0前言
    循環(huán)流化床( CFB)鍋爐采用流態(tài)化的燃燒方式，燃燒溫度一般在850℃—920℃，具有高脫硫效率、低NO：排放、高碳燃燼率、長燃料停留時(shí)間、強(qiáng)烈的顆粒返混、均勻的床溫、燃料適應(yīng)性廣，造價(jià)遠(yuǎn)低于同種容量煤粉鍋爐加脫硫或脫硝設(shè)備，是新一代的環(huán)保型綠色鍋爐。云南大唐國際紅河發(fā)電有限責(zé)任公司的1、2號爐是引進(jìn)法國ALSTOM技術(shù)，由某鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的HG-1025／17. 5-L. HM37型CFB鍋爐，分別于2006年6月3日和8月27日順利地通過168h滿負(fù)荷試運(yùn)，投入商業(yè)運(yùn)營。由于石灰石脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力較小，不能滿足設(shè)計(jì)脫硫工藝要求，加之燃料市場的變化，設(shè)計(jì)煤種無法滿足供應(yīng)，CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫效率一度受到質(zhì)疑，但經(jīng)過不斷的摸索，通過合理摻配，改用從卸煤溝添加石灰石方式，保證了石灰石給料量，循環(huán)流化床鍋爐的脫硫效率能夠達(dá)到設(shè)計(jì)值，確保了煙氣中SO2達(dá)標(biāo)排放。
1、CFB鍋爐簡介
    紅河發(fā)電有限公司投運(yùn)的鍋爐燃燒側(cè)主要由褲衩型雙水冷布風(fēng)板結(jié)構(gòu)的爐膛、4個(gè)直徑約8m的高溫絕熱旋風(fēng)分離器、非機(jī)械型單路自平衡式回料閥、對稱布置的4臺外置式換熱器、尾部對流煙道、四分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器、冷渣器等7大部分組成，見圖1。爐膛溫度在830℃～900℃的之間，在此溫度下石灰石可充分發(fā)生焙燒反應(yīng)，使碳酸鈣分解為氧化鈣，氧化鈣與煤燃燒產(chǎn)生的SO2進(jìn)行鹽化反應(yīng)，生成硫酸鈣，以固體形式排出達(dá)到脫硫的目的。300 MW CFB鍋爐設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見表1，該鍋爐不但可實(shí)現(xiàn)90%以上爐內(nèi)高效廉價(jià)脫硫，而且較低的爐內(nèi)燃燒溫度使?fàn)t中生成的NO2主要由燃料NO2構(gòu)成即燃料中的N轉(zhuǎn)化成的NO2；而熱力NOx即空氣中的N轉(zhuǎn)化成的NO，生成量很小；同時(shí)300 MWCFB鍋爐采用分級送風(fēng)的方式，即一次風(fēng)從布風(fēng)板下送人，二次風(fēng)分2層從爐膛下部密相區(qū)送人，可以有效地抑制NO,的生成，因此CFB鍋爐的污染物排放很低，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
2、300 MW CFB鍋爐石灰石系統(tǒng)概況
    外購買成品石灰石粉經(jīng)密封罐車運(yùn)至廠區(qū)內(nèi)，通過罐車自帶的輸送設(shè)備送人設(shè)在廠區(qū)的石灰石粉庫見圖2，由倉泵將石灰石粉庫里的石灰石粉送至主廠房煤倉間內(nèi)的石灰石粉倉，粉倉內(nèi)的石灰石粉到中間倉計(jì)量后，再輸送到輸送器(2.0 m3)內(nèi)，然后通過旋轉(zhuǎn)給料閥輸送至石灰石粉混合器，最后進(jìn)入氣力輸送管線，由輸粉管線將石灰石粉送至鍋爐回料閥上的返料管線上，從爐膛前后分4點(diǎn)進(jìn)入爐膛。每個(gè)石灰石粉給料管線上均有熱二次風(fēng)作為正壓密封風(fēng)，防止?fàn)t內(nèi)正煙氣反竄。輸粉空氣由石灰石粉輸送風(fēng)機(jī)供給，每臺爐設(shè)置2套石灰石粉輸送系統(tǒng)見圖3，設(shè)計(jì)輸送容量為26.4t/h，石灰石粉輸送系統(tǒng)由一級氣力輸送系統(tǒng)和二級爐前給料系統(tǒng)組成，每臺爐石灰石耗量為22t／h左右。
