循環流化床(CFB)鍋爐是發展較快又得到廣泛應用的清潔燃燒技術，通過向爐內添加石灰石實現低SO2排放。通過控制爐膛溫度和分級燃燒，實現低NOx排放。由于CFB鍋爐能夠實現燃料的清潔燃燒，在世界范圍內得到快速發展。

　　摘 要: CFB鍋爐爐內脫硫效率的高低受到諸多因素的影響，包括石灰石粒度分布、石灰石中CaCO3 含量、入爐煤的發熱量和含硫量、鍋爐分離器的分離效率、鍋爐的運行參數(如床溫、總風量)等。通過石灰石的優選、鍋爐運行參數的調整和石灰石輸送系統的優化，能夠實現SO2的達標排放。某300MWCFB鍋爐機組通過CFB鍋爐爐內脫硫技術的應用脫硫效率達到98.9%，SO2排放值可控制在50mg/Nm3以下。

　　關鍵詞：建筑工程師職稱論文,CFB鍋爐,SO2,石灰石,脫硫

　　CFB鍋爐技術的一大優點是可以通過將石灰石粉直接噴入爐膛，實現爐內脫硫。因此，與常規煤粉鍋爐尾部煙氣脫硫(FGD)相比，脫硫系統相對簡單、系統運行穩定可靠，并且，運行和維護成本低。國內外的大量試驗研究及大型CFB鍋爐實爐運行結果均表明，CFB鍋爐通過向爐內添加石灰石脫硫，SO2排放濃度能夠滿足美國、歐盟、日本等發達國家地區和我國國家和地方的環保要求。

　　一、CFB鍋爐脫硫原理及影響脫硫效率的因素

　　(一)CFB鍋爐脫硫原理

　　CFB鍋爐通過向爐內直接添加脫硫劑來控制SO2排放，在流化床燃燒溫度下(通常為800～900℃)，投入爐內的石灰石首先在高溫條件下煅燒發生分解反應生成氧化鈣，然后氧化鈣、SO2和氧氣經過化學反應生成硫酸鈣，化學反應方程式為：

　　CaCO3→CaO+CO2 (+178 kJ/mol)

　　CaO+SO2+1/2O2→CaSO4 (-500 kJ/mol)

　　CFB鍋爐爐內脫硫效率受到諸多因素的影響。包括石灰石的脫硫反應活性、石灰石粒度分布、石灰石中CaCO3 含量、入爐煤的發熱量和含硫量、鍋爐分離器的分離效率和鍋爐的運行參數(如床溫、總風量)等。爐內脫硫效率直接影響石灰石消耗量，而石灰石輸送系統的可靠性和出力將直接影響鍋爐的脫硫效果。因此，為了達到較高脫硫效率，需要對相關因素進行控制、優化。而目前很多CFB鍋爐機組相關因素控制不合理，是其難以達到較高脫硫效率的根本原因。

　　(二)CFB鍋爐爐內脫硫效果的影響因素

　　國內外大量試驗研究及實爐運行結果均表明，通過爐內脫硫，CFB鍋爐可以達到較高脫硫效率(≥90%)，SO2排放也完全可以達到環保排放要求。但是，我國目前投運的相當部分大型CFB鍋爐，爐內脫硫效率較低，SO2排放不能滿足國家環保排放要求。

　　分析研究認為，造成這一狀況的原因并不是CFB鍋爐固有的技術缺陷，而主要是由于對影響CFB鍋爐脫硫效率的相關因素控制不當所致。概況起來，主要有四方面原因：脫硫用石灰石品質(包括反應活性和粒度分布等)差、鍋爐實際用煤的折算含硫量遠大于設計值、鍋爐運行參數不合理、石灰石輸送系統設備選型不匹配。

　　1.石灰石品質

　　(1)石灰石活性

　　脫硫石灰石吸收劑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。不同產地的石灰石在反應活性上有很大的差別。因此，需要用科學的方法對CFB鍋爐脫硫所采用的石灰石進行選型。

　　(2)石灰石粒度

　　石灰石的粒徑分布對爐內脫硫效率也有重要影響。如果粒徑過小，投入鍋爐的石灰石粉未經分離器捕集、一次通過鍋爐直接進入尾部煙道形成飛灰的份額較多，而這部分細石灰石粉由于與煙氣接觸的時間過短，利用率偏低;如果投入鍋爐的粒度過大，大部分石灰石不能參與循環，與高SO2濃度煙氣接觸時間與接觸比表面積均較小，而且由于CaO與SO2和O2反應生成的CaSO4體積大于CaCO3，會堵塞煙氣中SO2進入石灰石內部的通道，導致大部分石灰石未充分參與脫硫便從排渣口排出，使石灰石的利用率降低。因此，石灰石的最佳粒度分布應確保大部分石灰石顆粒能夠參與爐內循環，并經多次循環利用后隨煙氣或底渣排出爐膛。

