提高循环流化床锅炉炉内脱硫效率的技术探讨_高新宇.pdf

第 39 卷第 4 期电站系统工程Vol.39 No.42023 年 7 月PowerSystemEngineering29文章编号：1005-006X(2023)04-0029-02提高循环流化床锅炉炉内脱硫效率的技术探讨高新宇1,3张鑫2王刚11.哈尔滨锅炉厂有限责任公司，2.抚顺矿业中机热电有限责任公司，3.高效清洁燃煤电站锅炉国家重点实验室（哈尔滨锅炉厂有限责任公司）摘要：石灰石在 850900 的温度范围内可充分发生煅烧和脱硫反应，循环流化床锅炉炉膛内燃烧温度与石灰石脱硫温度契合，可在炉内形成脱硫反应，达到廉价脱硫的目的。循环流化床锅炉炉内脱硫反应与床温控制、石灰石粒径、石灰石给入均匀性、反应时间等因素有关。分析了循环流化床锅炉炉内脱硫效率的影响因素，论述了提高炉内脱硫效率的关键技术。关键词：循环流化床锅炉；脱硫效率；粒径中图分类号：X701文献标识码：BTechnical Discussion on Improving Desulfurization in Circulating Fluidized Bed BoilerGAO Xin-yu1,3,ZHANG Xin2,WANG Gang11.Harbin Boiler Co.,Ltd.,2.Fushun Mining Zhongji Thermal Power Co.,Ltd.，3.State key laboratory of Efficient and Clean Coal-Fired Utility Boiler(Harbin Boiler Co.,Ltd.)Abstract：Limestone can be fully calcined and desulfurized in the temperature range of 850-900.The combustiontemperature in the furnace of circulating fluidized bed boiler is consistent with the desulfurization temperature oflimestone,and the desulfurization reaction can be formed in the furnace to achieve the purpose of cheap desulfurization.Desulfurization reaction in circulating fluidized bed boiler is related to bed temperature control,limestone particle size,limestone feeding uniformity,reaction time and other factors.The influencing factors of desulfurization efficiency in thefurnace of circulating fluidized bed boiler is analyzed,and discusses the key technologies to improve the desulfurizationefficiency in the furnace.Key words:circulating fluidized bed boiler;desulfurization efficiency;particle size典型的循环流化床锅炉的床层温度处在 850900 之间1，此温度是决定石灰石是否能够充分焙烧、分解，生成氧化钙的关键。在炉内烟气条件下，石灰石作为主要的脱硫剂，与煤燃烧生成的二氧化硫发生盐化反应，烟气中的二氧化硫被固化，形成的最终产物以固态形式通过底渣或飞灰排出锅炉，这也是循环流化床锅炉的廉价脱硫优势。通过对炉内脱硫技术的优化，在循环流化床锅炉中可实现的脱硫效率可高达 90%95%。国家最新颁布的GB13223-2011 火电厂大气污染物排放标准 对 SO2排放限值做了更加严格的规定：对于新建燃煤机组，除广西壮族自治区、重庆市、四川省、贵州省执行200 mg/Nm3排放限值外，其余大部分地区执行 100mg/Nm3的排放限值，重点地区执行 50 mg/Nm3的排放限值。