循環(huán)流化床鍋爐SO2 濃度影響因素分析與優(yōu)化研究

崔夢柯

（山西潞安煤基合成油有限公司，山西 長治 046100）

引言

本文研究內(nèi)容主要是基于山西某公司2×1 165 t/h循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行情況進(jìn)行開展的，該鍋爐是一種汽包爐，其主要特點(diǎn)就是亞臨界，并且可以進(jìn)行自然循環(huán)。整體為封閉式，通風(fēng)效果好，渣料固排，鍋爐頂部采用密封罩殼進(jìn)行密封處理。煙氣脫硫除塵島在進(jìn)行工作的時候主要采取的工藝為LJD 半干法脫硫除塵一體化工藝，該工藝是由某脫硫脫硝公司進(jìn)行研發(fā)設(shè)計(jì)的，其主要特點(diǎn)就是工作高效。在對煙氣進(jìn)行處理的時候其主要的操作步驟為：首先在鍋爐內(nèi)部進(jìn)行干法脫硫，然后進(jìn)行除塵操作，其采用方式主要是靜電除塵，煙氣經(jīng)過進(jìn)一步循環(huán)到達(dá)流化床半干法脫硫塔進(jìn)行進(jìn)一步的脫硫處理，然后進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)行進(jìn)一步的除塵處理，最后通過引風(fēng)機(jī)和煙囪完成全部操作。為了保證進(jìn)行脫硫之后的煙氣能夠達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，在對其進(jìn)行脫硫處理的時候采用二級煙氣脫硫除塵操作。在爐內(nèi)進(jìn)行脫硫操作之后煙氣的合格率高達(dá)80%，這種設(shè)計(jì)能滿足兩種不同的工況，分別是爐內(nèi)脫硫與不脫硫。而在外部進(jìn)行脫硫操作的合格率達(dá)到了90%，這主要是由于脫硫操作在爐外進(jìn)行的時候主要采用的裝置是半干法脫硫除塵一體化裝置，除了該裝置之外，還有與之匹配的脫硫除塵島，其與鍋爐兩者之間為串聯(lián)，布置位置在鍋爐后邊。在進(jìn)行處理的時候需要對石灰石礦粉的用量進(jìn)行設(shè)計(jì)，其具體結(jié)果是由燃料量以及尾部SO2的用量進(jìn)行分析得到的，礦粉的用量主要是通過對給料閥的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)的，這種旋轉(zhuǎn)控制是采用變頻調(diào)節(jié)來進(jìn)行的。一般情況下其Ca、S 摩爾比值在一定范圍內(nèi)，該范圍為1.26，但是由于上述儀器在使用過程中會存在一定的損耗，導(dǎo)致上述比值增加，高達(dá)5 以上。

1 脫硫反應(yīng)原理

1.1 爐內(nèi)干法脫硫原理

本廠循環(huán)流化床鍋爐在進(jìn)行工作的時候，其內(nèi)部密相區(qū)的溫度很高，在一般情況下可以達(dá)到770～990 ℃。石灰石粉在進(jìn)行傳輸?shù)臅r候沒有經(jīng)過壓縮空氣氣力時是會被送入爐膛進(jìn)而到達(dá)密相區(qū)，進(jìn)行傳輸時主要經(jīng)過的通道為4 個石灰石口，這種石粉顆粒較小，最大不過0.25 mm。當(dāng)石粉進(jìn)入爐膛的時候是通過氣力進(jìn)入的時候，其密相區(qū)內(nèi)部存在很多的高溫物料，在石灰石粉進(jìn)入的一瞬間將其裹住，由于其主要材料是碳酸鈣，在這種情況下，經(jīng)過高溫的處理，其就會進(jìn)行分解，之后變?yōu)樯已趸}以及CO2，在進(jìn)行反應(yīng)的時候顆粒的體積變小，內(nèi)部間隙變大，這就使其與SO2的接觸面積進(jìn)一步變大，這就是脫硫效率高的主要原因。對于鈣來說，后者的體積大于前者的體積，所以在CaO 外部的孔洞就極易被硫酸鈣黏附，進(jìn)而形成堵塞，這也就導(dǎo)致CaO 的很多表面不能再繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，這就致使CaSO4里面的CaO 和外部的SO2兩者之間不能及時產(chǎn)生反應(yīng)，導(dǎo)致脫硫不徹底，為了完成工作就需要大量的石灰石來進(jìn)行反應(yīng)，增加了成本。具體反應(yīng)見式（1）、式（2）：

1.2 爐外半干法脫硫原理

在進(jìn)行脫硫處理時主要是通過對吸收劑用量的控制來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，也就是對供料器的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，進(jìn)而控制SO2排放濃度，該用量的選擇主要取決于煙氣流量和排放出來的SO2濃度兩者之間的關(guān)系。為了保證消石灰和SO2兩者之間能夠進(jìn)行反應(yīng)，就需要將塔內(nèi)的溫度進(jìn)行降低，主要采取的方法是噴水。進(jìn)行這一操作的脫硫技術(shù)的主要過程就是CaSO4、灰塵以及布袋這三者之間構(gòu)成一個穩(wěn)定的關(guān)系，稱之為循環(huán)灰，當(dāng)積累達(dá)到一定程度時，就將其排出，主要的通道就是脫硫塔底部灰斗。

