循環流化床鍋爐煙氣脫硫改造分析

王玉良

（太原市熱力集團有限責任公司，山西太原 030001）

煙氣脫硫是燃煤鍋爐環保達標的要求，這就要求各個鍋爐運行單位對已經安裝的鍋爐進行脫硫升級改造，本單位安裝有哈爾濱鍋爐廠生產的4臺116MW循環硫化床鍋爐，脫硫采用布袋除塵前脫硫塔半干法循環脫硫，脫硫劑采用消石灰（Ca（OH）2）。熱源廠投運以來脫硫效率低，未能達到環保局煙氣SO2排放標準。

為解決熱源廠脫硫效率低、環保不達標問題，參考兄弟單位的脫硫經驗，對4臺116MW循環硫化床鍋爐進行爐內脫硫改造，改造先拿一臺鍋爐進行試驗，再根據試驗情況進行推廣。2013年冬季供暖運行開始后，首先拿1#爐進行爐前投放消石灰（Ca（OH）2）粉進行改造試驗。投放消石灰流程為：爐前石灰倉→消石灰粉流化→下料給灰閥→調速電動連續給料閥→輸送機進料→消石灰進爐。

首先對石灰倉密封，增加觀察檢查口、氣力輸送消石灰DN100鋼管和分段控制閥門；為確保消石灰不噴濺，消石灰倉上部安裝脈沖反吹布袋除塵器，處理風量1800m3/h，以確保灰倉進灰、出灰時通暢及周圍工作環境不受污染，保障職工身體健康。

經過一周調試，試驗脫硫效率非常好，經檢測SO2排放濃度降至100mg/m3以下，能夠達到市環保局煙氣SO2排放濃度的標準。改造成功后，熱源廠馬上對另外3臺循環流化床鍋爐也進行了改造，也得到同樣的結果。

1 工藝流程

1.1 工藝流程簡述

爐內噴鈣脫硫裝置由消石灰儲存、輸送、壓縮空氣和控制四個系統組成。

消石灰儲存倉可滿足鍋爐滿負荷24h連續運行時脫硫劑的消耗量，消石灰每天通過密閉罐車及氣力輸送管道向儲料倉加料，儲料倉中的消石灰通過流化、連續給料閥和輸送機輸送至鍋爐爐膛內，分解和脫硫反應在鍋爐爐膛內進行，未反應的消石灰隨燃煤顆粒一起被鍋爐后部的分離器回收收集后，重新進入爐膛內進一步參與分解和反應，不斷循環利用。控制系統控制脫硫設施的設備運行，消石灰的投加等運行過程。

消石灰車運來的脫硫劑由車內氣力輸送裝置將其送入儲料倉。儲料倉設有料位觀察孔，可看到倉內是否有料。

消石灰輸送流程為：消石灰倉→倉下部壓縮空氣流化消石灰→出料閥→變頻給料閥→輸送機。消石灰輸送系統開始工作時，首先起動輸送機，然后打開壓縮空氣對儲料倉下部，連續變頻給料閥上部消石灰進行流化，起動給料閥變頻電機，打開出料閥進行輸送；輸送過程中，通過調節變頻給料閥電機頻率來調整消石灰投放量，從而實現爐膛內要求投入的消石灰量，達到要求的鈣硫比，滿足脫硫的需要。

以上每一道工序的操作全部由控制系統來實現，并跟據鍋爐負荷和煙氣在線監測的SO2信號來調節消石灰的給料量。

1.2 消石灰物理性能

本項目脫硫裝置所使用的脫硫劑為消石灰粉（Ca（OH）2）。

（1）主要成分：Ca（OH）2

（2）含量 Ca（OH）2≥90%

（3）游離 H2O≤1%

（4）平均粒度：≥200目

（5）比表面積≥15m2/g

（6）MgO≤1.5%

1.3 脫硫系統組成

（1）儲存系統。根據熱源廠實際情況，本方案利用原有四座脫硫劑儲料倉，儲料倉每個容積60m3，總容積為240m3，可滿足4臺鍋爐滿負荷，連續運行一天的最大需要量（按煤含硫量1.0%計算）。儲料倉設置一條連接脫硫劑罐車的進料管道，由一層延伸至儲料倉頂部，為了消除在進料過程中多余的空氣從料倉頂部排入大氣產生的污染，在排氣口設置布袋除塵器，除塵效率≥99.8%，確保排出空氣的含塵濃度達到排放標準并在儲料倉頂部安裝有料位觀察孔，以觀察儲料倉內消石灰存量及下料情況。為了保證脫硫劑下料均勻順暢，每個下料錐斗都安裝有流化裝置。

