解析循环流化床锅炉脱硫

　　摘要：本文介绍了循环流化床锅炉SO2产生过程及其特性，重点阐述了CFB脱硫方法及原理，分析了影响脱硫效率的各种因素。提出了有效降低CFB排放SO2浓度的措施等，对CFB的运行和管理有一定的指导作用。

　　关键词：CFB；脱硫

　　一、概况

　　随着我国工业产业迅猛发展，环境污染显得更加突出。尽管快速发展的工业使人民的生活水平大幅度的提高，但环境污染也给人类带来了较大的危害。大气中的SO2主要来源于火力发电厂燃煤锅炉和工业锅炉排放的烟气。近年来CFB作为一种环保型锅炉在工业生产中被广泛应用。因此掌握好CFB中SO2的产生过程，对我们有效控制、降低SO2的排放浓度和采取合适的脱硫方法是非常必要的。

　　二、SO2的化学特征及其危害性

　　SO2是目前大气污染物中含量较大、影响面较广的一种气态污染物。它是无色气体或液体，有毒，具有窒息性特臭，空气中最高容许浓度为15mm/m3。SO2能溶于水，乙醇，与水及水蒸气作用生成有毒及腐蚀性蒸气。

　　SO2遇到水会形成酸雨，酸雨对水生生态系统、农业生态系统、建筑物和材料都有危害性。还会引起光化学烟雾现象，使慢性病加剧、使呼吸系统及心脏系统疾病恶化，改变肺功能及结构、影响生殖能力、改变人体的免疫结构等。

　　三、CFB中SO2的产生及脱硫原理

　　(一)燃烧过程中SO2的产生

　　煤中的硫由有机硫和无机硫构成，可燃硫燃烧生成SO2。许多学者对煤的程序化燃烧进行了研究，不同实验环境和不同煤种的条件下，煤中不同形态硫燃的燃点不同。床温控制在850℃-950℃时，使煤中硫份能够充分燃烧，所以CFB煤中硫的转化率很高。

　　（二）循环流化床锅炉脱硫原理

　　1、炉内喷钙脱硫原理

　　CFB炉内脱硫是在燃烧过程中在炉内加入脱硫剂，常用的脱硫剂是石灰石。将石灰石粉用压缩空气喷射到炉内最佳温度区，并使脱硫剂石灰石与烟气有良好的接触和反应时间，石灰石受热分解成CaO和CO2，再与烟气中SO2反应生成CaSO3和CaSO4，最终被氧化成CaCO3。CaCO3会随着锅炉的灰渣排出炉外，从而达到脱硫的目的。

　　CaCO3→CaO+CO2

　　2CaO+2SO2+O2→2CaSO4

　　（三）影响CFB脱硫效率的因素

　　1、钙硫比的影响

　　钙硫比是影响CFB脱硫效率的主要因素，钙硫比是指石灰石所含钙与煤中含硫的摩尔比。CFB钙硫比在实际运行中应总大于1，在其它工况相同的情况下，脱硫效率会随着钙硫比的增加快速提高。但当钙硫比大于2.5时，脱硫效率增加变缓，如果继续增加石灰石用量时，CaO的利用率会快速下降，脱硫效率不增加，还会带来一些副作用，如影响燃烧工况、增加灰渣物理热损失、提高NOX的排放等。

　　2、床温的影响

　　床温对脱硫效率的影响主要在于改变了脱硫剂的反应速度、固体产物分布及空隙堵塞特性，从而影响了脱硫效率和脱硫剂的利用率。脱硫的最佳温度不是一个定值，它与脱硫剂的品种、粒径、燃烧条件等有关。CFB床温一般控制在850℃-950℃之间，温度太高或太低时，均会使脱硫反应变慢，脱硫效率下降。

　　3、燃料和脱硫剂粒度的影响

　　采用合理的燃料和脱硫剂粒度对脱硫效率也有较大的影响。燃料颗粒小，会避免出现床料分层和局部及整体超温现象。煤粒表面与氧和脱硫剂接触面积增大，燃烧充分，燃烧效率提高。采用较小的脱硫剂粒度，脱硫效果较好。一方面脱硫粒度越小，对NOX的刺激作用越小，脱硫温度可以相对稍高，燃烧更完全，脱硫效率也相对提高。另一方面，减小石灰石颗粒的尺寸能增加其表面积，从而提高反应面积。但燃料和脱硫剂的粒度也不是越小越好，如果粒度太小，不能参与CFB灰循环，只会增加以飞灰形式的逃逸量，降低燃料和脱硫剂利用率，从而引起燃烧效率和脱硫效率的下降。

　　4、燃料在炉内停留时间的影响

　　CFB的特点就是燃料先从密相区到稀相区进行燃烧，然后再经分离器将未燃尽的物料送回炉内继续燃烧，如此循环几次到几十次不等，这与锅炉设计循环倍率有关。对于CFB存在一个最有利于脱硫的循环倍率。这一循环过程工作温度在600℃-900℃之间，在此温度段内燃烧时间可达数分钟乃至数十分钟，这样煤中硫份就会大量的转换为SO2析出，一般可达到90%以上。CFB采用炉内喷钙脱硫时，由于燃料和脱硫剂在炉内停留的时间长也就使SO2与脱硫剂有足够的反应时间，因而CFB具有很高的脱硫效率。

　　5、过程空气系数的影响

　　SO2的形成与炉内O2的浓度有关。在局部缺氧的条件下，燃料中硫的分解速度会减慢，SO2析出量低。反之，SO2的析出量就高，但过量空气系数太低会影响到锅炉的燃烧效率。

　　6、给料方式的影响

　　国内外运行实践表明，石灰石与煤同时给入时，脱硫效率高；前后墙平衡给煤时，脱硫剂的利用率最高。

　　四、降低SO2排放的措施

　　通过前面对SO2的分析，CFB降低SO2排放的措施主要有：

　　1、选择合适的钙硫比，钙硫比的选择与燃料的含硫量和脱硫剂的粒径有关，一般钙硫比为1.5-2.5。

　　2、控制锅炉床温在脱硫效率最佳范围内。CFB床温一般在850℃-950℃之间为宜。

　　3、采用合理的过剩空气系数。

　　4、采用较小的燃料和脱硫剂粒径，不仅可以增加锅炉燃烧效率和脱硫效率，而且使脱硫对温度的敏感性和对NOx的刺激增长作用都会减弱。

　　5、合理调整燃烧，延长燃料和脱硫剂在炉内停留时间。

　　五、我公司循环流化床锅炉SO2的实测值

　　我公司有两台130t/h循环流化床锅炉，由无锡华光锅炉股份有限公司生产，型号为UG-130/9.8-M6，为高温高压，单锅筒横置式、单炉膛、自然循环、全悬吊结构，全钢架π型布置。采用中煤、煤泥混烧方式，床温一般在850℃-950℃之间。石灰石的粒度一般在0-1mm，50%切割粒径d50=0.25mm。

　　通过以上分析，可以看出，CFB在脱硫方面有着比较大的优越性，SO2排放浓度可以得到了有效的控制，是一种环保型锅炉，具有推广价值。为了更好地发挥CFB脱硫效率高的优点，还应在运行中摸索、总结影响炉温与各参数间的关系，简化控制因素，不断提高参数控制的可操作性，从而提高脱硫效率。在完善锅炉的设计外，还应加快研发新型脱硫剂，提高脱硫剂的使用率，减少脱硫剂的添加量。随着社会的进步，科技的不断发展，CFB将会得到更广泛的应用。