循環流化床鍋爐強化脫硫技術的研究

張華

摘 要： 本研究通過對循環流化床鍋爐燃燒過程進行分析并改進，為提高脫硫效率提供一定程度的借鑒和指導。針對鍋爐燃燒過程中的不同階段、不同因素對脫硫反應的影響，分別對石灰石投放方式、石灰石活性、床溫等因素進行調控和改進，并對其脫硫反應進行統計學分析。在其他反應條件相同的基礎上，采用新型石灰石投放給料方式，即混合投放方式，向石灰石中添加催化劑以及合理控制床溫等方式，能夠有效提升循環流化床鍋爐的脫硫效率。

關鍵詞： 脫硫技術；循環流化床鍋爐；脫硫效率

前言：隨著我國經濟的發展，環境保護和可持續發展越加受到重視。循環流化床鍋爐燃燒技術因為其技術成熟、爐內脫硫效果較好、成本低廉等諸多優點而得到了廣泛應用。不過由于受到煤泥含硫量、石灰石反應活性等因素的影響和制約，循環流化床鍋爐的脫硫效率、脫硫劑利用率相對偏低，無法滿足現在的脫硫要求。在充分結合現有的控制方法的基礎上，研究尋找可以有效提高循環流化床鍋爐脫硫效率的方式方法。采用高效率的新型脫硫技術對于提高鍋爐燃燒效率、減少脫硫劑消耗的強化脫硫技術對于減少二氧化硫的排放和降低脫硫成本有明顯的積極作用。

1 循環流化床鍋爐強化脫硫技術實施過程中出現的問題

1.1 鍋爐實際燃煤含硫量實際值遠高于理論最大設計值

我國現階段所開采、使用的高硫煤炭份額很高，電廠所用燃煤含硫量遠高于脫硫系統設計要求的燃煤含硫量，其含硫率是理論設計值的二倍到三倍，含硫高的燃煤燃燒后產生的二氧化硫濃度高于脫硫系統設計的最大理論濃度值?，F在循環流化床鍋爐脫硫技術多采用石灰石輸送系統進行脫硫，該脫硫系統的脫硫效果與進口二氧化硫濃度呈負相關關系。在相同條件下，當進口二氧化硫濃度過高時，Ca/S值相對降低，導致脫硫效率降低，該系統的脫硫效果無法達到設計效果，脫硫效率會低于理論值，難以滿足脫硫要求。

1.2 石灰石反應效率過低

目前估算石灰石性能的考核指標包括：碳酸鈣的含量、顆粒尺寸以及石灰石在脫硫反應過程中自身的反應活性。在實際實施運行過程中，受到部分鍋爐分離器效率差、運行參數設置不合理、石灰石的反應顆粒過大或者過小、石灰石脫硫反應條件不充分、爐內脫硫劑與二氧化硫接觸面積小、石灰石中雜質含量高等因素的影響，導致石灰石的固硫反應的反應速率過低，反應效率低于理論值，繼而降低了循環流化床鍋爐的脫硫效率。

1.3 脫硫過程中床溫過高或者過低

二氧化硫的含量影響著循環流化床鍋爐的脫硫速率，而二氧化硫的析出速率則由循環流化床鍋爐的爐膛密相區溫度決定，在同等的條件下，二氧化硫的析出速率和床溫呈正比關系。當床溫較低時，石灰石的空隙數量會減少，空隙孔徑也會縮小，此時，石灰石不能充分接觸二氧化硫，反應速率明顯低于要求的脫硫速率。床溫相對較高時，石灰石會出現燒結的現象，燒結現象會將生成的空隙堵塞，降低二氧化硫的通過，進而影響固硫反應的發生，降低固硫反應的速率。同時，在高溫狀態下，通過固硫反應生成的硫酸鈣會發生分解反應，重新釋放出二氧化硫，影響二氧化硫的固定。