　　2.入爐煤煤質

　　我國電廠在上項目時，不能對未來燃料市場做準確預測。鍋爐廠和設計院根據電廠提供的設計燃料和校核燃料完成鍋爐及其輔機的設計選型。但是，電廠建成投運后，燃用煤偏離設計值太多，導致鍋爐及其輔機選型不合適，不能滿足機組正常運行和環保排放要求。

　　此外，對于某一臺實際鍋爐來說總的熱負荷是基本確定的，因此決定SO2排放濃度的是單位發熱量下的含硫量。在煤含硫量不變的情況下，入爐煤發熱量降低折算硫份增加，也會使原設計的石灰石脫硫系統不能滿足脫硫要求。

　　3.CFB鍋爐運行參數

　　CFB鍋爐運行參數對脫硫效率也有很大影響，其中，床溫的影響最為顯著。綜合考慮灰渣的燃盡、SO2脫除以及NOx排放控制等因素，循環流化床鍋爐設計床溫一般選擇為850～900℃。但實際運行中，很多CFB鍋爐運行床溫偏離了設計值較多。如有的CFB鍋爐運行床溫已經接近1000℃。顯然，在此床溫情況下，實現高的脫硫效率較為困難。

　　4.石灰石輸送系統問題

　　目前，國內相當多的石灰石輸送系統在投運后逐漸暴露出系統出力不足、下料不暢、堵管、磨損及設備不可靠等問題。這些問題歸根到底是由系統設計時關鍵參數選擇不合理、局部結構設計缺陷、設備選型不合理等問題所致。

　　二、CFB鍋爐爐內脫硫技術工程應用

　　某300MW機組，鍋爐采用1025t/h CFB鍋爐，鍋爐配有兩套出力為15t/h的石灰石輸送系統。

　　(一)鍋爐參數

　　鍋爐為中間再熱自然循環汽包爐、露天布置。鍋爐主要參數如表1所示。

　　表1 CFB鍋爐主要參數

名稱	單位	參數
額定負荷	t/h	1025
過熱蒸汽壓力	MPa	17.4
過熱蒸汽溫度 飽和蒸汽溫度	℃ ℃	540 319
再熱器進口蒸汽壓力	MPa	3.817
再熱器出口蒸汽壓力	MPa	3.622
再熱器進口蒸汽溫度	℃	327.7
再熱器出口蒸汽溫度	℃	540
再熱蒸汽流量	t/h	839.222
給水溫度	℃	280.6
汽包壓力	MPa	18.773
空預器型式		管式空預器
排煙溫度(修正后)	℃	131

　　(二)該廠CFB鍋爐爐內高效脫硫技術應用現狀

　　1.入爐煤煤質

　　電廠燃用煤質與設計煤種的含硫量差距很大，設計煤種收到基含硫量為0.5%，現燃用煤種的收到基低位熱值約17 kJ/kg，平均收到基含硫量在1.26%左右，計算SO2原始排放濃度為3900mg/Nm3。

　　2.石灰石參數

　　表2 入廠石灰石現場取樣成分分析結果

名稱	符號	單位	數據
三氧化二鐵	Fe2O3	%	0.41
三氧化二鋁	Al2O3	%	1.44
氧化鈣	CaO	%	52.14
氧化鎂	MgO	%	2.01
二氧化鈦	TiO2	%	0.09
二氧化硅	SiO2	%	2.92
三氧化硫	SO3	%	0.07
氧化鉀	K2O	%	0.04
氧化鈉	Na2O	%	0.02
二氧化錳	MnO2	%	0.01
燒失量	/	%	37.92

　　石灰石粉粒徑d<1.143mm的占總量的90.4%;d<1.822mm的占總量的99.8%;中位徑384.0μm;綜合上述分析結果，入爐石灰石粒徑在合理的范圍內。

