煤是我國的主要能源之一，在燃燒過程中會排放大量的二氧化硫和氮氧化物等污染物，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計，90qo的S02是燃煤產(chǎn)生的，而S02排放量又是燃煤電廠對環(huán)境影響的一個重要因素，因此在用煤作為主要燃料的電廠，如何實現(xiàn)其高效、低污染的燃燒技術(shù)具有非常重要的意義。循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是發(fā)展較為成熟的清潔煤燃燒技術(shù)，是解決燃燒煤而產(chǎn)生的污染問題的主要方法之一。
    福建省煤炭資源品種單一，多數(shù)屬揮發(fā)分2%~4%的Ⅱ類無煙煤，其著火和燃盡t非常困難，而循環(huán)流化床鍋爐(CFB)具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、清潔燃燒等優(yōu)點成為燃用福建Ⅱ類無煙煤的首選爐型。目前，在福建省計委支持下，CFB鍋爐正向大型化發(fā)展，通過爐內(nèi)添加石灰石，在燃燒過程中脫硫，相比采用煤粉爐尾部煙氣凈化裝置進行煙氣脫硫，這種脫硫方法系統(tǒng)簡單，投資及運行費用低，脫硫效果好，還可以減少NOx排放。福建省屬于SOx、NOx排放濃度和排放總量都要控制的所謂“兩控區(qū)”，為了充分利用本省無煙煤資源又要達(dá)到“兩控”目的，采用爐內(nèi)脫硫的CFB鍋爐無疑是最好的選擇。晉江熱電廠鍋爐為東方鍋爐廠制造的DG260 -9. 81  -l型CFB鍋爐，額定蒸發(fā)量為260 t/h，壓力為9.81 MPa，鍋爐為單汽包、自然循環(huán)、CFB燃燒方式、星半露天布置，2x50 MW的抽凝機組。鍋爐的主要設(shè)計參數(shù)、煤和石灰石特性主要參數(shù)見表1、表2，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒秸稈顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
1  CFB鍋爐爐內(nèi)添加石灰石的脫硫機理
    高效脫硫是循環(huán)流化床鍋爐的一大優(yōu)點，而爐內(nèi)添加石灰石脫硫則是一種經(jīng)濟的脫硫方式，它具有設(shè)備投資省、占地面積小、能耗低、操作簡單等特點，且有較高的脫硫效率。石灰石在爐內(nèi)經(jīng)歷了煅燒和吸收氧化的過程，其反應(yīng)方程式為：
    由此可見，石灰石煅燒成Ca0要吸收熱量，而Ca0與S02及02反應(yīng)生成CaS04釋放熱量，但吸、放熱量并不相等。石灰石中的CaC03在高溫下發(fā)生分解反應(yīng)生成Ca0，然后利用Ca0與S02及02反應(yīng)，生成固體CaSO。隨爐渣、飛灰一起排出爐膛，從而實現(xiàn)固硫的目的。要提高脫硫效率，第一就是要促使第一個反應(yīng)的進行，提高Ca0的生成．第二是使Ca0與S02充分接觸，提高Ca0的轉(zhuǎn)化率（指和S02反應(yīng)的部分占總Ca0量的份額）。由于石灰石和二氧化硫反應(yīng)生成的硫酸鈣的體積大約是氧化鈣的2倍多（CaS04的摩爾體積是39.6 cm3/mol，而Ca0的摩爾體積是16.8cm3/mol)，石灰石煅燒時留下的微孔會被生成的CaSO4所堵塞，使Ca0的轉(zhuǎn)化率較低（一般低于20%）。
2、循環(huán)流化床鍋爐石灰石給料系統(tǒng)的設(shè)置方案
    石灰石給料系統(tǒng)是將石灰石順利而有效地送到爐內(nèi)，使石灰石與燃料充分均勻地混合燃燒，從而達(dá)到較佳的脫硫效果。根據(jù)實際爐型特點和場地條件，設(shè)計以下2套方案。
2.1  皮帶式石灰石輸送系統(tǒng)