3、石灰石系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題
    (1)一級石粉系統(tǒng)的最大輸送能力為8t/h左右，不能滿足二級石粉系統(tǒng)大負(fù)荷26.4t／h左右運(yùn)行。
    (2)設(shè)計(jì)燃煤收到基全硫1.66%．石灰石按1. 7:1摩爾比投入，由于外部環(huán)境的改變，小龍?zhí)睹簭S實(shí)際來煤中收到基全硫較高在2%～5.0%之間（見表2），給鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行和石灰石合理摻燒帶來了很大困難。
    (3)脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)用石灰石中CaCC含量98. 41%．而石灰石粉化驗(yàn)報(bào)告顯示石灰石中CaCn含量80%～96%，石灰石粉顆粒度較細(xì)大部分小于100um與設(shè)計(jì)值偏差大，較細(xì)石灰石粉沒參與反應(yīng)就從尾部煙道逃逸，不僅脫硫效率降低，而且使粉塵濃度排放超標(biāo)。
(4)二級石灰石系統(tǒng)堵管頻繁，石灰石粉在管道中易板結(jié)，石灰石旋轉(zhuǎn)給料閥易卡澀，造成下粉不暢。
4、優(yōu)化措施
4.1優(yōu)化配煤，降低入爐煤硫分
    煤場存煤進(jìn)行每周一次抽驗(yàn)，煤場進(jìn)煤提前進(jìn)行化驗(yàn)，并將根據(jù)收到基硫分進(jìn)行分類存放，通過來煤煤質(zhì)情況及煤場存煤情況來制定摻配原則，按照“安全第一、環(huán)保第二、經(jīng)濟(jì)第三”的要求，采取加權(quán)平均法計(jì)算后配制煤種收到基全硫分必須小于2%、低位發(fā)熱量必須大于10MJ/kg，這既能滿足脫硫的要求將使煙氣中S02排放值達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，又能滿足鍋爐的燃燒和給煤系統(tǒng)的承受能力。經(jīng)過探索采用小龍?zhí)睹焊吡蛎�、小龍�(zhí)睹旱土蛎号c新哨低硫煤進(jìn)行配比摻燒，利用卸煤溝空數(shù)進(jìn)行摻配，因?yàn)槊簻瞎灿?7空，且各空相對獨(dú)立，通過汽車運(yùn)煤入空，能實(shí)現(xiàn)從0%～100%任意比例摻配，煤溝下來的煤經(jīng)過葉輪給煤機(jī)的一次混合、五級轉(zhuǎn)運(yùn)站的逐級混合和煤倉給煤機(jī)的最后混合，進(jìn)入爐膛前，煤混合達(dá)到均勻。配煤中必須滿足下面約束條件（其中S：為硫分，Q:為低位發(fā)熱量，z為配煤質(zhì)量比分比）
4.2根據(jù)配煤中硫分確定石灰石的摻配比例
    (1)鈣硫摩爾比的確認(rèn)
    由于煤場來煤煤質(zhì)和石灰石純度的不斷改變，為了達(dá)到這要求煙氣中S02排放不超標(biāo)，必須改變石灰石的摻配比例。通過不斷的摸索和試驗(yàn)，找出適合石灰石摻配的規(guī)律如表3所示。
    (2)石灰石的摻配方法
    由于原設(shè)計(jì)石灰石粉添加系統(tǒng)出力較小，不能完全滿足脫硫工藝要求。經(jīng)過不斷探索，確定了輸煤石灰石粉給料系統(tǒng)改造方案。在卸煤溝中部改建2座石灰石粉料斗，料斗下部設(shè)手動(dòng)閘板門、電動(dòng)變頻給料機(jī)、皮帶接口�？赏ㄟ^變頻控制在2.5～50 Hz之間進(jìn)行給料，給料通過落料管與甲、乙路1號膠帶機(jī)連接，皮帶上部設(shè)置導(dǎo)料槽，防止揚(yáng)塵，通過對照葉輪給煤機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速的給煤量，調(diào)整石灰石給料機(jī)頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)整石灰石摻燒比例，這樣使石灰石摻燒均勻。