1）生石灰與水的水解反應(yīng)見[式（3）]：

2）SO2被液滴吸收[見式（4）]：

3）Ca（OH）2和H2SO 的反應(yīng)[見式（5）]：

4）部分CaSO3·1/2H2O 氧化反應(yīng)[見式（6）]：

5）其他反應(yīng)[見式（7）]：

2 燃料特性

該公司2×1 165 t/h 燃煤的來源主要是周邊煤礦，它的主要組成部分為2 個，分別是低熱值煙煤及矸石，對其煤質(zhì)工業(yè)進(jìn)行一定的材料分析，其結(jié)果見表1。

表1 煤質(zhì)工業(yè)分析

3 試驗(yàn)因素分析

本文進(jìn)行分析的各類數(shù)據(jù)主要以該公司2×1165 t/h 提供數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。鍋爐內(nèi)部在進(jìn)行脫硫的時候主要采用的方法是向內(nèi)部噴石灰石粉進(jìn)行脫硫處理，該方法為干法脫硫方式，爐外部進(jìn)行脫硫的時候主要采用的方式為兩種，分別是噴消石灰和水半干法脫硫方式。

3.1 過量空氣系數(shù)對SO2 的影響

本試驗(yàn)中對于過量空氣系數(shù)的選擇主要是通過對二次風(fēng)量進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)的，它的負(fù)荷的數(shù)據(jù)為165 MW，一次流化以及返料的風(fēng)量的相關(guān)數(shù)據(jù)分別為300 000 m3/h 和10 700 m3/h 左右，床溫大概是在850 ℃左右，內(nèi)部的石灰石和消石灰的排量分別是5 t/h 和0 t/h，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 過量空氣系數(shù)對SO2 的影響

由圖1 可知，SO2在進(jìn)入脫硫塔的時候，進(jìn)入入口的質(zhì)量濃度變化比較明顯，是增加的趨勢，當(dāng)過量空氣系數(shù)到1.15 時濃度最大，其范圍一般是1.12～1.14，在后面隨著該數(shù)值的變大，出口處的SO2的濃度不再增加，而是緩慢下降。在進(jìn)行燃燒時如果氧氣濃度比較低，S 的存在形式主要是H2S，該物質(zhì)對內(nèi)部金屬腐蝕較大。當(dāng)機(jī)組在運(yùn)行時負(fù)荷較大，此時的系數(shù)應(yīng)比1.15 大。

3.2 一次流化風(fēng)量對SO2 的影響

本試驗(yàn)對于SO2的用量主要是通過對一次流化風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)的，上述各個數(shù)據(jù)基本不變，但是床壓相比之下比較低，其變化不大。試驗(yàn)結(jié)果如圖2 所示。

圖2 一次流化風(fēng)量數(shù)對SO2 質(zhì)量濃度的影響

根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析之后可以得到，當(dāng)其他因素變化不大時，如果一次流化風(fēng)量的數(shù)據(jù)為285 000 m3/h，那么在入口處的SO2濃度就是極其小的，并且該濃度會隨風(fēng)量變大或變小而變化，當(dāng)該濃度比較低時，爐膛內(nèi)部的SO2較多，就會影響爐膛的流化。當(dāng)風(fēng)量比較大時，SO2的濃度變化比較快，且呈現(xiàn)增加的趨勢。對于在內(nèi)部脫硫，其效率會隨流化速度變大而變小。因此需要對其進(jìn)行一定程度的改進(jìn)，在進(jìn)行灰循環(huán)的時候，由于管路較遠(yuǎn)，就導(dǎo)致管路中的回灰量變少，并不能實(shí)現(xiàn)節(jié)約。

3.3 床溫對SO2 的影響（見表2）

表2 床溫對SO2 的影響

本試驗(yàn)對一次流化和返料風(fēng)量的選擇分別為310 000 m3/h 和10 800 m3/h，系數(shù)選在1.13 左右，消石灰的投放量為0 t/h。

由此可見，當(dāng)鍋爐溫度在850～900 ℃時，內(nèi)部的SO2與CaO 之間反應(yīng)較大，在進(jìn)行排放時濃度最低。但是當(dāng)床溫大于870 ℃，脫硫效率會被影響，所以在負(fù)荷比較低時，應(yīng)調(diào)整風(fēng)煤比提高床溫；當(dāng)負(fù)荷比較大時就需要將床壓和一、二次風(fēng)配比進(jìn)行一定程度的控制，并對密相區(qū)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。為控制成本，需要對其進(jìn)行一定的改進(jìn)，主要是將爐前石灰石改為爐后，進(jìn)而進(jìn)行運(yùn)輸。

4 結(jié)語

1）脫硫率最大時對于過量空氣系數(shù)的選擇，其數(shù)值選擇范圍為1.14～1.15，對于一次流化風(fēng)的數(shù)據(jù)選擇是285 000 m3/h，也就是說此時的反應(yīng)效果最好。

2）爐外進(jìn)行處理時，沒有消石灰的情況下也能達(dá)標(biāo)，就說明僅有一定量的石粉參與反應(yīng)，隨煙氣排出外部，在內(nèi)部未真正參與脫硫處理。

3）為了使煤粉流化，一般對于一次流化的風(fēng)量在進(jìn)行選擇時取值都很大，導(dǎo)致石灰石排出較快，未真正參與反應(yīng)。因此，鍋爐內(nèi)部脫硫不徹底，且有大量石灰石排出，改進(jìn)方法如下：減小循環(huán)流化床鍋爐布風(fēng)板的面積，使內(nèi)循環(huán)效果變大，使石灰石粉能夠在爐內(nèi)停留更長的時間；減少進(jìn)入時的氣壓或在排出的位置添加裝置風(fēng)帽，石粉能夠在爐膛內(nèi)部停留更多的時間。