浅析循环流化床锅炉脱硫

　　摘要：运用循环硫化燃烧理论所设计出来的节能高效且环保的技术就是循环流化床锅炉脱硫技术，该技术不仅能有效降低污染物的产出和排污系数，还能有效地节约生产成本，在经济效益和环境效益上，能实现双赢效果。本文就循环流化床锅炉脱硫展开了探讨。

　　关键词：循环流化床锅炉，脱硫，原理，影响因素

　　煤炭一直是我国的主要能源之一，在全国总能源消费中，煤炭消耗就占了将近70%，而用煤大户之一就为火力发电。在燃烧煤的过程中，会有大量的SO2、烟尘、CO等有害气体的产出，尤其是其中的SO2，对环境和人类健康的影响最为严重，SO2的浓度过高，会致使“酸雨”的形成，从而对土壤直接造成污染。在我国SO2的总排放量中，电力工业的排放量就占了50%左右，为此，为了减轻因燃煤而给环境所造成的影响，锅炉脱硫技术的研究就显得尤为的重要。而循环流化床锅炉就是在这样一种为了保护环境的需求中所发展起来的。循环流化床锅炉是一种洁净效率较高的燃煤锅炉，它不仅能适应各种各样的燃料、具有良好的负荷调节性和较高的燃烧效率，还具有较好的环保性能。尤其是在循环流化床锅炉中添加石灰石进行脱硫，其效果更为突出，为此而得到了广泛的应用。

　　1循环流化床锅炉脱硫原理

　　1.1炉内脱硫原理

　　采用石灰石干法脱硫是实现循环流化床锅炉炉内脱硫的主要原理，即在高温煅烧下将炉膛内的CaCO3逐渐分解为CaO，然后CaO再同烟气中的SO2发生反应后所生成的CaSO4，就会随炉渣而排出，成功实现脱硫的目的。石灰石脱硫过程具体分为如下三个步骤：

　　①煅烧石灰石：石灰石中的CaCO3在锅炉中，经过煅烧后就会分解为CaO，CO2也会随之析出，此时就会有CaO的生成，且CaO的孔隙会不断扩大，其表面积会不断的增加，这就为下一步的固硫反应打下基础。该反应方程为：CaCO3=CaO+CO2。

　　②析出与氧化硫：黄铁矿、有机盐和硫酸盐煤中的硫的主要三种存在形式：根据相关实验显示，在对煤进行加热和燃烧时，会阶段性的析出SO2。黄铁矿经燃烧氧化后就会生成SO2。在200℃的高温下有机硫会分解并释放出H2S、硫醚、硫醇等物质，这些物质经过氧化后都会形成SO2。该反应方程为：S+O2=SO2。

　　③固硫反应：SO2析出后与CaO发生反应生成硫酸盐。该反应方程为：CaO+SO2+1/2O2=CaSO4。

　　1.2炉外脱硫原理

　　炉外脱硫就是在锅炉出口后，将一级半干法予以增加进行烟气脱硫。20世纪90年代末，仅在美国一家电厂采用了该方法。在我国，该方法还不成熟。

　　2循环流化床锅炉脱硫的影响因素

　　2.1锅炉运行床温的影响

　　对脱硫效率影响较大的因素之一就是锅炉的运行床温，这是因为无论是在石灰石的脱硫活性和反应速度上，还是在分布固体产物和堵塞孔隙时都会受到床温变化的直接影响，因此，在进行石灰石的脱硫反应时，以及在使用脱硫剂时都会受到床温的直接影响。而脱硫是没有一个常数来作为其最佳温度的，通常其控制在800-900℃之间。过低的温度，就会降低石灰石煅烧反应速度，甚者煅烧反应都不能完成，从而就减慢了脱硫反应速度，降低了脱硫效率；过高的温度，则会加快脱硫反应，造成大量的CaSO4分解成SO2，这也会下降脱硫效率。

　　2.2燃料煤含硫量的影响煤的含硫量越高，其在相同钙硫比的情况下的脱硫率也就会越高。这是由于含硫量高的煤会在炉膛内有较高浓度的SO2产生，这样CaO与SO2的正反应速度就会得以加快。

　　2.3钙硫比的影响通过大量的试验结果显示，当钙硫比在2.5以下时，脱硫效率就会随着钙硫比的增大而增加得很快。这主要是因为了固硫反应速度是随着钙浓度的增加而不断加快，SO2被反应的数量成比例也是随着钙量的增加也在不断的增加。当钙硫比超过2.5时，不断投入钙量也无法起到提高脱硫效率的效果，这样既造成脱硫剂的浪费，也使得灰渣的物理热损失大为增加。

