資源綜合利用電廠循環流化床鍋爐噴鈣脫硫技術研究與應用

【摘 要】隨著國家、地方環保政策的日益嚴格，火電廠大氣污染物的排放限值不斷提高，如何最大限度的降低污染物排放，節約運行成本，減少初期投資是每個資源綜合利用電廠所面臨的問題。該文對資源綜合利用電廠燃用劣質燃料情況下的脫硫運行情況進行了認真分析，對不同的脫硫工藝進行了比較分析，對噴鈣脫硫技術進行了探索、研究、實踐。經過長時間的穩定運行，取得了較好的效果，對同類型的電廠脫硫具有積極的指導意義。

【關鍵詞】資源綜合利用電廠 循環流化床鍋爐 噴鈣脫硫技術 研究與應用

資源綜合利用是基于國家對礦產資源開采過程中對共生、伴生礦進行綜合開發與合理利用；對生產過程中產生的廢渣、廢水（液）、廢氣、余熱余壓等進行回收和合理利用；對社會生產和消費過程中產生的各種廢物進行回收和再生利用。其中煤礦開采、生產過程中產生的煤矸石、煤泥即在資源綜合利用范圍內，因此在煤礦附近總會建設部分資源綜合利用電廠，其特點是規模較小，燃用的煤種為劣質煤種（煤矸石、煤泥）。

1 現有常見脫硫工藝概述

由于受到所在礦井規模及其他各方面因素的影響，早期通過國家許可的資源綜合利用電廠設計裝機容量都比較小，配套的鍋爐通常為75 T/h，130 T/h循環流化床鍋爐。常見脫硫工藝有爐內噴鈣脫硫、石灰石-石膏法濕法脫硫、雙堿法濕法脫硫、氨法脫硫、氧化鎂法脫硫等，現以付村矸石熱電有限公司2×75 T/h循環流化床鍋爐為例，燃用煤種平均含硫量小于1.0%，對幾種常見的脫硫工藝進行比較見表1。

從表1可以看出爐內噴鈣脫硫工藝具有投資低，無固廢物、廢水排放的優勢。

2 現有循環流化床鍋爐噴鈣脫硫技術存在問題的分析

循環流化床噴鈣脫硫技術基本原理是將干的吸收劑（石灰石粉、消石灰或白云石等）直接噴到鍋爐爐膛中去，爐膛內的熱量將吸收劑煅燒成具有活性的CaO粒子，以較大的表面積散布，這些粒子與煙氣中的SO2反應生成硫酸鈣（CaSO4）和亞硫酸鈣（CaSO3），含有廢物顆粒、殘留石灰和飛灰的固體物在煙氣的夾帶下進入隨后的慣性分離器或旋風分離器，分離捕捉下來的顆粒則通過返料器又被送回循環流化床爐內。現有循環流化床鍋爐噴鈣脫硫系統存在著以下問題：

2.1系統脫硫效率低

現有循環流化床鍋爐噴鈣干法脫硫雖然得到了廣泛應用，但存在著脫硫效率低，一般在60%左右，無法滿足地方環保部門排放濃度的標準要求。

2.2系統操作自動化程度低

現有循環流化床鍋爐噴鈣干法脫硫，雖然采取了部分自動控制，但由于受鍋爐燃燒工況的影響較大，調節相對滯后，很難做到煙氣排放數據實時達標。

2.3系統管道存在容易堵塞、磨損嚴重的問題

現有系統運行過程中通常會出現管道堵塞、磨漏導致脫硫系統停運，一方面造成維修量增大，另一方面停運會影響到煙氣的達標排放，嚴重時會受到地方環保部門的處罰。

2.4鈣硫比偏離設計值較大，運行費用偏高

現有循環流化床噴鈣脫硫運行過程中，由于較多原因，為達到二氧化硫排放濃度達標的要求，不得不加大鈣硫比，偏離設計值較多，投入較多的鈣粉，導致運行成本偏高。尤其是資源綜合利用電廠燃用煤質較差，燃用煤量較大，導致脫硫噴鈣量較大，提高了發電成本，影響了企業的效益。

3 循環流化床鍋爐噴鈣脫硫技術研究與改進

付村矸石熱電有限公司脫硫系統原設計為鈉-鈣雙堿法爐外濕法脫硫及爐外添加石灰石脫硫工藝，針對循環流化床鍋爐噴鈣脫硫技術存在問題，經過深入研究，對進行了優化設計，經過技術改造，現為爐內噴鈣干法脫硫，具體如下：

鍋爐主要參數：額定蒸發量：2×75T/h，額定壓力5.29Mpa，額定溫度485℃，設計燃料熱值Qnet.ar11.77 MJ/kg燃料消耗量：19t/h，燃料含硫量1%，煙氣量185000 m3/h（每臺鍋爐）。

原脫硫系統設計：鈉-鈣雙堿法濕法脫硫，脫硫效率設計：98%，鈣硫比1.1，液氣比：3，堿液置換率：90%。

新優化爐內噴鈣脫硫系統設計：鈣硫摩爾比：2.8，石灰石倉容積：≥200m3，脫硫效率：保證效率80%，二氧化硫排放濃度<200mg/Nm3，石灰石粉堆積容重：1.3 t/m3。

