循環流化床鍋爐脫硫系統運行現狀分析及優化途徑

張開彥

山東滕州盛源熱電有限責任公司 山東 滕州 277519

引言

循環流化床鍋爐是綜合沸騰床鍋爐與化工行業流化床工藝的特點發展而來,因具有燃燒效率高、污染物排放量低和燃料適應性廣等優點而得到廣泛使用。目前,脫硫脫硝技術均能滿足環保排放標準,但在嚴峻的環保壓力和經濟運行形勢下,各單位存在煙氣脫硫經濟任務重、運行成本高等問題。通過對部分單位鍋爐運行情況的初步了解發現,在鍋爐操作條件設置、煙氣脫硫運行等方面不盡合理,存在進一步改善的可能性。例如,一些鍋爐存在床溫偏高、脫硫劑尺寸沒有有效控制等問題,這些均在一定程度上降低了脫硫效率,對依靠爐內噴鈣脫硫達標造成極大困難,同時增加了脫硫成本。充分發揮循環流化床鍋爐爐內脫硫潛力是循環流化床鍋爐實現經濟運行和可靠煙氣超低排放的先決條件。通過優化循環流化床鍋爐操作條件,合理選擇脫硫劑尺寸,能夠充分提高發揮爐內脫硫效率,同時有效降低脫硫成本。

1 概述

1.1 鍋爐概況 某發電廠循環流化床鍋爐是我國具有自主知識產權的國產循環流化床鍋爐,鍋爐由7大部分組成,分別為：大錐段結構的爐膛、四個直徑6.4米的高溫絕熱旋風分離器、非機械型單路自平衡式回料閥、對稱布置的四臺緊湊式分流回灰換熱器(外置床)、尾部對流煙道、管式空氣預熱器、滾筒冷渣器,鍋爐配有兩只容積為700立方的鋼制煤倉,布置四條給煤系統,采用兩側墻回料腿八點給煤方式,爐前煤倉里的煤經刮板給煤機輸送至位于爐膛兩側墻的高、低溫回料斜腿上的八個給煤口,與循環物料混合后送入燃燒室內燃燒。

1.2 爐內噴鈣加尾部增濕脫硫系統概況 1)爐內噴鈣系統：設計四套輸送系統,兩個容積為200立方的石灰石料倉,每兩套輸送系統共用一個料倉。每套輸送系統設置兩個入爐口,分為8個點將物料輸入爐內,每個入爐點分別對應一個返料腿。入爐口交叉對稱均勻分布于爐膛四周,使石灰石粉進入爐膛后迅速彌漫至整個爐膛與煙氣充分混合,提高脫硫反應效率,減少單套系統故障時影響整體的脫硫效果。2)尾部增濕系統：系統設置一個容積80立方20%的氨水儲存罐、一個容積11立方除鹽水儲存罐、一個容積31立方氨水緩沖罐,在氨水緩沖罐中由除鹽水將20%的氨水稀釋至2%～5%的氨水溶液。電除塵器前的水平煙道及引風機后的煙道上各對應設一條主輸送管道,氨水溶液由氨水輸送泵送入主輸送管道進入鍋爐煙道噴射點,由分配箱分配至對應的噴槍,經噴槍霧化后的氨水溶液均勻在煙道中與煙氣充分混合,與煙氣中的SO2發生反應,從而去除煙氣中的SO2,輸送泵采用一運一備的形式。

2 循環流化床鍋爐爐內脫硫效率的影響因素及提高建議

2.1 流化速度的影響 一次風系統提供循環流化床所必需的流化風。增加流化風速,實際上增加了物料的攜帶速度,從而使循環回料量增加,相應的延長了脫硫劑在爐膛內的停留時間。但如果一次風速太大,使爐膛出口煙氣速度超過旋風分離器的捕捉速度,造成循環回料量減少,反而會降低脫硫效率。在運行中,可通過調節一次風流量、一、二次風配比等,達到調節流化風速的目的。

2.2 Ca/S摩爾比的影響 Ca/S比是影響脫硫效率和SO2排放的首要因素,燃用低硫煤時,煙氣中SO2的濃度低,石灰石與SO2反應速度慢,消耗石灰石量相對較大,要求Ca/S比就高。脫硫劑石灰石的特性主要包括：石灰石的反應活性、化學組成、煅燒產物CaO的比表面積、孔隙率、孔徑分布和孔隙結構等。在特性當中石灰石反應活性的高低對脫硫影響較大。脫硫劑的反應活性是指吸收劑與二氧化硫進行表面化學反應的難易程度。脫硫吸收劑石灰石的脫硫性能與石灰石反應活性關系很大,而石灰石反應活性受石灰石的成分和內部微觀結構等影響。

2.3 床溫的影響 鍋爐運行床溫對脫硫效率影響較大,這是由于床溫的變化直接影響脫硫反應速度、固體產物的分布和孔隙堵塞特性,所以床溫會影響脫硫反應的進行和脫硫劑的利用率。而循環流化床鍋爐床溫的選擇和運行控制又和鍋爐設計尤其是受熱面布置、運行負荷、灰渣燃盡、NOx污染物排放等因素密切相關。研究表明,脫硫反應的反應速度一開始隨溫度升高而升高,在820～850℃時達到最佳值。之后隨溫度升高到870～1000℃,反應速度開始下降,Ca O內部分布均勻的小晶粒會逐漸融合成大晶粒,隨著溫度升高,晶粒越大,CaO的比表面積減小和表面結殼失去吸收SO2的活性,都使脫硫效率降低。在更高的床溫下超過1000℃,CaSO4還會逆相分解放出SO2,進一步降低硫酸鹽化的化學反應速度,降低脫硫效率。

結語

循環流化床鍋爐經過改造后,減少了污染物的排放,達到了國家環保部的要求,通過了合肥市環保部門的驗收,達到了較好的效果。