　　2.4床料粒度脱硫效率还会受到脱硫剂和燃料的粒度，以及二者之间粒径的分布的影响。为了使SO2扩散到脱硫剂的核心处，并增大参与反应面积，利于脱硫，可以采用较小粒径的石灰石。然而，也不能用粒度过小的石灰石，或是所使用的石灰石太易磨损，这就会加大其以飞灰形式的逃逸量，从而降低脱硫效率。石灰石粉的颗粒越小，就会增大其反应的比表面积，从而就提高了脱硫率。如果炉内气流速度逐渐减慢，在炉内石灰石粉的停留时间就会逐渐加长，其反应就会更加趋向完全，脱硫率就会提高。这两种虽然都能提高脱硫率，但两者又存在着一定的矛盾。颗粒越细，就会缩短其在炉内停留的时间，颗粒过细，其脱硫剂被扬析出床的就会越多，这样就大大降低了其利用率。通常石灰石粉的粒度保持在0.1-0.3mm是最好的。但在实际中，循环流化床加入的过粗的炉内石灰石粉的现象还是较为普遍的，有些锅炉房甚至只是简单将石灰石破碎就加入其中，这样所获得的脱硫效果较差。

　　2.5石灰石特性石灰石特性主要包括两大类，一类是物理特性，其主要包括石灰石煅烧后所生成空隙的大小、分布及表面积等。对于脱硫反应而言，孔隙直径在0.03μm以上是最好的，这是因为，空隙过细其产生的阻力就会加大，这样就不利于进行脱硫反应，且CaSO4易将这些给堵塞了，从而就降低了其表面利用率，为此，煅烧产物的孔隙分布要合理，且其要大于表面积，这也就说明了石灰石物理特性是非常重要的。另一类是化学特性，其主要是指石灰石所含杂质的影响。石灰石的转化率会受到许多杂质的影响。有杂质的存在，就会在固硫过程中，推迟了CaO颗粒孔隙被堵塞的时间，CaO颗粒的利用率也就会因此而提高。因此，石灰石的种类不同，孔隙直径分布不同，脱硫率也不相同。

　　3循环流化床锅炉添加石灰石后所产生的影响

　　3.1对入炉热量造成的影响CaCO3煅烧反应与硫酸盐化反应是添加石灰石进行脱硫的两个部分。一开始在给煤机处加入石灰石并进入炉膛后，会明显降低床温，这主要是由于石灰石进入炉膛后，在高温的情况下先是进行了煅烧分解反应，而这个过程是一个吸热过程，此外，因石灰石同燃煤一起混合后进入炉膛，在没有改变螺旋给煤机转速时，此时也就降低了入炉煤量，放热量同时也在减少，在这两种因素的影响下，就必然会降低床温，如果加入更多的石灰石，床温降低的速度也就会越快。

　　3.2对灰渣物理热损失的影响从锅炉所产出的炉渣，以及从分离器下所排出的灰分，这些都还具有非常高的温度，但这些热量却不能被加以利用，这所造成的热损失就是所谓的灰渣物理热损失。

　　3.3对排烟热损失的影响从以上脱硫公式可看出，锅炉的热效率会因为循环流化床锅炉加钙脱硫而降低。

　　4解决循环流化床锅炉脱硫问题的对策

　　4.1加强对炉内脱硫技术的研究由于循环流化床锅炉炉内加钙脱硫易受到诸多因素的影响，从而会影响到脱硫效率，因此，运行人员在锅炉的运行中，要不断进行不断的摸索和总结，找出影响脱硫率间的各种因素，将控制因素不断进行简化，加强参数控制的可操作性，以此来提高脱硫效率。此外，采用适用、先进的控制手段，实现石灰石添加的自动、准确给料，以此来稳定脱硫效率。除此之外，还要加快对新型脱硫剂的研发，提高脱硫剂的使用效率，使其钙硫比和添加量降低，以此达到因加入脱硫剂而对锅炉运行产生的影响也得以减轻的效果。

　　4.2制定配套相关政策，并加强管理和监督国家对锅炉脱硫厂家要采取激励政策，其相关部门要尽快将有效激励政策制定出来，并落实好，尽可能将已投运的循环流化床锅炉的内脱硫优势尽可能发挥出来，以使燃煤排放SO2对环境的影响才能得以降低。加强对循环流化床锅炉脱硫的管理与监督，对于新建的循环流化床锅炉，SO2的排放量一定须与当地总量控制指标的要求相符合。