4.3嚴(yán)格控制石灰石粉的質(zhì)量，提高石灰石的有效利用
    提高石灰石純度不僅可以降低石灰石耗量，而且有效提高脫硫效率，減小添加石灰石后對輸送系統(tǒng)及鍋爐運(yùn)行帶來的不利影響。紅河發(fā)電有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)石灰石純度為98. 4%，加強(qiáng)采樣與化驗(yàn)，保證購買純度較高的石灰石。
    脫硫劑的粒徑分布對脫硫效率有較大影響，粒徑大不能完全參與反應(yīng)，由于1mol CaC03反應(yīng)生成1 mol CaS04，1moI CaC0的體積是36.9cm3，而1molCaS04的體積是52.2 cm3，CaS04生成后體積膨脹形成一層密實(shí)的外殼，阻止了Ca0與S02的進(jìn)一步反應(yīng)。另一方面粒徑大的顆粒沉淪在爐膛底，部分還沒有來得及反應(yīng)就和爐渣一起排除爐外。較小的脫硫劑粒度，脫硫效果較好，一方面脫硫劑粒度越小，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(yīng)面積。但脫硫劑的粒度也不是越小越好，如果脫硫劑的粒度太小，不能參與CFB灰循環(huán)，只會增加其以飛灰形式的逃逸量，降低脫硫劑利用率，從而引起脫硫效率的下降，一般脫硫劑的平均粒徑不宜小于100um。循環(huán)流化床鍋爐石灰石粒徑一般采用0—2 mm，平均為100～500um見圖5，輸煤系統(tǒng)添加石灰石3mm以下的石灰石提前與煤粉進(jìn)行混合，而且與循環(huán)物料一起多次循環(huán)反應(yīng)作為主脫硫劑，爐內(nèi)石灰石粉采用粒徑1mm以內(nèi)的，便于提高反應(yīng)速度用于短時(shí)超標(biāo)調(diào)節(jié)。
4.4加強(qiáng)爐內(nèi)脫硫設(shè)備的改造，提高其投入率
    原來石灰石粉氣力輸送管道送至鍋爐8個(gè)回料閥腿進(jìn)行添加，由于管道長短不一、石灰石粉分配不均，極易造成較長的石灰石管道堵塞，而且添加點(diǎn)處風(fēng)壓高，熱煙氣容易反竄。經(jīng)過摸索，現(xiàn)把氣力輸送管道直接改在刮板給煤機(jī)上，讓石灰石粉在未進(jìn)入爐內(nèi)就與入爐煤充分混合，其反應(yīng)周期縮短。不僅縮短石灰石粉輸送管道的距離，而且輸送壓差增大，并且石灰石輸送管道上增加壓縮空氣，提高輸送壓力，有效地減少輸送管道堵管次數(shù)和石灰石給料機(jī)的堵轉(zhuǎn)次數(shù)。
5、優(yōu)化調(diào)整，提高脫硫效率
5.1風(fēng)量的影響
    CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫反應(yīng)主要是Ca0與S02反應(yīng)生成相對惰性和穩(wěn)定的CaS04固體，反應(yīng)式如下：
    爐膛下部密相區(qū)是處于缺氧狀態(tài)，如果加大一次風(fēng)量和下二次風(fēng)，S02在爐膛下部就與Ca0反應(yīng)，延長SO2在爐內(nèi)的停留時(shí)間，與脫硫劑的接觸時(shí)間就越長，越有利于S02脫除，減少S02排放量。另外爐膛下部密相區(qū)有大量的還原性物質(zhì)CO氣體阻止CaS04的生成，如果風(fēng)量加大還原性物質(zhì)CO氣體就越少。風(fēng)量不影響折算后的SOz排放，但調(diào)整風(fēng)量會影響S02排放顯示值。
5.2爐膛溫度