    此系統(tǒng)將成品石灰石粉由皮帶輸送到煤斗，然后由給煤機通過播煤風(fēng)送進鍋爐爐膛，在爐膛內(nèi)進行混合�？梢愿鶕�(jù)入爐煤收到基硫分的變化或煙氣數(shù)據(jù)值，來改變皮帶機送粉的速度以調(diào)節(jié)石灰石的給料量。該系統(tǒng)可使用輸煤皮帶輸送石灰石粉至石灰石粉倉，結(jié)構(gòu)比較簡單，投資少。由于原煤和石灰石粉在爐內(nèi)混合不均勻，容易影響石灰石粉的利用率，石灰石粉投入量大、脫硫成本較高。
2.2爐內(nèi)混合給料系統(tǒng)
    此方案是將石灰石給料系統(tǒng)做成一個獨立的系統(tǒng)，將成品石灰石由輸送皮帶送至獨立的儲粉倉，從粉倉下來的粉料經(jīng)旋轉(zhuǎn)氣鎖閥、給料機和氣粉混合器后，由增壓風(fēng)機提供壓力風(fēng)通過回料密封管或爐膛四周的給料口送進爐膛。該系統(tǒng)較為復(fù)雜，要在鍋爐房運轉(zhuǎn)層爐側(cè)增設(shè)一儲粉倉，并相應(yīng)增加一些管路系統(tǒng)，這樣可以使石灰石與燃煤混合較為均勻，可較好地進行脫硫反應(yīng)，通過給料機對石灰石的調(diào)節(jié)也更為靈活，可以取得明顯的脫硫效果。
    綜上2種方案，對脫硫效果要求不高，可采用皮帶式輸送系統(tǒng)，一般在小型循環(huán)流化床鍋爐使用較多；對于大中型循環(huán)流化床鍋爐，則采用爐內(nèi)混合給料系統(tǒng)。晉江熱電廠采用了第2種給料系統(tǒng)，每爐配備1套爐內(nèi)石灰石脫硫系統(tǒng)，石灰石粉是通過多功能粉塵輸送車運來，并通過氣力輸送到日用倉里；經(jīng)羅茨風(fēng)機（1臺運行l(wèi)臺備用）、旋轉(zhuǎn)給料閥（進口變頻，簡稱l#閥）進入中間緩沖倉，從緩沖倉下來再經(jīng)旋轉(zhuǎn)給料閥（進口變頻，簡稱2#閥），經(jīng)風(fēng)粉混合器送至前、后墻的石灰石分配器，再通過床上2m處的下二次風(fēng)管與二次風(fēng)共同噴入爐膛。石灰石輸送系統(tǒng)如圖l所示。
3、爐內(nèi)脫硫的相關(guān)問題及解決辦法
3.1  石灰石系統(tǒng)管路的堵塞及粉倉漏粉
3.1.1原因分析、
    石灰石系統(tǒng)運行初期，發(fā)現(xiàn)投粉后煙氣S02數(shù)值雖然明顯下降，但下降到一定程度后不再下降且有波動現(xiàn)象，查電機電流、風(fēng)管風(fēng)壓正常，加大給料機轉(zhuǎn)速后有下降趨勢，但一段時間后又出現(xiàn)上述現(xiàn)象，繼續(xù)加大給料機轉(zhuǎn)速，結(jié)果還是一樣。開倉檢查發(fā)現(xiàn)石灰石粉有結(jié)塊現(xiàn)象，經(jīng)分析原因可能是：
    1)石灰石粉較細(xì)且極易吸潮，因而石灰石料倉容易結(jié)塊堵塞，造成石灰石粉下料不暢。
    2)該系統(tǒng)由于后期技改，石灰石粉倉只能設(shè)置在備用電梯井，此處靠近鍋爐的疏水箱排汽口，環(huán)境較潮濕，使石灰石吸潮結(jié)塊加劇了管路堵塞。
3.1.2解決方法
    1)在石灰石倉加裝一組空氣炮及電加熱裝置，可隨時根據(jù)需要投入空氣炮及電加熱裝置運行，結(jié)塊和給料不暢的情況大大改善。一般情況下石灰石粉堆積時間不宜太長，應(yīng)盡快用完日用倉中的料，避免料倉板結(jié)。若石灰石輸送管路堵塞，用壓縮空氣短時無法吹通，最好解列石灰石系統(tǒng)，關(guān)閉爐膛前后部手動門，敲打管路，聽聲音，確認(rèn)何處堵塞，或打開法蘭進行人工疏通。
   2)系統(tǒng)投運前后均一定要仔細(xì)檢查系統(tǒng)，清理干凈所有雜物，并按要求進行吹掃等措施都能有效解決管路堵塞。
   3)石灰石倉不是非常密封，石灰石系統(tǒng)運行或吹掃時，出現(xiàn)石灰石粉四處飛揚，車間環(huán)境污染，且增加石灰石損耗。針對此問題，我們在石灰石倉上方加裝排氣裝置及袋式除塵裝置，石灰石緩沖倉與石灰石倉加裝一根壓力平衡管，以防緩沖倉由于正壓運行而造成石灰石粉漏出。