儲存系統主要由：消石灰儲存倉、流化裝置、布袋除塵器、料位觀察孔，氣動閥門等設備組成。

（2）輸送系統。儲料倉底部設置下料錐斗，每個下料錐斗連接一套連續輸送設備，每套輸送設備分別對應一臺鍋爐，消石灰從儲料倉通過給料裝置連續而均勻的由輸送機輸送至爐膛內。輸送系統主要由：變頻給料閥、輸送機、閥門等設備組成，見圖1。

圖1 消石灰連續輸送設備

（3）壓縮空氣系統。儲料倉流化用的壓縮空氣取自熱源廠空壓機站儲氣罐。

氣源品質要求應滿足下列要求：

壓力：0.5～0.7MPa

含油量＜1ppm

壓力露點：-20℃

為保證消石灰以硫化狀態從儲料倉順暢的進入連續輸送設備，必須供給滿足一定壓力的壓縮空氣進入流化裝置，確保消石灰形成流化狀。

（4）控制系統。每臺鍋爐的脫硫設施各配套一套電器控制柜進行控制。

2 工藝原理

消石灰（Ca（OH）2）具有比表面大（一般可達 15m2/g以上）是石灰石的2倍左右，能夠與SO2充分、迅速反應，不會有殘留[1]，分解溫度低等特點，在鍋爐爐膛運行溫度850～900℃時，采用消石灰進行脫硫，能達到較高的脫硫率。

消石灰分解與SO2反應式：

3 鍋爐內加消石灰與傳統加石灰石脫硫的比較

循環流化床鍋爐爐內加鈣脫硫通常是采用石灰石干法脫硫來實現的，即將爐膛內的CaCO3，高溫煅燒分解成CaO與煙氣中的SO2發生反應生成CaSO4，隨爐渣排出，從而達到脫硫目的，石灰石脫硫過程主要分為以下三步：

（1）石灰石煅燒：在流化床鍋爐中，石灰石中的CaCO3遇熱煅燒分解為CaO，煅燒析出CO2時，會生成并擴大CaO中的孔隙，增加其表面積，為下部的固硫反應奠定基礎。反應方程：Ca-CO3═CaO+CO2

（2）硫的析出與氧化：煤中的硫主要以黃鐵礦、有機鹽和硫酸鹽三種形式存在，有關試驗證明，煤在加熱并燃燒時SO2的析出呈現明顯的階段性。黃鐵礦燃燒氧化后生成SO2。有機硫在200℃分解并釋放出H2S、硫醚、硫醇等，這些物質氧化后都生成SO2。反應方程為：S+O2═SO2

（3）硫的固化反應：CaO與析出的SO2反應生成硫酸鹽。反應方程

石灰石直接進鍋爐的停留時間很短，因此在硫氧化物脫硫過程中，必須要在較短的時間內進行煅燒、吸附和氧化三種不同的反應。涉及的反應有：

石灰石中含有碳酸鎂時還會發生下列反應：

快速煅燒過程：石灰石的比表面很小，細至500目的微粉，比表面也不到1m2/g。另一方面，新生CaO在高溫下又會發生燒結，出現晶粒變粗、比表面急劇下降的現象，脫硫效率急劇下降。

目前，國內許多大型燃煤電廠普遍在除塵裝置后安裝以石灰石—石膏法脫硫工藝為主。濕法脫硫一方面通過脫硫漿液的洗滌作用脫除煙氣中的部分PM2.5；另一方面，由于存在脫硫漿液霧化夾帶、脫硫產物結晶析出，又可能會形成PM2.5，使煙氣濕法脫硫后PM2.5排放濃度反而增加[2]。

4 結束語

（1）該技術工藝簡單、占地面積小，投資少，投資僅30萬元，比起爐后改造成石膏法脫硫2000萬～3000萬元的投資，節省2000多萬元。運行、維修費用低、系統操作簡單方便。

（2）裝置運行無廢水產生，脫硫灰可綜合利用，無二次污染。

（3）吸收劑為鈣基物料，資源分布廣泛，儲量豐富。

（4）能以合理的鈣硫比得到較高的脫硫率，適用范圍較廣，該脫硫技術應用在循環流化床鍋爐上脫硫率可達95%以上。

（5）適用于現役流化床鍋爐脫硫技術改造；既適用于燃中、低硫煤鍋爐煙氣脫硫，也可以用于燃高硫煤鍋爐煙氣脫硫。