該系統包括一個石灰石粉倉，粉倉設置兩個出口，出口配置石灰石粉氣力輸送系統。

每臺鍋爐設計兩套給料系統，一用一備，物料通過插板門進入給料閥，給料閥與流化風機的流化風連通，料倉與輸送氣源壓力平衡，下料穩定均勻。下料料倉內的物料，進入變頻給料閥，可以在一定范圍內調節給料量。在給料閥的出料口與輸送壓縮空氣混合，輸送到輸送管道內，將石灰石粉送至單臺鍋爐的二個給料口。給料閥工作時，靠羅茨風機的氣源推動物料前進，達到輸送的目的，流化風機提供助推風源，防止物料在彎道處堵塞。給料閥變頻根據鍋爐出口SO2變化調節控制。

新的噴鈣干法脫硫系統較常見的干法脫硫系統有較多不同，主要技術創新點如下：

3.1解決了噴鈣工藝脫硫效率相對較低的問題

本系統是根據循環流化床鍋爐的運行的實際爐膛溫度及干法脫硫工藝的脫硫原理合理選擇第三級二次風噴嘴作為鍋爐內噴鈣的噴入點，根據爐膛截面積、形狀選擇了從爐膛左右同時噴入鈣粉，同時對噴入點的二次風噴嘴進行技術改造，增強了噴入點二次風的穿透力，使脫硫反應能夠在有效的爐膛溫度下及盡可能大的范圍內進行，從而提高了噴鈣脫硫技術的脫硫效率。

3.2解決噴鈣脫硫工藝操作自動化程度低的問題

本系統配備DCS控制系統，配備自動計量裝置，及鍋爐出口煙氣監測系統，根據鍋爐出口在線監測二氧化硫的排放濃度，接入DCS系統，實時調整爐內噴鈣量，最大限度的降低運行費用的同時，確保鍋爐排放的煙氣二氧化硫濃度實時達標，實現了自動控制、自動計量、形成報表，自動化程度高、操作簡單。

3.3解決噴鈣脫硫工藝易堵管道、磨損大的問題

除配備通常配用的疏通風外，根據噴鈣運行的實際，在工藝上一臺鍋爐配置了兩套輸送系統，能做到互為備用，確保了系統的穩定性，對于易磨損的管道采用了耐磨復合陶瓷管，減緩磨損，減少維修量。

3.4解決資源綜合利用電廠煤質較差，耗用脫硫劑量較大運行成本較高的問題

根據循環流化床鍋爐的燃燒實際，通過深入研究循環流化床旋風分離器結構、爐膛差壓、脫硫劑顆粒大小與脫硫效率的關系，確定了脫硫劑的選擇粒度，降低了鈣硫比，合理選擇鈣粉的顆粒度，根據我廠實際選擇120～150目鈣粉，有效地降低了鈣硫比使Ca/S=1.5～2.8時，脫硫效率大于通常的60%，保證80%以上，最高可以達到95%，節約了脫硫劑的使用量，降低了成本。

4 應用后經濟性分析

付村矸石熱電公司鈉-鈣雙堿法脫硫工藝原設計鈣硫比、液氣比都相對較好，但實際運行過程中根本無法達到設計值，且運行控制較復雜，控制參數多，各項參數控制要求嚴格按照標準執行。吸收液的PH值、吸收塔底液PH值、石灰乳和鈉堿的投加量控制尤為重要，這些參數控制不合理，極易發生脫硫塔內部結垢、結晶，噴淋管道的結垢、結晶，造成系統的阻力增加，增加了鍋爐引風機的負荷，嚴重時影響系統的運行。

脫硫塔內部除霧器在脫硫塔進口煙氣塵含量高的情況下，易發生結垢堵塞，必須定期檢查清理。雙堿法脫硫工藝中，采用熟石灰來使鈉堿再生循環使用，生成亞硫酸鈣，亞硫酸鈣經氧化后，生成硫酸鈣，即石膏。脫硫副產物石膏產量較大，利用困難，因此，脫水石膏的利用成為了電廠的一大難題。

經過濕法脫硫系統后，脫硫煙氣含水率較鍋爐原煙氣高，且經過脫硫后煙氣溫度降低，通過煙囪排放時易結露對煙囪本體造成腐蝕，影響煙囪的使用壽命。

如要避免影響，需對煙囪重新進行防腐處理，造成新的投資，濕法脫硫還會產生一定量的廢水，利用較為困難。兩種脫硫工藝直接運行材料費用比較見表2。

付村矸石熱電有限公司爐內噴鈣干法脫硫技術改造投資150萬元，不考慮其他各項費用，僅直接運行費用的節約，不到一年就可以回收成本。

5結語

爐內干法脫硫應用相對較早，但其脫硫效率較低的問題一直未得到有效的解決，而且國家環保部門對爐內噴鈣脫硫工藝早期并不認可二氧化硫的總量減排量，隨著爐內噴鈣脫硫技術在小機組上應用的越來越多，且能夠實現脫硫運行的“三自動”，因此國家環保部門逐步認可了此項脫硫工藝，并認可了總量減排量。付村矸石熱電有限公司循環流化床噴鈣脫硫技術的研究與應用，取得了較好的經濟效益及社會效益，為同類型電廠的脫硫提供了較好的經驗。

參考文獻：

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[2]屈衛東，楊建華等 循環流化床鍋爐設備及運行[M].鄭州河南科學技術出版社，2002：168-175.

[3]郭東明編著，脫硫工程技術與設備[M].北京：化學工業出版社，2007：1-5.

作者簡介：李維波（1975—），男，工程師，本科，從事發電廠技術管理工作。