循环流化床锅炉石灰石炉内脱硫影响因素研究

循环流化床锅炉石灰石炉内脱硫影响因素研究

刘艳栋

（神华亿利能源有限责任公司内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗亿利工业园区014300）

摘要：循环流化床锅炉石灰石炉内脱硫的原理是将锅炉炉膛内的CaCO3分解煅烧生成CaO与烟气中的SO2发生反应生成CaSO4后随炉渣排出，从而达到脱硫目的。起到去除烟气中的SO2的作用。目前使用最多的是石灰石和熟石灰。

关键词：石灰石；炉内脱硫法；影响因素

1炉内脱硫原理

循环流化床锅炉炉内脱硫是采用石灰石干法脱硫来实现的，即将炉膛内的CaCO3分解煅烧生成CaO与烟气中的SO2发生反应生成CaSO4随炉渣排出，从而达到脱硫目的石灰石脱硫过程。主要分为以下三步：

①CaCO3煅烧反应，在循环流化床锅炉中石灰石中的CaCO3遇热煅烧分解成为CaO与CO2，石灰石煅烧时析出CO2会扩大CaO中的孔隙，增加CaO的表面积，为下步的固硫反应奠定基础。反应方程式为：CaCO3=CaO+CO2

②硫的析出与氧化煤中的硫主要以黄铁矿、有机盐、和硫酸盐三种形式存在，有关试验表明煤在加热并燃烧时，SO2的析出呈现明显的阶段性。反应方程式为：S+O2=SO2

③硫的固化反应，CaO与析出的SO2反应生成硫酸盐。反应方程式为：CaO+SO2+1/2O2=CaSO4

2影响脱硫效率的因素：

1)床温对脱硫的影响

循化流化床锅炉中床温变化时会改变脱硫反应的速度、改变脱硫产物的结构分布及孔隙堵塞特性，从而影响脱硫效率。

当床温低于800℃时，石灰石孔隙数少，孔径小，反应速度低，而且SO2析出速度慢，所以脱硫效果差。当床温高于1000℃时，CaO的高温烧结迅速增强，使反应比表面积迅速减小，导致脱硫效率降低。循环流床锅炉床温应该选择在850℃--900℃比较合适。

2)CaS摩尔比对脱硫的影响

投入炉膛石灰石的数量通常用Ca/S摩尔比表示，既Ca/S摩尔比是指石灰石的注入量与SO2吸收量的摩尔比。在其他工况相同的情况下，随着Ca/S摩尔比的增加，脱硫效率增加，并且当Ca/S摩尔比小于2.5时，脱硫效率增加的很快，当继续增加Ca/S摩尔比时，脱硫效率将增加减慢。而且Ca/S摩尔比过高还会带来一些副作用。比如灰渣热物理损失增大、锅炉热效率下降、加大锅炉摩损、NOx排放浓度升高、尾部飞灰量增加、石灰石价格造成锅炉运行成本增加等。

在石灰石与煤中硫份反应的最终产物为CaSO4，由于CaO与SO2反应生成的一层致密的CaSO4薄层，会阻止SO2进一步与内部的CaO颗粒进行反应。致使内部大量的CaO无法利用。所以在燃烧脱硫过程中，石灰石的利用率较低，在实际运行中，Ca/S摩尔比一般再1.5--2.5之间。

3)石灰石入炉粒度对脱硫效率的影响

石灰石的粒径对脱硫效率也有较大的影响。理论上讲，石灰石越小炉内脱硫效果越好，因为减少石灰石的粒径，脱硫气固反应的表面积增大，微孔内的等效孔长度缩短，扩散阻力减小，从而提高反应面积，使脱硫效率提高。但石灰石并非越小越好，如果石灰石粒径太小会在炉膛内的停留时间很短，又很难被旋风分离器捕捉，随着烟气逃逸，导致石灰石用量增加，使石灰石得不到充分利用，影响了脱硫效率，并且增加尾部烟道的飞灰量，从而使除尘器负担加大。

石灰石的粒径过粗，将导致石灰石表面积减少，降低石灰石反应面积，使石灰石的利用率降低。同时使炉内床料变粗，加大循化流化床锅炉内设备的摩损。石灰石的粒径过粗，使床压升高，增加布风板的风量，并且增加冷渣器的出力，降低锅炉效率。

