论文部分内容阅读
摘 要：本文以沧州大化聚海公司在循环流化床锅炉脱硫方面展开的有益探索和成功经验为依据，对循环流化床锅炉脱硫原理及脱硫工艺进行了分析、探讨。 从而对循环流化床锅炉脱硫系统的设计、运行起到一定的借鉴意义。
关键词：循环流化床锅炉 石灰石 脱硫
一、前言
二氧化硫和氮氧化物是锅炉大气污染的两种主要排放物。它们对人类健康和生态环境的有较大危害是，所以锅炉烟气在排入大气前必须进行脱硫。循环流化床锅炉是一种国际公认的洁净煤燃烧技术，以其燃料适应性广、脱硫效果好、NOx排放量低、负荷调节性能好等优点在我国发展迅速，并且适用炉内脱硫。
二、设备概况
沧州大化聚海公司两台锅炉为济南锅炉厂制造的YG-90/3.82-M型循环流化床锅炉，石灰石脱硫设备包括1个石灰粉仓、2个缓冲料仓、2台罗茨风机、2个旋转变频给料阀、2个加速室及石灰石输送管道、仪表等组成。
三、流程简介
石灰石粉由气力输送槽车送入石灰石仓，然后流入缓冲料仓，并经旋转变频给料阀调量后进入加速室，加速室的动力风是由罗茨风机加压提供，流化后的石灰石粉送入炉膛参与炉内脱硫与循环，通过烟气在线装置检测SO2含量，来调节给料阀转速，从而控制石灰石给料量。
四、设计燃料、脱硫剂石灰石及其它有关设计参数
1.原料煤质分析：固定碳45.27%；硫份含量为0.7%。
2.碳酸钙：98.8%
3.锅炉主要性能资料 ：锅炉设计热效率≥86%；床温850～950 ℃ ； 钙硫比 1.5～2.5；脱硫效率≥90 %脱硫剂粒度0～2 mm。
五、循环流化床锅炉脱硫工艺原理
1.脱硫机理及排放机理
不同煤种的煤含硫差异很大，一般都在0.1～10%之间，并以三种形式存在于煤中，即黄铁矿硫、有机硫和硫酸盐硫，其中黄铁矿硫和有机矿硫是燃煤中SO2生成的主要来源。
1.1SO2的固定
所谓SO2的固定是指将SO2由气态转入固态化合物中，从而能达到脱除SO2的目的，循环流化床采用向炉内添加石灰石颗粒的方法来脱除SO2。
石灰石加入炉内后，首先发生煅烧反应：
CaCO3== CaO+CO2-183KJ/mol
生成的CaO进一步与SO2反应，生成相对惰性和稳定的CaSO4固体反应的第二途径，即经过SO3的反应，只是在重金属盐作为催化剂时才发生反应。
2.石灰石的有效利用
将实际使用的石灰石中Ca摩尔数与煤中需要脱除S的摩尔数之比，称为钙硫摩尔比，用Ca/S表示。钙硫摩尔比越高，石灰石的利用率越低。
影响石灰石有效利用的一个重要因素是由于CaSO4生成后形成一层外壳，阻止了CaO与SO2的进一步反应。在煅烧反应时随着CO2的析出，吸收剂内部形成了许多孔隙，SO2会通过这些孔隙进到吸收剂内部与CaO反应。1摩尔CaO反应将生成1摩尔CaSO2，由于1摩尔CaO的体积为36.9cm3，而1摩尔CaSO4的体积为55.2cm3，因此CaO反应生成CaSO4后体积是膨胀的。在吸收剂内部有机会与SO2完全反应之前。吸收剂的孔隙及孔隙入口已经由于产物体积增大而被堵塞，使吸收剂表面形成一层CaSO4壳，阻止SO2继续与氧化碳反应，吸收剂只有一部分得到了利用。
在循环流化床锅炉中加入石灰石以后，由于旋风分离器的分离作用，吸收剂在床内反复循环利用，因此石灰石的粒度很细，从而有效地增加了吸收剂与SO2地接触面，同时生成的CaSO4保护膜也因为在床内不断磨损而不断剥离。使未反应的CaO继续与SO2反应，因此在循环流化床中，加入石灰石作为脱硫剂时，石灰石的利用率大大提高了。
3.影响脱硫效率的因素
3.1吸收剂的反应活性
吸收剂的反应活性简单地来讲，是指吸收剂与SO2进行表面化学反应地难易程度，因此在选择脱硫剂时，应对其化学反应性能进行分析，尽可能选取高反应活性的石灰石，以降低 Ca/S摩尔比。
3.2床温
硫酸盐化的反应速度一开始随温度升高而升高，在800～900℃时达到最佳值，之后随温度升高，反应速度开始下降，我公司锅炉运行平均床温为860℃，较好地满足了温度的要求。
3.3气相停留时间及炉膛高度
