循環(huán)流化床鍋爐摻燒高鈣煤矸石脫硫性能試驗(yàn)研究

任清潔，牛擁軍

（1.華電陜西能源有限公司，西安 710032；2.西安熱工研究院有限公司，西安 710032）

循環(huán)流化床鍋爐摻燒高鈣煤矸石脫硫性能試驗(yàn)研究

任清潔1，牛擁軍2

（1.華電陜西能源有限公司，西安 710032；2.西安熱工研究院有限公司，西安 710032）

介紹了循環(huán)流化床鍋爐在燃用不同煤種、摻燒不同煤矸石及啟動(dòng)爐內(nèi)噴鈣與否情況下鍋爐脫硫性能的試驗(yàn)情況，結(jié)果表明，燃用不同煤種以及摻燒不同鈣基含量煤矸石情況下，爐內(nèi)自脫硫效率差異明顯。燃用鈣基含量高的燃煤，爐內(nèi)脫硫效率較高，在原來(lái)燃煤基礎(chǔ)上摻燒高鈣煤矸石可明顯提升鍋爐爐內(nèi)脫硫性能。對(duì)燃煤鈣基含量較高而硫分較低的部分電廠，摻燒高鈣煤矸石可達(dá)到較高的綜合脫硫效率及明顯的SO2總量減排效果，同時(shí)滿(mǎn)足國(guó)家關(guān)于燃煤電廠SO2排放限值要求。

循環(huán)流化床鍋爐；高鈣煤矸石；摻燒；脫硫性能

0 引言

循環(huán)流化床鍋爐具有燃料適應(yīng)性廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)性好、燃燒效率高、可實(shí)現(xiàn)資源高效綜合利用、污染物排放強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用廣泛［1］。但目前的實(shí)際運(yùn)行情況表明，循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫效率較低，多數(shù)在75%左右，大部分達(dá)不到90%以上的設(shè)計(jì)脫硫效率［2］，無(wú)法滿(mǎn)足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，達(dá)不到GB 13271—2014《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》［3］及GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》［4］的相關(guān)要求。究其原因，與循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫效率影響因素多、運(yùn)行過(guò)程中連續(xù)控制性差等均有關(guān)系。

2013－08－25—09－14，以陜西華電瑤池發(fā)電有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)瑤池發(fā)電公司）2臺(tái)705 t/h循環(huán)流化床鍋爐中的＃1機(jī)組鍋爐為試驗(yàn)對(duì)象，實(shí)施完成了不同煤礦次煤，摻燒不同煤礦、不同比例的煤矸石及爐內(nèi)噴鈣的脫硫性能評(píng)估試驗(yàn)。本文對(duì)瑤池發(fā)電公司＃1循環(huán)流化床鍋爐在燃用不同煤種、摻燒不同煤矸石及啟動(dòng)爐內(nèi)噴鈣與否情況下鍋爐脫硫性能及SO2排放濃度的試驗(yàn)研究成果進(jìn)行總結(jié)分析。

1 不啟動(dòng)爐內(nèi)噴鈣、摻燒煤矸石主要參數(shù)情況

＃1鍋爐不啟動(dòng)爐內(nèi)噴鈣、摻燒不同比例煤矸石情況下主要測(cè)試參數(shù)見(jiàn)表1，表1中：①為實(shí)驗(yàn)室分析的入爐煤樣收到基全硫；②為分散控制系統(tǒng)（DCS）顯示鍋爐給煤量；③為實(shí)測(cè)煙氣流量（標(biāo)態(tài)、干基、6%O2）；④為實(shí)測(cè)凈煙氣SO2質(zhì)量濃度（標(biāo)態(tài)、干基、6%O2）；⑤為理論估算脫硫效率；⑥為實(shí)驗(yàn)室分析推算的入爐煤樣含鈣量（以CaO計(jì)）；A為皇樓溝煤；B為下溝煤矸石；C為順通煤；D為卸煤溝煤；E為毛家山煤；F為中煤（火石咀）。表中脫硫效率均為理論計(jì)算的鍋爐自脫硫效率，根據(jù)DCS采用的入爐煤質(zhì)量計(jì)算出該燃煤中的全硫全部轉(zhuǎn)化為SO2情況下煙氣中的SO2質(zhì)量濃度，據(jù)此對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的自脫硫效率進(jìn)行理論估算。下同。