最佳的脱硫剂粒径分布与锅炉设计参数有关，一般在0-2mm属于比较合理的范围，平均为100-200um。

4)石灰石品质对脱硫效率的影响

石灰石品质对脱硫效率影响十分敏感，不同品质的石灰石反应性能差异很大，在CaCO3含量、晶体结构和孔隙特征上也有所不同。一般我们应该选择CaO含量高且煅烧后孔隙结构较好的石灰石作为脱硫剂。较好的孔隙结构时煅烧后脱硫剂内部大孔与小孔匹配合理，既有小孔使脱硫反应的表面积较大，初始反应速度较大，又有大孔使气体扩散阻力较小，扩散反应速度较大。人工脱硫剂由于在其中加入了活化剂，通过对天然物料进行破碎后再加入粘结剂制成颗粒状结构，因此其孔隙率和表面积大大增加，同时还减少细颗粒的扬析，提高了脱硫效率。

5)煤种特性对脱硫的影响：

循环流化床锅炉炉内脱硫效率的高低直接取决于煤中含硫量的高低。一般来讲燃煤中含硫量越高，脱硫效率就越高，但这并不代表SO2排放浓度低。在燃用高硫煤时脱硫效率能达到90%甚至更高，但S02排放浓度仍然不能达到国家排放标准的要求。

所以为了降低S02排放量首先选用低硫煤，当设计煤中确定后则必须通过提高脱硫效率来降低S02排放量。

6)石灰石给料方式对脱硫效率的影响

石灰石的给料方式可分为同点给入或异点给入，床上给入或床下给入；从给料方位与结构看，有前墙给入、前后墙给入、两侧墙给入和循环回路密封器给入等方式。给料方式对燃烧与SO2的排放都有较大的影响。

将石灰石与煤混合一起通过给煤口进入到炉膛内，这种投放方式虽然方法简单容易操作，但是有很大的弊端：煤中含有的外部水分与石灰石接触后使石灰石粉末结块，影响了它在炉内的煅烧效果，大大降低了石灰石孔隙面积，从而使石灰石的固硫能力受到很大限制。

将石灰石投给料方式设在二次风管道，通过压缩空气将石灰石通过二次风支管，随二次风一起进入炉膛。其优点是投放点分散均匀在炉膛内沸腾扰动强烈，反应速度快程度高，从而使脱硫效率提高，缺点是系统复杂，在运行中要注意保证压缩空气的压力与二次风压力的控制。

石灰石投给料方式设在返料器处，通过特设的风力管道输送系统将石灰石粉末送至返料器处，随床料一同进入炉膛。其优点是投放点分散均匀在炉膛内沸腾扰动强烈，反应速度快程度高，从而使脱硫效率提高，缺点是系统复杂，对循环流化床锅炉返料器影响大。

7)循环倍率的影响

循环倍率越大，脱硫效率越高，因为飞灰的再循环延长了石灰石再炉膛内的停留时间，提高了石灰石的利用率，尤其是对于那些较小的颗粒。由于硫酸盐化反应速度相对较慢，当反应三十分钟后，如果不考虑石灰石的磨损，其利用率较低，因此，延长石灰石再炉膛内部停留时间，可以提高石灰石的利用率。同时还可以减少氮氧化物的生成。提高循环倍率同时还提高了悬浮空间的颗粒浓度，使脱硫效率升高。但当循环倍率升高的一定值时，会使细颗粒逃逸的可能性增加。密相区颗粒浓度也可能减少。因此对循环流化床锅炉应该选择一个有利于脱硫的循环倍率范围。

8）风量的影响

循环流化床锅炉风量是通过一次风与二次风来进入炉膛的。一次风的主要作用为流化炉膛内床料，同时给炉膛下部密相区送入一定的氧量供燃料燃烧。二次风主要是补充炉膛内燃料燃烧的氧气并加强物料混合，并且适当调整炉膛内部温度厂的分布。由于石灰石的反应条件要求在氧化性气氛中，所以在运行中，尽量保证炉膛内部氧量充足，防止由于缺氧使石灰石处于还原性气氛中，影响脱硫效率。所以只要在氧化性气氛中，对炉膛内脱硫效率无大影响。

结论：

循环流化床锅炉在煤种已经定下的前提下通过调节运行床温、合理设置Ca/S摩尔比、控制石灰石粒度、保证石灰石品质、选择合适的给料方式等措施能够有效提高脱硫效率;达到国家对S02的排放标准要求。

参考文献：

［1］肖平.循环流化床锅炉的发展前景［J］.热力发电，2004，(01)

［2］路春美.程世庆.王永征.循环流化床锅炉设备与运行［J］.中国电力出版社，2003.