　　表3石灰石脫硫特性參數

反應時間 （min）	實測增重 （mg）	反應能力系數 k	CaO利用率 ηCaO（%）
60	13.06	59.82	17.11

　　綜合以上指標可以得出：石灰石的脫硫性好，脫硫反應最終可達程度高，且反應時間為60分鐘時，CaO利用率為中等。

　　(三)爐內脫硫系統

　　石灰石輸送系統采用一級輸送，石灰石粉庫下部布置兩套石灰石給料系統、兩套石灰石輸送系統、兩套石灰石吹堵系統。石灰石經給料系統給入輸送系統后，由高壓輸送風輸送至爐，經鍋爐的兩個回料閥進入爐膛。石灰石的輸送量根據煙氣中SO2的濃度進行自動調節，通過調整旋轉給料機的變頻電機轉速來實現。

　　石灰石輸送系統中，沿石灰石流動方向依次布置：高壓輸送風機、混合器、吹堵閥、主輸送管道、分配器、入爐氣動快關閥、回料閥進料口。從石灰石粉庫到旋轉給料機依次布置：石灰石粉庫、手動薄型閘閥、伸縮節、收料倉、收料倉進料圓頂閥、收料倉平衡閥、伸縮節、給料倉、倉給料倉進料圓頂閥、給料倉平衡閥和旋轉給料機。石灰石輸送系統如圖1所示。

　　圖 1石灰石輸送系統運行畫面

　　旋轉給料機出口的石灰石粉與來自于壓縮空氣系統的高壓風在混合器內混合后，進入石灰石輸送管路，經分配器二分為四后進入爐后回料閥并與循環灰共同進入鍋爐，經煅燒分解、與爐膛中的二氧化硫反應實現固硫作用。

　　(四)爐內脫硫系統脫硫特性試驗

　　1.工況描述

　　2013年2月該鍋爐脫硫特性試驗，通過調整Ca/S脫硫試驗，研究鈣硫比變化對于脫硫效率的影響。

　　試驗期間鍋爐平均負荷890t/h，給煤量為175t/h，通過改變石灰石給料量調整Ca/S，床溫890℃。試驗儀器如表4所示。

　　表4 試驗儀器儀表

名稱	產地	規格型號
采樣探頭	德國	M+C PSP4000-H-C-T
伴熱管線	德國	M+C Type 4
前處理箱	德國	M+C PSS-10
氧分析儀	德國	M+C PMA 10
SO2分析儀	德國	NGA2000-MLT4

　　試驗進行前對煙氣分析儀進行標定。

　　2.試驗結果

　　試驗結果如表5和圖2所示。

　　表5 脫硫試驗數據記錄

時間	SO2排放值 （mg/Nm3）	O2（%）	床溫 （℃）
17:00	68.36	4.5	894.4
17:10	72.09	4.5	895.6
17:20	72.24	4.7	893.2
17:30	72.35	4.6	893.9
17:40	65.06	4.7	892.4
17:50	52.22	4.8	892.1
18:00	42.61	4.7	892.3
18:30	48.20	4.63	890.7
18:40	58.35	4.6	891.8
18:50	37.02	4.59	891.9
19:00	20.39	4.79	891.6
19:10	23.51	4.92	889.8
19:20	14.28	4.85	889.9
19:30	32.33	4.82	888.8
20:00	25.94	4.9	889.4
20:10	20.54	4.85	886.6
20:20	15.74	4.89	888.4
20:30	6.66	5	887
20:40	2.01	4.25	889.4
20:50	2.01	4.25	889.5
21:00	1.82	4.08	890.5

　　圖2 SO2排放值Ca/S變化趨勢圖

　　由入爐煤煤質分析和石灰石成分分析結果計算得出：鈣硫摩爾比分別為2.37、3.09和3.66。

　　脫硫效率計算：η=Crawgas-CcleangasCrawgas×100=3900-42.33900×100=98.9

　　式中，η—脫硫效率，%;

　　Crawgas—原煙氣在標準狀態下煙氣過量空氣系數為1.4時的SO2濃度;

　　Ccleangas—凈煙氣在標準狀態下煙氣過量空氣系數為1.4時的SO2濃度。

　　試驗結果表明，該CFB鍋爐爐內高效脫硫技術應用達到了預期的目標。

　　三、結論

　　CFB鍋爐采用爐內噴鈣的脫硫方式，通過石灰石的優選、鍋爐運行參數的調整和石灰石輸送系統的優化，能夠實現SO2的達標排放;該電廠CFB鍋爐爐內高效脫硫技術的應用，實現了SO2的達標排放，SO2排放值低于50mg/Nm3，脫硫效率達到98.9%。

　　參考文獻：

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