＃1機(jī)組在鍋爐燃煤中摻燒不同比列煤矸石的情況下，鍋爐爐內(nèi)脫硫率差別很大，單燒毛家山煤或摻燒下溝煤矸石時(shí)鍋爐爐內(nèi)脫硫效率普遍較高，脫硫率最高達(dá)到99.8%，最低為78.0%；而單燒皇樓溝煤或摻燒中煤（火石咀）時(shí)爐內(nèi)脫硫效率均較低：?jiǎn)螣蕵菧厦簳r(shí)爐內(nèi)脫硫效率僅為4.9%，毛家山煤摻燒中煤（火石咀）比例為5∶5時(shí)爐內(nèi)脫硫效率最高為55.1%，皇樓溝煤摻燒中煤（火石咀）比例為7∶3時(shí)爐內(nèi)脫硫效率最低為37.8%。

分別對(duì)下溝煤矸石和中煤（火石咀）進(jìn)行了化驗(yàn)分析，分析數(shù)據(jù)表明：下溝煤矸石中的鈣基含量很高，以CaO計(jì)可達(dá)到20.48%，而其收到基全硫僅為0.44%；中煤（火石咀）中的鈣基含量就很低了，以CaO計(jì)僅為3.00%，收到基全硫?yàn)?.10%。2種不同煤矸石的成分差別較大，造成鍋爐爐內(nèi)脫硫率差別較大。

2 啟動(dòng)爐內(nèi)噴鈣、摻燒煤矸石主要參數(shù)情況

＃1鍋爐啟動(dòng)爐內(nèi)噴鈣、摻燒不同比例煤矸石情況下主要測(cè)試參數(shù)見(jiàn)表2。＃1機(jī)組在鍋爐燃煤中摻燒不同比例煤矸石的情況下同時(shí)啟動(dòng)爐內(nèi)噴鈣（石灰石粉），循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫效率良好，試驗(yàn)期間脫硫效率最大值為97.9%（毛家山煤與下溝煤矸石按5∶5摻配同時(shí)啟動(dòng)爐內(nèi)噴鈣情況下），最低值86.1%（毛家山煤與中煤（火石咀）按5∶5比例摻配同時(shí)啟動(dòng)爐內(nèi)噴鈣情況下）。

表1 ＃1鍋爐不啟動(dòng)爐內(nèi)噴鈣、摻燒不同比例煤矸石情況下主要測(cè)試參數(shù)

啟動(dòng)爐內(nèi)噴鈣與不啟動(dòng)爐內(nèi)噴鈣時(shí)，同樣的摻燒比例下進(jìn)行對(duì)比：毛家山煤與中煤（火石咀）按5∶5摻配時(shí)，爐內(nèi)脫硫效率從54.6%提高到86.1%；皇樓溝煤與中煤（火石咀）按7∶3摻配時(shí)，爐內(nèi)脫硫效率從37.8%提高到88.0%；皇樓溝煤與中煤（火石咀）、毛家山煤按3∶2∶5摻配時(shí)，爐內(nèi)脫硫效率從52.4%提高到96.6%；毛家山煤與下溝煤矸石按5∶5摻配時(shí)，爐內(nèi)脫硫效率從96.5%提高到97.9%。

測(cè)試數(shù)據(jù)表明，在啟動(dòng)爐內(nèi)噴鈣情況下，鈣基含量低的煤種摻配情況下?tīng)t內(nèi)脫硫效率提升效果明顯，在電廠目前的煤種摻燒方式中，在不啟動(dòng)爐內(nèi)噴鈣時(shí)爐內(nèi)脫硫效率最差的皇樓溝煤與中煤（火石咀）摻配，啟動(dòng)爐內(nèi)噴鈣后爐內(nèi)脫硫效率也從37.8%提高到了88.0%。但啟動(dòng)爐內(nèi)噴鈣時(shí)，鈣基含量高的煤種摻配情況下?tīng)t內(nèi)脫硫效率提升效果不明顯，這主要是因?yàn)楦哜}煤矸石摻配方式下?tīng)t內(nèi)脫硫效率已經(jīng)達(dá)到了較高水平，啟動(dòng)爐內(nèi)噴鈣則無(wú)明顯提升。