SO2在炉内停留时间越长，与吸收剂的接触时间越长，越有利于SO2的脱除。但硫酸盐化反应的速度取决于SO2的浓度，因此循环流化床增加炉膛高度以延长SO2停留时间对脱硫效果的促进作用是按指数衰减的。一般循环流化床内脱硫反应主要发生在炉膛内二次风以下的区域。为达到90%的脱硫效率，随气体停留时间的延长Ca/S下降很快，但随着停留时间的延长，其促进作用就逐渐减慢了。在实际循环流化床炉膛内，气体停留时间已经很长（2～5S），继续提高炉膛高度对脱硫效果的改善作用很小。
3.4固体停留时间、石灰石粒度及旋风分离器效率
由于吸收剂的硫酸盐化速度较慢，固体物料在循环流化床循环系统中停留时间对脱硫性能影响极大，停留时间越长转化为CaSO4的程度也越大，但存在一个最大硫酸盐化程度。固体颗粒的停留时间与固体颗粒的粒径及旋风分离器的工作性能密切相关，颗粒越细则表面积越大，吸收剂的可利用率越高。但如果太细，以至超过了分离器的分离粒径，则吸收剂的利用会因停留时间太短而降低，因此吸收剂粒径的选择应在保证能被分离的条件下尽可能的细，循环流化床中一般采用100～300μm的石灰石粉，我公司石灰石粉平均粒径为150μm，经检验效果很好。
3.5钙硫比的影响
通过实际运行显示，在Ca/S为1.5～2.5时，能够保证脱硫效率在90%以上，将SO2排放有效控制在100～300mg/m3。
3.6循环倍率的影响脱硫剂在脱硫反应中只有部分被利用，对于循环流化床锅炉随着循环倍率的增加，石灰石在床内的停留时间加长，增加了反应时间，提高了石灰石的利用效率，从而提高了脱硫效率。
六、结论
1.我公司石灰石系统自2009年8月份开始投运以来。在锅炉40～65%负荷下（工艺需要），燃烧实际煤种（保持Ca/S=2）时，平均每小时耗石灰石0.5吨左右。SO2排放量由未脱硫时的1500mg/m3降到150 mg/m3以下，脱硫效率达到90%以上。
2.经过调整试运，石灰石系统各设备运行基本稳定，各主要运行参数及指标都达到了设计要求，能够满足环保要求。
3.通过调试，发现并解决了系统及设备在设计、制造和安装中存在的问题和隐患，整定了运行数据，掌握了系统的运行方法，锅炉的脱硫效果良好，从而减轻了锅炉对环境的污染。
参考文献
[1]王亚芬 张显奎 《循环流化床锅炉的脱硫、胶氮》--《应用能源技术》2001 年02期.
[2]王振林 杨豹《石灰石颗粒在循环流化床锅炉中作用》--《苏盐科技》2012 年02期.
关键词：循环流化床锅炉 石灰石 脱硫
一、前言
二氧化硫和氮氧化物是锅炉大气污染的两种主要排放物。它们对人类健康和生态环境的有较大危害是，所以锅炉烟气在排入大气前必须进行脱硫。循环流化床锅炉是一种国际公认的洁净煤燃烧技术，以其燃料适应性广、脱硫效果好、NOx排放量低、负荷调节性能好等优点在我国发展迅速，并且适用炉内脱硫。
二、设备概况
沧州大化聚海公司两台锅炉为济南锅炉厂制造的YG-90/3.82-M型循环流化床锅炉，石灰石脱硫设备包括1个石灰粉仓、2个缓冲料仓、2台罗茨风机、2个旋转变频给料阀、2个加速室及石灰石输送管道、仪表等组成。
三、流程简介
石灰石粉由气力输送槽车送入石灰石仓，然后流入缓冲料仓，并经旋转变频给料阀调量后进入加速室，加速室的动力风是由罗茨风机加压提供，流化后的石灰石粉送入炉膛参与炉内脱硫与循环，通过烟气在线装置检测SO2含量，来调节给料阀转速，从而控制石灰石给料量。
四、设计燃料、脱硫剂石灰石及其它有关设计参数
1.原料煤质分析：固定碳45.27%；硫份含量为0.7%。
2.碳酸钙：98.8%
3.锅炉主要性能资料 ：锅炉设计热效率≥86%；床温850～950 ℃ ； 钙硫比 1.5～2.5；脱硫效率≥90 %脱硫剂粒度0～2 mm。
五、循环流化床锅炉脱硫工艺原理
1.脱硫机理及排放机理
不同煤种的煤含硫差异很大，一般都在0.1～10%之间，并以三种形式存在于煤中，即黄铁矿硫、有机硫和硫酸盐硫，其中黄铁矿硫和有机矿硫是燃煤中SO2生成的主要来源。
1.1SO2的固定
所谓SO2的固定是指将SO2由气态转入固态化合物中，从而能达到脱除SO2的目的，循环流化床采用向炉内添加石灰石颗粒的方法来脱除SO2。
石灰石加入炉内后，首先发生煅烧反应：
CaCO3== CaO+CO2-183KJ/mol
生成的CaO进一步与SO2反应，生成相对惰性和稳定的CaSO4固体反应的第二途径，即经过SO3的反应，只是在重金属盐作为催化剂时才发生反应。