    爐膛溫度主要影響石灰石的煅燒和脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。硫酸鹽化的反應(yīng)速度一開始隨溫度的升高而升高，當(dāng)床溫低于650℃時(shí)，石灰石的煅燒反應(yīng)幾乎停止，溫度越低煅燒反應(yīng)越慢，當(dāng)溫度為850℃左右脫硫反應(yīng)最佳，之后隨溫度的升高，反應(yīng)速度開始下降，這是因?yàn)檠趸�鈣的孔隙被迅速生成的CaS04堵塞而阻止了脫硫劑的進(jìn)一步反應(yīng)，而且當(dāng)溫度900℃以上后隨溫度的上升，CaS04會逆向分解出S02，進(jìn)一步降低硫酸鹽化的化學(xué)反應(yīng)速度。CFB鍋爐脫硫反應(yīng)主要發(fā)生在二次風(fēng)以上的爐膛內(nèi)稀相區(qū)域，在滿足硫分摻燒的情況下應(yīng)盡量控制分離器出口溫度不超溫900℃，不僅維持安全燃燒而且提高脫硫效率。
5.3穩(wěn)定爐膛燃燒，降低瞬時(shí)超標(biāo)次數(shù)。
    開始啟爐階段，由于300 MWCFB鍋爐啟動(dòng)時(shí)床料在630 t左右，并且都采用河沙或爐膛排除的渣，這樣在鍋爐啟動(dòng)后的循環(huán)物料中脫硫劑就非常少，加之爐膛燃燒不穩(wěn)，Ca0與S02反應(yīng)率較低，S02排放濃度較高，但隨著爐膛中石灰石的加入，循環(huán)物料中石灰石的量累積越多，一部分參加爐內(nèi)循環(huán)，一部分在旋風(fēng)分離器的作用下參加外循環(huán)，這樣反復(fù)循環(huán)利用。機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行10 h后，在爐膛、回料閥和外置床的循環(huán)物料中脫硫劑的比例已經(jīng)占相當(dāng)大的一部分，從而有效地增加了脫硫劑與S02的表面，同時(shí)生成的CaS04保護(hù)膜也因?yàn)椴粩嘣诖矁?nèi)磨損而可能剝離，使石灰石的利用大大提高。
    當(dāng)單條給煤線檢修時(shí)，為了不影響負(fù)荷，調(diào)節(jié)爐膛兩側(cè)給煤量偏差導(dǎo)致鍋爐兩側(cè)燃燒不一致，而且為了穩(wěn)定床壓給煤量小的一側(cè)風(fēng)量較大燃燒充分，脫硫劑與SOz反應(yīng)率高，另一側(cè)給煤量大而風(fēng)量卻小燃燒稍弱，脫硫劑與S02反應(yīng)較弱，這造成在調(diào)節(jié)兩側(cè)煤量偏差之初S02排放值波動(dòng)較大，但經(jīng)過30min后就恢復(fù)穩(wěn)定。這就要求調(diào)節(jié)鍋爐兩側(cè)給煤量偏差時(shí)要緩慢調(diào)節(jié)避免爐內(nèi)燃燒波動(dòng)，并提前加大投入爐內(nèi)石灰石，控制S02排放不超標(biāo)。
    當(dāng)負(fù)荷一定煤質(zhì)變化引起爐膛燃燒加強(qiáng)時(shí)，由于爐膛內(nèi)燃燒工況變化，煤量減少風(fēng)量減小、汽壓升高，引起SOz排放值瞬值增大，這時(shí)要提前調(diào)節(jié)，加大風(fēng)量穩(wěn)定燃燒，并根據(jù)鍋爐熱負(fù)荷變化提前投入石灰石。升負(fù)荷時(shí)也要緩慢調(diào)節(jié)，避免煤量大幅度波動(dòng)，引起燃燒工況劇烈變化，S02排放值瞬值增大超標(biāo)。
6、結(jié)束語
    某臺國產(chǎn)300 MW CFB鍋爐，石灰石脫硫系統(tǒng)運(yùn)行不正常，使S02的排放值達(dá)不到要求，經(jīng)過不斷探索，加強(qiáng)燃煤摻配降低人爐煤硫分，以從卸煤溝摻配一定比例的石灰石為主，已經(jīng)基本滿足了煙氣中S02排放指標(biāo)要求，同時(shí)將爐內(nèi)石灰石系統(tǒng)作為細(xì)調(diào)，在S02波動(dòng)時(shí)期及時(shí)投入，使脫硫工作做到可控在控，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)排放要求，鍋爐的脫硫效率達(dá)94. 03%，這顯示該300 MW CFB鍋爐的高效脫硫效率，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益。


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