  4)以上問題主要缺點在于設(shè)計不夠完善，所以，石灰石給料系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)結(jié)合鍋爐容量、煤質(zhì)含硫量及脫硫效率要求進行合理布置，并相應(yīng)做好輔助設(shè)備和管件的優(yōu)化配置；在設(shè)計和施工過程中，應(yīng)注意以下問題：
    a系統(tǒng)應(yīng)具有良好的密封性能，防止物料外漏。
    b系統(tǒng)要配置較為精確的計量和靈活的調(diào)節(jié)裝置，可根據(jù)煙氣中的S02排放量適時地調(diào)節(jié)石灰石給料量。
c系統(tǒng)應(yīng)考慮有效的防磨措施，同時要對石灰石顆粒磨損爐內(nèi)加熱器有相應(yīng)的防范辦法。
    ⑧系統(tǒng)要選擇合適的輸送速度，并進行阻力計算和風(fēng)機壓頭的核算。
3.2運行床溫的選取
    對于我國大多數(shù)燃燒貧煤和無煙煤的循環(huán)流化床鍋爐，只要床溫在800℃以上，是可以保證其著火和燃燒的。但揮發(fā)分含量極低的福建無煙煤，其著火溫度在900~950℃之間，因此，要保證其著火和充分燃燒，鍋爐的設(shè)計床溫為950℃左右，在實際運行時床溫則一般為950~1 050℃。因為石灰石粉進入爐膛須先有個加熱煅燒過程，才能使C02逸出和Ca0的生成，所以石灰石粉進入爐膛加熱溫度是個關(guān)鍵，最佳分解溫度為850℃左右，硫酸鹽化反應(yīng)的最佳溫度則為850—900℃，所以福建無煙煤的燃燒和脫硫在溫度匹配上存在較大矛盾。
    為解決這一矛盾，經(jīng)反復(fù)試驗總結(jié)，在保證燃燒效率的前提下，可以適當(dāng)降低床溫，將運行床溫控制在920一950℃左右，同時結(jié)合影響脫硫效率的主要因素鈣硫比、脫硫劑顆粒分布等，給出合適的脫硫參數(shù)，只要保證脫硫效率達(dá)到80%以上，加上煤在爐內(nèi)燃燒時的自脫硫能力，則總的脫硫效率可達(dá)85%以上，基于福建無煙煤的含硫量在1%以下，其S02的排放濃度完全可以滿足國家的環(huán)保要求。
3.3顆粒粒經(jīng)的選擇
    脫硫劑粒徑及粒徑分布對脫硫效率有較大影響，從反應(yīng)面積的角度看，顆粒的粒徑越小反應(yīng)面積越大，脫硫的轉(zhuǎn)化率越高，但是脫硫反應(yīng)的速度與燃燒速度相比是非常慢的。如果石灰石的顆粒粒徑太小，容易燒結(jié)，不利于吸收，在顆粒還沒有與二氧化硫反應(yīng)時就已經(jīng)被煙氣攜帶出爐膛，引起飛灰損失增大，反而造成石灰石的利用率低，石灰石被大量浪費，并增加分離器和電除塵的負(fù)擔(dān)，加重粉塵污染；如果顆粒太大，在二氧化硫擴散到顆粒內(nèi)部之前，它與顆粒表面生成的硫酸鈣已經(jīng)堵塞了擴散通道，使顆粒內(nèi)部的氧化鈣無法與二氧化硫反應(yīng)，造成石灰石的浪費。粒徑的影響最終反映在孔的結(jié)構(gòu)上，顆粒越細(xì)煅燒越快，S02與Ca0反應(yīng)也越充分，同時隨著粒徑的減小，石灰石在煅燒時由于受破碎的燃燒機械力和熱應(yīng)力作用產(chǎn)生機械孔，其孔體積迅速增加，孔深縮短，有利于S02和02的擴散，從而提高了石灰石的利用率。對特定的石灰石時，存在一個最佳的石灰石粒徑以使達(dá)到最大的利用率，最佳粒徑要視石灰石的孔隙特性和分離器的分離特性而定，如剛好與循環(huán)物料的粒徑接近時即能保證一定的循環(huán)次數(shù)，又能保證石灰石在爐膛中有足夠長的停留時間，Ca/S摩爾比也可以明顯降低。因為石灰石的粒度分布與顆粒的有效反應(yīng)面積及其在爐膛中的停留時間有關(guān)，石灰石的特性轉(zhuǎn)化率和它的粒度分布關(guān)系密切，根據(jù)對返料顆粒的研究和試驗，石灰石顆粒粒徑一般控制在150一300um之間，一方面能保證稀相區(qū)有足夠的石灰石顆粒，從而提高脫硫效率，另一方面，較細(xì)的粒徑也使脫硫反應(yīng)對溫度的敏感性減弱，可適應(yīng)燃燒福建無煙煤所需的較高床溫。石灰石粒徑偏離最佳值均會導(dǎo)致脫硫效率低下，或造成石灰石的浪費，Ca/S摩爾比增大。管理方面應(yīng)加強石灰石品質(zhì)管理，控制給料量，可參照入廠煤管理模式，管好脫硫所用石灰石粉品質(zhì)。
