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循环流化床锅炉脱硫探讨

来源:UC论文网2019-04-02 14:50

摘要:

  摘要:在工业锅炉中,循环流化床锅炉脱硫一直是一个值得关注的问题。炉内脱硫就是利用脱硫剂(CaO、MgO等碱金属化合物)与煤炭中的硫份燃烧生成的SO2发生化学反应生成CaSO4或MgSO4固定在灰渣中的原理进行脱硫。基于此,文章就循环流化床锅炉脱硫展开探讨,以期能够提供一个借鉴。  关键词:循环流化床;锅炉脱硫;措施  中图分类号:C35文献标识码:A  1.循环流化床锅炉炉内脱硫的原理  1....

  摘要:在工业锅炉中,循环流化床锅炉脱硫一直是一个值得关注的问题。炉内脱硫就是利用脱硫剂(CaO、MgO等碱金属化合物)与煤炭中的硫份燃烧生成的SO2发生化学反应生成CaSO4或MgSO4固定在灰渣中的原理进行脱硫。基于此,文章就循环流化床锅炉脱硫展开探讨,以期能够提供一个借鉴。


  关键词:循环流化床;锅炉脱硫;措施


  中图分类号:C35文献标识码:A


  1.循环流化床锅炉炉内脱硫的原理


  1.1煤中硫份燃烧的化学反应原理及影响燃烧产物SO2生成的各种因素


  硫份以有机硫煤、硫酸盐硫、元素硫及硫化物硫(以黄铁矿硫为主FeS2)等形态存于煤中。其中可燃硫有:有机硫、元素硫和硫化物硫,可燃硫占煤中总硫份的90%左右。煤中硫份经过燃烧的化学反应原理如下:


  有机硫的燃烧反应方程式为:


  RS+2O2→SO2+R+H2O


  元素硫的燃烧反应方程式为:


  S+O2=SO2


  硫化物硫的燃烧反应方程式为:


  4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2


  影响硫份燃烧产物SO2生成的原因有燃煤特性与锅炉运行参数两类,但燃煤特性是煤种固有的,在建厂设计之初就确定好了燃烧煤种,燃煤特性短期内不会有较大的变动。影响硫份燃烧产物SO2生成的主要运行参数有:过量空气系数、床温、停留时间、原煤粒径、配风方式。而过量空气系数和床温对SO2生成速度的影响最大,过量空气系数越大SO2越容易生成、燃烧反应越彻底;床温越高SO2生成速度越快。


  1.2炉内燃烧脱硫原理


  炉内脱硫就是利用CaO、MgO等碱金属固体化合物与硫份的燃烧产物SO2气体反应生成CaSO4、MgSO4等固态物质被固定在渣中的原理进行脱硫。自然界石灰石资源很丰富且取材方便经济,主要成分是CaCO3,经过高温煅烧后分解生成CaO和CO2,所以脱硫剂采用生石灰不但很经济而且没有附加有害物质生成。但炉内燃烧脱硫氧量对脱硫反应速度及脱硫产物CaSO4的生产影响很大。在氧量充足的情况下硫份的燃烧产物为SO2,脱硫反应如下:


  2SO2+2CaCO3+O2=2CaSO4+2CO2


  2SO2+2CaO+O2=2CaSO4


  但在燃烧所需的氧量不足时煤中的硫份会先生成H2S,脱硫化学反应如下:


  CaCO3+H2S=CaS+H2O+CO2


  CaO+H2S=CaS+H2O


  CaS是一种不稳定的物质遇到氧气则根据氧量的浓度大小发生不同的反应:


  富氧时CaS与O2反应直接被固定:CaS+2O2=CaSO4


  厌氧时CaS与O2反应生产SO2:2CaS+3O2=2CaO+SO2


  综上所述:炉内脱硫就是想办法创造出良好脱硫反应环境使煤中所含的硫份快速燃烧生产SO2,尽量减少不必要的中间反应环节,并有足够的脱硫材料和氧量与之接触,从而提高化学反应速度使煤中硫份快速生产CaSO4被固定,提高脱硫效率,增加脱硫材料利用率,降低烟气SO2的排放量。


  2.运行过程中存在的问题


  2.1脱硫效率不高


  炉内脱硫适用于燃中低硫煤。能以合理的钙硫比(Ca/S≤2),得到的脱硫率n≥75%,继续提高脱硫效率较为困难。


  2.2石灰石消耗量大,运行费用较高


  为了达到排放标准的要求,经常运行中都在高钙硫比情况下运行,影响过了效率和石灰石消耗量。因为炉内脱硫是固-固反应,反应速度较慢,并且在实际反应设备中,反应的条件并不处于理想状态,因此,一般需要增加脱硫剂的量来保证吸收过程的进行。在实际运行中造成回料灰中CaO量较高,引起烟气SO2波动大。


  2.3碳酸钙浓度太高影响脱硫效率


  运行经验告诉我们,CaCO3→CaO+CO2反应过程中产生的CO2会阻碍CaSO4生成,导致脱硫效率的下降。


  2.4炉膛稳定影响脱硫效率


  碳酸钙的分解温度为897℃,温度不足造成碳酸钙分解成氧化钙的程度降低,导致脱硫效率下降。


  2.5低氮燃烧导致脱硫效率下降


  低氮燃烧要求在还原性气氛中燃烧,这对炉内脱硫是不利的。


  3.根据锅炉的脱硫机理采取以下措施降低烟气二氧化硫含量满足环保要求


  3.1锅炉床温的影响


  通过增加一次风送风量及下二次风送风量降低锅炉床温,将锅炉床温降至最佳脱硫区间运行,提高脱硫效率,尤其高负荷期间锅炉床温较高一般在920~950℃不利于脱硫反应,所以机组高负荷期间增加一次风及下二次风送风量将床温控制在900~920℃提高脱硫效率,满足环保要求。但考虑床温降低影响飞灰、底渣含碳量升高及对受热面磨损加剧,所以只有高负荷期间及烟气二氧化硫异常时增加一次风量及下二次风量,尽可能提高机组经济性及减缓受热面磨损。