2.石灰石的有效利用
将实际使用的石灰石中Ca摩尔数与煤中需要脱除S的摩尔数之比，称为钙硫摩尔比，用Ca/S表示。钙硫摩尔比越高，石灰石的利用率越低。
影响石灰石有效利用的一个重要因素是由于CaSO4生成后形成一层外壳，阻止了CaO与SO2的进一步反应。在煅烧反应时随着CO2的析出，吸收剂内部形成了许多孔隙，SO2会通过这些孔隙进到吸收剂内部与CaO反应。1摩尔CaO反应将生成1摩尔CaSO2，由于1摩尔CaO的体积为36.9cm3，而1摩尔CaSO4的体积为55.2cm3，因此CaO反应生成CaSO4后体积是膨胀的。在吸收剂内部有机会与SO2完全反应之前。吸收剂的孔隙及孔隙入口已经由于产物体积增大而被堵塞，使吸收剂表面形成一层CaSO4壳，阻止SO2继续与氧化碳反应，吸收剂只有一部分得到了利用。
在循环流化床锅炉中加入石灰石以后，由于旋风分离器的分离作用，吸收剂在床内反复循环利用，因此石灰石的粒度很细，从而有效地增加了吸收剂与SO2地接触面，同时生成的CaSO4保护膜也因为在床内不断磨损而不断剥离。使未反应的CaO继续与SO2反应，因此在循环流化床中，加入石灰石作为脱硫剂时，石灰石的利用率大大提高了。
3.影响脱硫效率的因素
3.1吸收剂的反应活性
吸收剂的反应活性简单地来讲，是指吸收剂与SO2进行表面化学反应地难易程度，因此在选择脱硫剂时，应对其化学反应性能进行分析，尽可能选取高反应活性的石灰石，以降低 Ca/S摩尔比。
3.2床温
硫酸盐化的反应速度一开始随温度升高而升高，在800～900℃时达到最佳值，之后随温度升高，反应速度开始下降，我公司锅炉运行平均床温为860℃，较好地满足了温度的要求。
3.3气相停留时间及炉膛高度
SO2在炉内停留时间越长，与吸收剂的接触时间越长，越有利于SO2的脱除。但硫酸盐化反应的速度取决于SO2的浓度，因此循环流化床增加炉膛高度以延长SO2停留时间对脱硫效果的促进作用是按指数衰减的。一般循环流化床内脱硫反应主要发生在炉膛内二次风以下的区域。为达到90%的脱硫效率，随气体停留时间的延长Ca/S下降很快，但随着停留时间的延长，其促进作用就逐渐减慢了。在实际循环流化床炉膛内，气体停留时间已经很长（2～5S），继续提高炉膛高度对脱硫效果的改善作用很小。
3.4固体停留时间、石灰石粒度及旋风分离器效率
由于吸收剂的硫酸盐化速度较慢，固体物料在循环流化床循环系统中停留时间对脱硫性能影响极大，停留时间越长转化为CaSO4的程度也越大，但存在一个最大硫酸盐化程度。固体颗粒的停留时间与固体颗粒的粒径及旋风分离器的工作性能密切相关，颗粒越细则表面积越大，吸收剂的可利用率越高。但如果太细，以至超过了分离器的分离粒径，则吸收剂的利用会因停留时间太短而降低，因此吸收剂粒径的选择应在保证能被分离的条件下尽可能的细，循环流化床中一般采用100～300μm的石灰石粉，我公司石灰石粉平均粒径为150μm，经检验效果很好。
3.5钙硫比的影响
通过实际运行显示，在Ca/S为1.5～2.5时，能够保证脱硫效率在90%以上，将SO2排放有效控制在100～300mg/m3。
3.6循环倍率的影响脱硫剂在脱硫反应中只有部分被利用，对于循环流化床锅炉随着循环倍率的增加，石灰石在床内的停留时间加长，增加了反应时间，提高了石灰石的利用效率，从而提高了脱硫效率。
六、结论
1.我公司石灰石系统自2009年8月份开始投运以来。在锅炉40～65%负荷下（工艺需要），燃烧实际煤种（保持Ca/S=2）时，平均每小时耗石灰石0.5吨左右。SO2排放量由未脱硫时的1500mg/m3降到150 mg/m3以下，脱硫效率达到90%以上。
2.经过调整试运，石灰石系统各设备运行基本稳定，各主要运行参数及指标都达到了设计要求，能够满足环保要求。
3.通过调试，发现并解决了系统及设备在设计、制造和安装中存在的问题和隐患，整定了运行数据，掌握了系统的运行方法，锅炉的脱硫效果良好，从而减轻了锅炉对环境的污染。
参考文献
[1]王亚芬 张显奎 《循环流化床锅炉的脱硫、胶氮》--《应用能源技术》2001 年02期.
[2]王振林 杨豹《石灰石颗粒在循环流化床锅炉中作用》--《苏盐科技》2012 年02期.