3 摻燒對(duì)脫硫效率及SO2質(zhì)量濃度的影響

本次性能評(píng)估試驗(yàn)研究表明，入爐煤摻燒高鈣煤矸石與否、摻燒煤矸石的比例高低以及煤矸石含鈣量的高低對(duì)鍋爐爐內(nèi)自脫硫效率的影響較為顯著［5］。

表2 ＃1鍋爐啟動(dòng)爐內(nèi)噴鈣、摻燒不同比例煤矸石情況下主要測(cè)試參數(shù)

單燒皇樓溝煤時(shí)，該煤種鈣基含量較低，試驗(yàn)期間取樣分析的煤中鈣基含量（以CaO計(jì)）約為2.84%，按煤中的硫分全部生成SO2考慮，理論計(jì)算進(jìn)入煙氣中的SO2質(zhì)量濃度為5010.6 mg/m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，干基，6%O2），實(shí)測(cè)尾部煙氣中的SO2質(zhì)量濃度為4766.1 mg/m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，干基，6%O2），爐內(nèi)脫硫效率為4.88%，脫硫效率低。

在摻燒鈣基含量高的煤矸石情況下，尤其是摻燒煤矸石比例較高的情況下，理論估算的爐內(nèi)脫硫效率普遍很高，如單燒毛家山煤（由供煤廠家摻配煤矸石）理論推算的爐內(nèi)脫硫效率最高可達(dá)99.8%，實(shí)測(cè)的尾部煙氣SO2質(zhì)量濃度達(dá)到了10 mg/m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，干基，6%O2）以下。

4 結(jié)論

本次評(píng)估試驗(yàn)表明，瑤池發(fā)電公司機(jī)組鍋爐在不同的入爐煤摻配方式下，爐內(nèi)自脫硫效率差別較大，分析認(rèn)為，這受不同煤種鈣基含量、硫分含量、不同的摻配比例以及是否啟動(dòng)爐內(nèi)噴鈣等因素制約，當(dāng)然，可能還與不同煤種中鈣基的不同的賦存形態(tài)及其反應(yīng)活性有關(guān)。綜上所述，本次試驗(yàn)研究結(jié)論簡(jiǎn)單歸納如下。

（1）在適當(dāng)?shù)拿喉肥瘬綗壤拢幊匕l(fā)電公司循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫效率可達(dá)到99.8%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐的爐內(nèi)脫硫效率。

（2）在適當(dāng)?shù)拿喉肥瘬綗壤蜉o以爐內(nèi)噴鈣措施，瑤池發(fā)電公司循環(huán)流化床鍋爐摻燒高鈣煤矸石時(shí)爐內(nèi)脫硫效率可達(dá)99.8%。

（3）不同的煤種、煤矸石摻配比例以及混合后入爐煤的含鈣量高低對(duì)鍋爐爐內(nèi)脫硫效率影響顯著。

（4）在摻燒一定比例的高鈣煤矸石或摻燒高鈣煤矸石并啟動(dòng)爐內(nèi)噴鈣情況下，可達(dá)到較高的鍋爐爐內(nèi)自脫硫效率，SO2排放質(zhì)量濃度可接近0。

（5）摻燒高鈣煤矸石可以大量節(jié)約石灰石，即在摻燒高鈣煤矸石達(dá)到一定比例時(shí)，即使不啟動(dòng)爐內(nèi)噴鈣，仍可獲得較高的鍋爐爐內(nèi)脫硫效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

［1］孔祥瑜.循環(huán)流化床鍋爐脫硫問(wèn)題探討［J］.科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2006，16（4）：174－176.

［2］王三平，馬紅友，姜凌.火電廠循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫效率影響因素分析［J］.科技信息，2010，2（17）：223－224.

［3］鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)：GB 13271—2014［S］.

［4］火力發(fā)電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)：GB 13223—2014［S］.

［5］王智微，王鵬利，孫獻(xiàn)斌，等.循環(huán)流化床內(nèi)高CaO含量煤自脫硫的試驗(yàn)研究［J］.動(dòng)力工程，2003，23（3）：2436－2438.

（本文責(zé)編：白銀雷）

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1674－1951（2016）10－0017－03

任清潔（1970—），男，陜西洋縣人，工程師，碩士，從事電力企業(yè)環(huán)保管理方面的工作（E-mail：rqj3132＠163.com）。

2016－09－12；

2016－09－29