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解析循環流化床鍋爐脫硫

來源:UC論文網2019-04-02 14:48

摘要:

  摘要:本文介紹了循環流化床鍋爐SO2產生過程及其特性,重點闡述了CFB脫硫方法及原理,分析了影響脫硫效率的各種因素。提出了有效降低CFB排放SO2濃度的措施等,對CFB的運行和管理有一定的指導作用。  關鍵詞:CFB;脫硫  一、概況  隨著我國工業產業迅猛發展,環境污染顯得更加突出。盡管快速發展的工業使人民的生活水平大幅度的提高,但環境污染也給人類帶來了較大的危害。大氣中的SO2主要來源于火...

  摘要:本文介紹了循環流化床鍋爐SO2產生過程及其特性,重點闡述了CFB脫硫方法及原理,分析了影響脫硫效率的各種因素。提出了有效降低CFB排放SO2濃度的措施等,對CFB的運行和管理有一定的指導作用。


  關鍵詞:CFB;脫硫


  一、概況


  隨著我國工業產業迅猛發展,環境污染顯得更加突出。盡管快速發展的工業使人民的生活水平大幅度的提高,但環境污染也給人類帶來了較大的危害。大氣中的SO2主要來源于火力發電廠燃煤鍋爐和工業鍋爐排放的煙氣。近年來CFB作為一種環保型鍋爐在工業生產中被廣泛應用。因此掌握好CFB中SO2的產生過程,對我們有效控制、降低SO2的排放濃度和采取合適的脫硫方法是非常必要的。


  二、SO2的化學特征及其危害性


  SO2是目前大氣污染物中含量較大、影響面較廣的一種氣態污染物。它是無色氣體或液體,有毒,具有窒息性特臭,空氣中最高容許濃度為15mm/m3。SO2能溶于水,乙醇,與水及水蒸氣作用生成有毒及腐蝕性蒸氣。


  SO2遇到水會形成酸雨,酸雨對水生生態系統、農業生態系統、建筑物和材料都有危害性。還會引起光化學煙霧現象,使慢性病加劇、使呼吸系統及心臟系統疾病惡化,改變肺功能及結構、影響生殖能力、改變人體的免疫結構等。


  三、CFB中SO2的產生及脫硫原理


  (一)燃燒過程中SO2的產生


  煤中的硫由有機硫和無機硫構成,可燃硫燃燒生成SO2。許多學者對煤的程序化燃燒進行了研究,不同實驗環境和不同煤種的條件下,煤中不同形態硫燃的燃點不同。床溫控制在850℃-950℃時,使煤中硫份能夠充分燃燒,所以CFB煤中硫的轉化率很高。


  (二)循環流化床鍋爐脫硫原理


  1、爐內噴鈣脫硫原理


  CFB爐內脫硫是在燃燒過程中在爐內加入脫硫劑,常用的脫硫劑是石灰石。將石灰石粉用壓縮空氣噴射到爐內最佳溫度區,并使脫硫劑石灰石與煙氣有良好的接觸和反應時間,石灰石受熱分解成CaO和CO2,再與煙氣中SO2反應生成CaSO3和CaSO4,最終被氧化成CaCO3。CaCO3會隨著鍋爐的灰渣排出爐外,從而達到脫硫的目的。


  CaCO3→CaO+CO2


  2CaO+2SO2+O2→2CaSO4


  (三)影響CFB脫硫效率的因素


  1、鈣硫比的影響


  鈣硫比是影響CFB脫硫效率的主要因素,鈣硫比是指石灰石所含鈣與煤中含硫的摩爾比。CFB鈣硫比在實際運行中應總大于1,在其它工況相同的情況下,脫硫效率會隨著鈣硫比的增加快速提高。但當鈣硫比大于2.5時,脫硫效率增加變緩,如果繼續增加石灰石用量時,CaO的利用率會快速下降,脫硫效率不增加,還會帶來一些副作用,如影響燃燒工況、增加灰渣物理熱損失、提高NOX的排放等。


