淺析電石渣在330 MW循環流化床鍋爐環保脫硫的應用

丁　蕓

(京海煤矸石發電有限責任公司，內蒙古 京海　016000)

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淺析電石渣在330 MW循環流化床鍋爐環保脫硫的應用

丁蕓

(京海煤矸石發電有限責任公司，內蒙古 京海016000)

對電石渣在1 177 t/h循環流化床鍋爐環保脫硫的應用進行了分析。

循環流化床鍋爐；電石渣；環保；脫硫

0　引　言

內蒙古京海煤矸石發電廠2×330 MW循環流化床直接空冷汽輪發電機組分別于2010年8月、10月投產發電。機組投產以來實現安全穩定運行，鍋爐各項指標均能達到設計參數要求；但是在新的環保政策下，最初設計環保排放指標逐漸不能適應新的要求，電廠于2014年對兩臺鍋爐的脫硫系統進行了技改，在2014年7月1日環保排放指標達到了國家新的環保要求。

京海電廠是中國第一個利用純爐內噴鈣脫硫達到現行國家環保標準的大型循環流化床鍋爐，但因其化學反應受制于石灰石反應活性及諸多因數的影響，其排放數據的控制是一個極其不穩定且較困難的過程；為了保證環保指標排放達標，為了企業肩負的社會責任，也為了提高資源綜合利用以及降低電廠運行成本，電廠經過充分論證，決定采用電石渣作為脫硫劑使用，達到“以廢治廢”的環保循環經濟，取得了明顯效益。

1　鍋爐簡介

鍋爐系東方鍋爐股份有限公司設計制造的1 177 t/h循環流化床鍋爐。亞臨界參數、單爐膛、一次中間再熱自然循環汽包爐、緊身封閉、平衡通風、固態排渣、全鋼架懸吊結構。配備330 MW亞臨界中間再熱單軸雙缸、雙排汽、直接空冷汽輪發電機組，鍋爐設計主要參數見表1、表2和表3。

表1　鍋爐主要參數

表2　石灰石分析

2　采用石灰石脫硫存在問題

大型循環流化床鍋爐純爐內噴鈣脫硫因其不穩定性使得環保排放指標相對較難控制，也因此種脫硫方法會使鈣硫比較高而影響鍋爐效率，爐內石灰石噴鈣脫硫在鈣硫比達到1.8后，其鍋爐效率會有所降低，從而使得電廠的綜合效益降低。

表3　設計和校核煤質元素分析

CFB鍋爐燃燒最大的優點就是在燃燒過程中能夠邊燃燒邊脫硫，比尾部煙氣脫硫工藝簡單、成本低廉；為了降低生產成本，電廠經過充分論證，決定采用電石渣作為脫硫劑使用，取得了明顯經濟效益。

3　電石渣脫硫介紹

1)目前電石渣主要來源于聚氯乙烯(PVC)、乙炔、聚乙烯醇等化工產品的生產，電廠外購，含水率﹤1%，滿足粉體輸送要求，可作為干法脫硫吸收劑。

2)石灰石主要成分為CaCO3。

3)實際燃用煤種為設計煤種。

4)電石渣主要成分為Ca(OH)2，其干燥后顆粒尺寸細且密度小(0.7 t/m3)，是石灰石密度的一半，電石渣分解溫度也顯著低于石灰石粉。

5)電石渣作煤燃燒的固硫劑

電石渣固硫機理:煤燃燒時放出SO2、 SO3等有害氣體，在煤中摻入一定量的電石渣后，能有效阻止硫分的揮發，這是因為電石渣的主要成分Ca(OH)2與煤中的硫分發生化學反應，生成CaSO3等固體物質，從而達到固硫的目的主要化學反應有:

固硫效果:電石渣的固硫效果主要與電石渣用量、燃燒反應溫度和添加劑的催化作用有關。為了提高電石渣的固硫率可以加入適量的添加劑，從而增強固硫能力；用電石渣作煤燃燒的固硫劑，不僅充分利用了廢渣，而且可以防止煤燃燒過程中硫的揮發所造成的大氣污染，在中國有廣闊的發展前景。