2循環流化床鍋爐強化脫硫技術的改進方法

2.1 更新現有的石灰石投放方式

現在廣泛采用的循環流化床鍋爐的給料方式為分別給料方式，即分別向鍋爐內添加煤泥和石灰石。采用常規傳統投放方式，即煤泥和石灰石分別給料的方法，循環流化床鍋爐的脫硫效率接近70%。石灰石固硫劑具有離散性大、密度大、易受潮結塊等物理性質，投加后容易發生凝結，通過采用先混合后投加的方式，即在投加石灰石前將石灰石加入煤泥中，充分均勻混合后再投放入鍋爐中進行脫硫反應。使用該種方法可以有效減少石灰石投入鍋爐時凝結的形成，增大石灰石的接觸面積、提高石灰石的利用率以及對二氧化硫的固定速率。石灰石在與煤泥進行了充分的混合后，固硫劑在煤泥中均勻分布，同時煤泥在投入鍋爐時，所含水分會迅速蒸發，立刻干燥凝聚結團。利用煤泥的這種特性，將煤泥和固硫劑均勻混合后投入鍋爐后，形成的煤泥凝聚團的內部以及表面都會均勻分布有固硫劑。同時由于凝聚結團的作用，固硫劑在鍋爐內的停留時間明顯長于傳統投加方式的停留時間。在進行燃燒時，煤泥內均勻分布的固硫劑能夠充分和二氧化硫接觸并發生固硫反應，采用新型石灰石固硫劑投放方式，循環流化床鍋爐的脫硫效率明顯增加，脫硫效率高于80%

2.2 改善石灰石性質、提高反應活性

對石灰石進行改性，提高反應活性，提高脫硫效率、改良脫硫性能。在850℃時，用2%濃度的NaCI溶液浸泡過的石灰石脫硫率比未處理的石灰石脫硫率提高了近8%，可知在鈉離子作用下，鍛燒生成的氧化鈣具有更大的表面積和更多的內外空隙，同時鈉離子具有催化作用，可以加速石灰石固硫反應。在700℃的條件下，對石灰石在鐵氧化物催化作用下的脫硫反應進行了測定，結果顯示，在石灰石中加入一定量的氧化鐵可以明顯提高氧化鈣的利用率，在氧化鐵的作用下，石灰石表面的孔隙結構發生了改變，使更多的內部孔隙暴露，為固硫反應向縱深發展創造了條件。采用添加劑對石灰石進行改性，催化石灰石的固硫反應。由于在添加劑作用下，脫硫劑會發生重結晶，該種狀態對脫硫劑的微觀結構、固硫氣固反應產生影響。

2.3 合理控制床溫

經過試驗論證，當床溫低于800℃時，脫硫反應分解效率稍低，分解產生的二氧化硫速率低于石灰石脫硫速率，整體脫硫反應速率過低，導致脫硫裝置脫硫效率較低；當床溫大于950℃時，脫硫效率有所提高，但是此時床溫過高，石灰石表面的孔洞空隙被堵塞，使得氧化鈣不能和二氧化硫充分發生反應，不能進一步提升脫硫反應速率。同時，在高溫狀態下，脫硫反應速率加快，氧氣消耗速率提高，此時石灰石表面氧氣被耗盡，容易形成低氧環境，然而在缺氧條件下，脫硫反應已經生成的硫酸鈣會重新分解，并還原成氧化鈣并且釋放二氧化硫，該反應會導致脫硫效率降低。根據脫硫效率與爐膛密相區溫度的相對關系，當機組爐內Ca/S值恒定時，爐膛密相區床層的溫度820～860℃之間，是脫硫反應進行較為合適的溫度，該床溫下循環流化床鍋爐脫硫效率可以保持穩定反應并達到最高反應效率。

3 討論

為滿足當下環保要求，需要對傳統的循環流化床鍋爐脫硫技術進行改進。通過對循環流化床鍋爐脫硫原理和過程的分析，可知降低脫硫效率的原因主要有石灰石投放給料方式不合理、脫硫反應過程中石灰石反應活性低以及循環流化床鍋爐爐膛密相區溫度不合適。針對以上因素，擬采用石灰石混合投放方式進行給料，此方法可以提高反應過程中固硫劑與二氧化硫的反應時間，使得脫硫反應可以充分進行。同時采用添加催化劑的方法提高石灰石的反應活性，降低固硫反應發生的難度、提高固硫反應速率。合理控制床溫，使脫硫反應和固硫反應能夠高效率的進行，保證整體的脫硫效率最大化。采用此改進方法，可以明顯提升循環流化床鍋爐脫硫效率，滿足環保需求?！?/p>

參考文獻

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