因此，对于国内绝大部分地区新建流化床锅炉应采用炉内喷钙脱硫与炉外脱硫结合的方式，以满足现行的国家环保标准。炉内脱硫可以减少约90%的原始排放，可以大大降低烟气酸露点温度，减少尾部低温受热面的腐蚀，同时减少炉外脱硫的投资成本。收稿日期：2022-06-01高新宇(1974-)，男，硕士研究生，高级工程师。黑龙江哈尔滨，1500461循环流化床锅炉炉内石灰石脱硫过程碳酸钙与二氧化硫在炉内燃烧气氛下的化学反应式如下：CaCO3CaO+CO2(1)2CaO+2SO2+O22CaSO4(2)石灰石经过高温煅烧，使碳酸钙中的二氧化碳气态逸出，固体形成多微孔结构的石灰石（CaO），烟气中 SO2和 O2经过复杂的扩散作用，进入石灰石内部微孔结构，在 CaO 微孔表面发生反应非催化气固反应生成 CaSO4。循环流化床锅炉所具有的技术特点，决定了采用炉内喷石灰石廉价脱硫的可行性。高效旋风分离器的应用，可实现对小直径石灰石粒子的捕捉，增加了小粒径石灰石在炉内停留、反应的时间；炉内较大的存料量和床层间粒子强烈的混合、碰撞，能磨蚀石灰石颗粒表面包裹的脱硫反应的生成物CaSO4形成的隔离层，形成新鲜的 CaO 表面，从而提高了石灰石的利用效率。此外循环流化床锅炉的内、外循环回路都处在 850900 的温度范围内，此温度恰恰是石灰石煅烧和脱硫反应的最佳温度窗口，上述条件对获得较高的脱硫效率均产生积极的30电站系统工程2023 年第 39 卷促进作用。2提高炉内脱硫效率的措施通过对流化床锅炉脱硫特性研究以及实际运行工况的总结，对影响炉内脱硫的关键性因素进行分析。(1)石灰石给入均匀性由于循环流化床锅炉底部密相区为湍流区，床层间的粒子不断运动并完成传热、传质，因此一般认为在炉膛截面烟气中的 SO2是大致均匀分布的，对入炉的石灰石的也提出了均匀性的要求。流化床锅炉石灰石给入位置主要有给煤口、二次风口和返料腿。大块石灰石可通过给煤口给入，由于采用的是机械式混合，到煤与石灰石混合的均匀性较低，仅在炉内脱硫效率要求较低时可用。石灰石粉从二次风口给入方式，通过二次风的播散，可提高石灰石给入的均匀性，在二次风的播散效果下，石灰石可以与烟气充分接触，从而达到较高的脱硫效率。回料腿的给入方式，石灰石在回料腿内与返料灰混合，与返料灰同时进入炉膛被充分地播散开，达到好的播散均匀性和高的脱硫效率。(2)石灰石粒径石灰石粒径对 CFB 锅炉炉内脱硫效率的影响主要分为两个方面：从物料平衡看，不同粒径石灰石颗粒在炉膛内的存量和停留时间有明显差异；从化学反应来看，不同粒径石灰石对脱硫反应的程度存在很大差异。一般来说，粒径越小，石灰石煅烧后的孔隙更丰富，比表面积更大，在脱硫反应初期也就具有更高的反应速率。众多试验和工程应用表明，石灰石粒径越细，循环流化床锅炉炉内的脱硫效率越高。但是过小的石灰石粒径，会造成较大石灰石逃逸，即未反应的石灰石无法经由分离器捕捉现实石灰石的重复利用，石灰石在炉内停留时间短，这对于炉内脱硫是不利的。(3)分离器效率等外循环参数石灰石细颗粒在炉内停留、反应的时间长短是影响炉内脱硫效率及脱硫剂耗量的另一个关键性因素。宽筛分的石灰石粉本身包含一部分细粒子，同时大颗粒的石灰石在反应过程中发生碰撞、磨蚀也会产生一部分细粒子。这部分细粒子对于脱硫反应具有非常大的影响。分离器作为保证循环流化床锅炉外循环性能和循环流化床锅炉正常稳定运行的关键部件，具有十分重要的作用。分离器效率越高，可以将更多、更细的含有石灰石的循环物料捕捉下来送回锅炉炉膛内，进行反复燃烧和反应。分离器效率越高，细颗粒石灰石的炉内停留时间也会大幅度增加，而细颗粒与粗颗粒相比也具有更高的脱硫反应活性，从而提高循环流化床锅炉炉内脱硫反应效率。(4)锅炉床温无论是在试验台还是在大量投运的工程应用中，都发现随着床温的升高，炉内的脱硫效率呈现先升高后降低的趋势，850 左右为最优值。一般认为床温低于 800 时，石灰石煅烧反应和 CaO 固硫反应速度明显降低，导致脱硫效率降低。图 1CFB 锅炉脱硫效率与床温的关系(5)钙硫摩尔比钙硫摩尔比（Ca/S）能够较为直观反映石灰石作为脱硫剂使用数量和利用效率，也是衡量炉内脱硫效果的关键表征量之一。在其他反应条件一定的情况下，Ca/S 越大，石灰石反应物浓度越高，脱硫剂与烟气中 SO2接触越充分，脱硫效率越高。图 2Ca/S 与脱硫效率的关系3结论本文对影响循环流化床锅炉干法炉内脱硫的条件、因素进行探讨，为炉内脱硫的设计提供有益的建议。参考文献1张缦,岳光溪.循环流化床燃烧技术M.