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解析循环流化床锅炉脱硫

来源:UC论文网2019-04-02 14:48

摘要:

  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...

  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。

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