電石渣的主要成分為Ca(OH)和CaO，其中CaO是生成碳化鈣時帶入電石的。

電石渣在煤燃燒時，Ca(OH)2與SO2發生反應，生成CaSO4，從而達到固硫效果。

采用電石渣作為固硫劑，其固硫率要比采用天然石灰粉作固硫劑高。原因是Ca(OH)2在300 ℃～400 ℃就能完全分解生成CaO和H2O的電石渣摻在煤中，當煤中硫分開始著火燃燒生成硫化物時就可以參與反應。生成CaSO3隨著溫度提高而被氧化成CaSO4。

由于石灰石比較密實，孔隙率低，不利于氣相SO2向CaO顆粒內部的滲透與擴散。

鍛燒產生的CaO之所以能吸收SO2并與之發生反應是在于CaO內部有較多的孔徑為0.2～17.5 μm的微孔。微孔越多，發生化學反應的表面積越大；對SO2和CaO發生氣—固反應越有利。而鍛燒溫度過高時，則會發生CaO被“燒僵”現象，將使CaO的空隙閉塞，反應比表面積減少，對SO2在CaO顆粒中的滲透和擴散不利。從這一觀點上可以解釋采用電石渣時固硫率比采用生石灰時略高的原因是:電石渣在受熱分解是逸出水分，生成的CaO有較多的空隙，有利于氣—固相反應的進行。

4　石灰石與電石渣作為脫硫劑使用的經濟效益對比

1)試燒電石渣期間，在同等負荷下排煙溫度升高了約2 ℃～3 ℃。

2)使用純石灰石脫硫劑脫硫時，每萬kW·h發電單價脫硫成本為61.68元，而使用電石渣的脫硫成本單價為53.13元，兩者比較，后者在成本上只有前者的86%。

3)電石渣試驗期間，對NOX的排放影響較小，對于采用SNCR脫硝方式的機組，其尿素的單耗會快速降低，尿素節省明顯，按單臺機組發電量計算1天可節約1.5 t左右。

4)采用電石渣作為脫硫劑使用期間，底渣CaO含量明顯下降4～5個百分點，其灰渣的綜合利用得到提高。

5)電石渣在爐內的反應速率明顯快于石灰石，調節特性相對于石灰石，環保指標的控制更為方便、快捷。

6)適應煤種性強，京海電廠進行了高硫煤、低硫煤燃燒試驗，效果良好。原煤熱值為12 600 kJ，硫分可以提高到1.9；且折算硫分在0.6時(設計值為0.4)，鈣硫比將會降低0.6，其主要原因為生成的CaO有較多的空隙，有利于氣—固相反應的進行，混合強度較高，反應較好，這在選擇煤種及煤質含硫量的高低上有了更大的空間，使得電廠的綜合效益能得到較大提高。

7)對爐內燃燒工況影響小，電石渣作為脫硫劑，大大縮短了煅燒時間，對床溫影響非常小，對于純爐內噴鈣脫硫的CFB機組，在啟、停爐期間可以實現SO2不超標，這在使用純石灰石作為脫硫劑時是無法實現的。因其對床溫影響小，機組帶負荷能力明顯加快，也能滿足電網AGC調整速率的要求。

8)對受熱面磨損小，因電石渣密度小、質量輕、粒徑小、單位時間內發電量相同時用量少，其對鍋爐受熱面磨損小。

9)因電石渣氧化鈣含量高，密度小、質量輕，易于輸送，對空壓機、羅茨輸送風機的出力減少，壓縮空氣用量減少，從側面起到了節電效果。

10) 因電石渣分解成CaO和H2O，與石灰石相比減少了CO2排放。

5　結　語

綜上所述，使用電石渣作為脫硫劑，既能提高鍋爐效率，也可降低供電標煤耗；供電標煤耗在電廠發電成本里占比最大，如原煤熱值保持不變，煤中含硫量提高0.6個百分點，原煤價格每噸將降低5元，按京海電廠每年消耗原煤2 000 000 t計算，一年至少可節省燃煤成本1 000萬元；使用電石渣作為脫硫劑，既實現廢棄物資源化利用，達到“以廢治廢”的環保循環經濟，還能有效降低電廠發電成本，提高綜合經濟效益。

The application of carbide slag to environmental protection and desulfurization in 1177 t/h circulating fluidized bed boiler is analyzed.

circulating fluidized bed boiler; carbide slag; environmental protection; desulfurization.

TM621

B

1003-6954(2016)04-0088-03

2016-03-26)

丁蕓(1968)，從事循環流化床機組調試、運行優化及生產技術管理工作。