  3.2过剩空气系数的影响


  CaSO4的形成与炉内O2的浓度有关,提高过量空气系数稀释SO2浓度同时降低锅炉床温,提高脱硫效率,所以在烟气二氧化硫较高时,增加送风量,提高氧量,提高脱硫效率。但过剩空气系数太高会使锅炉一次风机、二次风机、引风机耗电率升高,影响厂用电率,同时造成排烟热损失增加。所以在烟气二氧化硫满足环保指标期间维持正常氧量3.5~4%,只有烟气二氧化硫超标时提高氧量至4~4.5%,提高脱硫效率,满足环保要求。


  3.3石灰石品质粒径及输送系统的影响


  对石灰石生产厂家严格要求石灰石粒径及品质控制,每车石灰石进行取样筛分及品质化验,如果石灰石粒径或品质不合格对石灰石厂家进行考核。根据化验结果按质论价由于石灰石粉具有硬度高、堆积密度大、易吸水受潮结块等特性,石灰石运行期间保证石灰石粉仓气化风正常投入且加热器工作正常,防止石灰石板结,同时定期关闭石灰石给料机入口气动门对石灰石管道吹扫,防止石灰石管道堵塞,保证石灰石系统稳定运行。3.4给煤及石灰石均匀度的影响


  石灰石粒度及粒径分布对流化床脱硫效率有很大影响。减少石灰石粒径,脱硫气固反应表面积增大,微孔内的等效孔长度减少、扩散助力减小,脱硫效率提高。根据床温及各落煤口落煤量均匀调整各落煤口下煤量,保证炉内SO2浓度均匀,防止局部SO2浓度过高影响脱硫效率,同时保证两套石灰石系统运行并检查炉前左右侧返料及二次风石灰石隔断门在开启位,使石灰石均匀喷入炉内,提高脱硫效率。


  循环流化床锅炉对燃烧粒径有严格的要求,颗粒的过大占比例多,则会造成锅炉床料结焦停炉;颗粒度过小占比例多,则会出现回料斜腿内部超温,飞灰含碳量增大,锅炉热效率低。多次试验表明,给煤粒度较大时,不仅颗粒度破碎和磨损情况加剧,而且不利于脱硫。给煤粒度过小或细粒份额太大也都会使脱硫效率下降。


  3.5机组负荷调整的影响


  增加负荷前首先增加一次风量控制锅炉床温稳定,防止加负荷期间床温快速升高影响脱硫反应,同时加负荷前有意识提前缓慢增加给料量,杜绝发现烟气硫含量超标后突然大量增加给料量,防止大量石灰石瞬间进入管道造成石灰石管路堵塞及二氧化硫含量的波动。


  4.提高炉内脱硫效率的方法


  4.1控制合适的反应温度


  因为炉内脱硫反映较复杂,属于可逆反应区间,炉膛内主要是还原性气氛和碳含量较高,在800~850℃时容易造成CaSO4分解,在炉膛上部温度不能超过1100℃,否则也会造成CaSO4分解。经过以上分析和燃烧调整试验,最合适的温度应控制在950~980℃。


  4.2合理选择脱硫剂(石灰石)粒度


  循环流化床脱硫的石灰石最佳颗粒度一般为0.2~1.5mm,平均粒径一般控制在0.1~0.5mm范围。石灰石粒度大时其反应表面小,使钙的利用率降低;石灰石粒径过细,则因现在常用的旋风分离器只能分离出大于0.075mm的颗粒,小于0.075mm的颗粒不能再返回炉膛而降低了利用率(还会影响到灰的综合利用)。循环流化床锅炉与其分离和返料系统组成外循环回路保证了细颗粒(0.5~0.075mm的CaCO3、CaO、CaSO4等)随炉灰一起的不断循环,这样SO2易扩散到脱硫剂核心,其反应面积增大,从而提高了循环流化床锅炉中石灰石的利用率。0.5~1.5mm粒径的颗粒则在循环流化床锅炉内进行内循环,被上升气流携带上升一定高度后沿炉膛四面墙贴壁流下又落入流化床。循环流化床锅炉运行时较经济的Ca/S比一般在1.5~2.5之间。


  4.3控制好过量空气系数


  因为在氧化性环境下CaSO4分解要较高温度,循环流化床炉膛温度一般不超过1000℃,过量空气系数提高对炉内脱硫是有好处的。但因为在线监测是按6%含氧量进行折算的,氧量太高将导致折算浓度超标。应根据炉型选择合适的烟气氧量运行。


  4.4调整合适的钙硫比


  钙硫比太高时,造成石灰石消耗太大,并且脱硫效率不升反降,在运行中应控制石灰石的给入量,将钙硫比控制在1.5~2.5之间。


  结束语


  在循环流化床锅炉的脱硫工作中,石灰石炉内脱硫是循环流化床锅炉脱硫不错的选择,通过将烟气中的SO2浓度降至最低,同时减少石灰石用量,降低脱硫成本,实现节能环保,达到烟气排放新国际标准值,为地球村作出我们应用的贡献。


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