐SO2排放值將達到750mg/m3以上，在增加石灰石投入量時，及給料機變頻調至＞20%以后，系統即開始頻繁堵管，造成輸送系統停運。依據變頻開度及石灰石輸送流量計測算，當系統發生堵管的時候，石灰石的輸送量僅為0.9～1.2t/h左右，該投入量僅能維持鍋爐85%以下負荷的脫硫能力。當鍋爐負荷達到額定負荷運行時，現有石灰石輸送系統無法將SO2排放降至規定值，從而造成鍋爐SO2排放超標。

我們將原有石灰石倉內的氣化板全部更換，并在儲料罐和收料罐下部設置了流化系統，保證了輸料連續而均勻。將原有的立式旋轉給料閥更換，使用由Mobotec PRC公司設計生產的結構和性能均比較優良的橫制盤式變頻旋轉給料調節閥，可根據鍋爐負荷，通過調節變頻器的頻率來調節給料機的轉速來調節系統出力，從而達到滿足鍋爐脫硫需量。原有系統由于系統設備，管路布置等多方面缺陷，容易發生堵管，堵管后無排堵措施，只能人工清理，影響了系統運行，耗費了太多的人力物力。系統改造后，有效的避免了這些問題的發生。具體的防堵排堵措施如下：當系統將要發生物料堵塞時，會引起管道內輸送氣體的壓力變化，此時控制系統會根據檢測到的信號進行自動調節給料速度，避免堵塞。萬一出現堵塞，系統會自動停止旋轉給料器和關閉輸送空氣，等到管道中壓力下降到空管壓力后，系統會自動打開輸送空氣的控制閥，經過反復開關控制閥，對物料進行連續清吹后，可以清除堵塞。

原有系統輸送管道為Φ114*7，在輸送距離未達到極限時，能夠滿足系統要求。但是由于1#，2#爐距離較遠，系統管道阻力較大，堵管幾率更大，所以我們將#1、#2鍋爐石灰石輸送管道管徑增加到DN125，減小了沿途阻力，同時也降低了設備、管道、彎頭等磨損幾率。

（3）石灰石輸送氣源品質

由于石灰石用怕潮特性，所以輸送氣源必須要保證干燥性。我們在改造時發現，舊系統氣源管底層有大量水聚集，嚴重影響氣源干燥性，判斷舊系統經常性堵塞和此有關。改造時我們將管道內及儲氣罐內的水份全部排出，并新增加一個氣源加熱器，采用蒸汽加熱的方式來加熱氣源。

輸送氣源的壓力也決定著其承載石灰石的能力。舊系統由于氣源母管壓力過低，承載力不足以將石灰石送入鍋爐，造成系統堵塞。改造后我們增加了2臺28m3/h的新空壓機及其配套的干燥機，徹底解決了氣源壓力問題，改造后管道堵塞問題得到解決。

2.2.3 鍋爐燃燒環境

石灰石的脫硫能力最終還是要靠與床料燃燒發生反應來完成的，所以脫硫效率的高低，爐內燃燒環境也是一個重要的因素。為了能使石灰石與床料充分混合，石灰石的噴入位置就尤為重要。原有舊系統的屏噴入位置在鍋爐上、中部二次風口。二次風噴口的噴入形式，客觀上要求該噴口的二次風要有足夠的剛性，能將石灰石粉噴入到爐內足夠的深度，由于噴口位于鍋爐密相區上部，且噴射力不足，石灰石很難與床料充分混合，脫硫效果差，浪費石灰石。另外，二次風噴口的噴入形式，如剛度足夠，顆粒的細度理論上細比粗脫硫效果要好，如剛度較差，則粗粉比細粉效果好；但實際中因粗粉易堵塞輸粉管，為保證系統的正常運行，我們使用細粉，導致二次風噴口磨損嚴重。

改造時我們將原有石灰石噴口全部作廢，在鍋爐后墻密相區下部中間位置和兩個返料腿入爐膛上部位置重新開噴口。新噴口有效的解決了石灰石與床料混合不充分的問題，由于噴入口在密相區下部，又由一次風作為動力，所以穿透力極強，石灰石進入爐膛后迅速參與到床料燃燒中，混合充分。另外，釋放了二次風噴口，有效減小了二次風噴口的磨損情況。改造后脫硫效率明顯提高。

3 結語

爐內噴鈣脫硫作為一種低投資，高效率的脫硫工藝，在我國的CFB鍋爐領域應用廣泛。通過對石灰石品質、系統可靠性及爐內反應環境的改善，解決了石灰石輸送堵塞、系統可調性差及爐內反應時間短等問題，有效的提高了脫硫效率，節約了運行成本，滿足國家新的排放標準，有效降低了SO2的排放。