  2、床溫的影響


  床溫對脫硫效率的影響主要在于改變了脫硫劑的反應速度、固體產物分布及空隙堵塞特性,從而影響了脫硫效率和脫硫劑的利用率。脫硫的最佳溫度不是一個定值,它與脫硫劑的品種、粒徑、燃燒條件等有關。CFB床溫一般控制在850℃-950℃之間,溫度太高或太低時,均會使脫硫反應變慢,脫硫效率下降。


  3、燃料和脫硫劑粒度的影響


  采用合理的燃料和脫硫劑粒度對脫硫效率也有較大的影響。燃料顆粒小,會避免出現床料分層和局部及整體超溫現象。煤粒表面與氧和脫硫劑接觸面積增大,燃燒充分,燃燒效率提高。采用較小的脫硫劑粒度,脫硫效果較好。一方面脫硫粒度越小,對NOX的刺激作用越小,脫硫溫度可以相對稍高,燃燒更完全,脫硫效率也相對提高。另一方面,減小石灰石顆粒的尺寸能增加其表面積,從而提高反應面積。但燃料和脫硫劑的粒度也不是越小越好,如果粒度太小,不能參與CFB灰循環,只會增加以飛灰形式的逃逸量,降低燃料和脫硫劑利用率,從而引起燃燒效率和脫硫效率的下降。


  4、燃料在爐內停留時間的影響


  CFB的特點就是燃料先從密相區到稀相區進行燃燒,然后再經分離器將未燃盡的物料送回爐內繼續燃燒,如此循環幾次到幾十次不等,這與鍋爐設計循環倍率有關。對于CFB存在一個最有利于脫硫的循環倍率。這一循環過程工作溫度在600℃-900℃之間,在此溫度段內燃燒時間可達數分鐘乃至數十分鐘,這樣煤中硫份就會大量的轉換為SO2析出,一般可達到90%以上。CFB采用爐內噴鈣脫硫時,由于燃料和脫硫劑在爐內停留的時間長也就使SO2與脫硫劑有足夠的反應時間,因而CFB具有很高的脫硫效率。


  5、過程空氣系數的影響


  SO2的形成與爐內O2的濃度有關。在局部缺氧的條件下,燃料中硫的分解速度會減慢,SO2析出量低。反之,SO2的析出量就高,但過量空氣系數太低會影響到鍋爐的燃燒效率。


  6、給料方式的影響


  國內外運行實踐表明,石灰石與煤同時給入時,脫硫效率高;前后墻平衡給煤時,脫硫劑的利用率最高。


  四、降低SO2排放的措施


  通過前面對SO2的分析,CFB降低SO2排放的措施主要有:


  1、選擇合適的鈣硫比,鈣硫比的選擇與燃料的含硫量和脫硫劑的粒徑有關,一般鈣硫比為1.5-2.5。


  2、控制鍋爐床溫在脫硫效率最佳范圍內。CFB床溫一般在850℃-950℃之間為宜。


  3、采用合理的過剩空氣系數。


  4、采用較小的燃料和脫硫劑粒徑,不僅可以增加鍋爐燃燒效率和脫硫效率,而且使脫硫對溫度的敏感性和對NOx的刺激增長作用都會減弱。


  5、合理調整燃燒,延長燃料和脫硫劑在爐內停留時間。


  五、我公司循環流化床鍋爐SO2的實測值


  我公司有兩臺130t/h循環流化床鍋爐,由無錫華光鍋爐股份有限公司生產,型號為UG-130/9.8-M6,為高溫高壓,單鍋筒橫置式、單爐膛、自然循環、全懸吊結構,全鋼架π型布置。采用中煤、煤泥混燒方式,床溫一般在850℃-950℃之間。石灰石的粒度一般在0-1mm,50%切割粒徑d50=0.25mm。


  通過以上分析,可以看出,CFB在脫硫方面有著比較大的優越性,SO2排放濃度可以得到了有效的控制,是一種環保型鍋爐,具有推廣價值。為了更好地發揮CFB脫硫效率高的優點,還應在運行中摸索、總結影響爐溫與各參數間的關系,簡化控制因素,不斷提高參數控制的可操作性,從而提高脫硫效率。在完善鍋爐的設計外,還應加快研發新型脫硫劑,提高脫硫劑的使用率,減少脫硫劑的添加量。隨著社會的進步,科技的不斷發展,CFB將會得到更廣泛的應用。

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