3.4 Ca/S摩爾比的選取
    Ca/S比是影響脫硫效率的首要因素，試驗前為了計算準(zhǔn)確隔離了鍋爐吹灰系統(tǒng)及所有排污系統(tǒng)，在額定負(fù)荷下脫硫前測得S02含量l784.8mg/m3，然后按不同Ca/S比投入石灰石粉，運行30min后根據(jù)煙氣測得數(shù)據(jù)，每10min抄表一次，取1h平均值，計算脫硫效率，其Ca/S摩爾比試驗結(jié)果見表3。由圖2可看出，Ca/S比在>2的時候脫硫效率較高，而低于2的情況下，脫硫效率下降明顯，因此，運行期間，不建議Ca/S<2。從試驗結(jié)果看，隨著Ca/S比的增加，Ca/S在2.2左右時候，脫硫的效率達(dá)82. 06%，有較高的經(jīng)濟性及脫硫效率，而NOx的排放增加數(shù)值不大，繼續(xù)增大Ca/S比，脫硫效率增幅不大，但考慮到石灰石費用，一般只要S02能達(dá)標(biāo)排放即可。另外，由于煅燒分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，會引起床溫降低，影響燃燒及增加灰渣物理熱損失，富裕的Ca0還將提高NOx的排放等等，因此，最佳Ca/S比選擇2.2左右。
4、影響脫硫效率的其它因素
    在額定負(fù)荷下，投石灰石前，S02排放量約為1700mg／m3，投石灰石后，石灰石粉供給量達(dá)3.5t/h(設(shè)計消耗量≤2.5t/h)．SO2排放量才接近400 Ing/m3左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期的脫硫效果，且石灰石粉消耗量大，費用增大。由于對整個脫硫系統(tǒng)運行情況不了解，運行調(diào)整缺少經(jīng)驗，使得脫硫效率低，達(dá)不到設(shè)計效果，根據(jù)脫硫原理，除上述因素外分析了影響脫硫的其它因素。
4.1煤種對脫硫效率的影響
    硫在燃料中的存在形式主要有FeS2有機硫( HxCgS2)、元素硫(Sx)和硫酸鹽硫等，前三者可燃，燃燒后會產(chǎn)生S02。通常在燃燒揮發(fā)分高的燃料時，石灰石顆粒捕捉S02的能力較差，只有在較高的鈣硫比的情況下才能獲得較高的脫硫效果。因此，在采購時要求煤的硫分不要太高，相比之下，可大大節(jié)省石灰石粉的消耗量，降低脫硫成本，提高鍋爐效率。福建無煙煤具有著火難、燃燼時間長、低硫、發(fā)熱量高及在燃燒中有爆裂等特點，而這些特點對爐內(nèi)加石灰石脫硫效果有促進作用。由于著火難，燃用福建無煙煤的床溫一般都控制在900℃以上，最高可達(dá)950℃，此溫度范圍恰好是脫硫效果良好的區(qū)間；Ca0與S02的反應(yīng)速度較慢，而福建無煙煤燃燼時間長就為反應(yīng)提供了足夠的時間；在高溫下會爆裂為很多細(xì)粉，增加了與石灰石粉接觸面積，有利于爐內(nèi)脫硫反應(yīng)的進行；較高的低位發(fā)熱量，也降低了添加石灰石脫硫反應(yīng)對鍋爐效率的影響。
4.2  返料量對脫硫效率的影響
    煤中的硫是以2種形式存在的：有機硫和無機硫，有機硫主要存在于揮發(fā)物質(zhì)中，當(dāng)加熱時它能很快析出，而無機硫是以Fe2S的形式存在，它的釋放速度與碳燃燒速度相近，但比揮發(fā)物質(zhì)釋放速度慢了許多倍。如果物料循環(huán)倍率提高，石灰石隨物料高倍率循環(huán)，增加了石灰石吸附粒子在燃燒室內(nèi)停留時間，無論對有機硫還是無機硫釋放出來的S02，使石灰石吸附粒子與其充分的接觸，這樣不但可以充分保證一定的脫硫效率，還可以減少石灰石吸附粒子的需要量。
    在運行調(diào)節(jié)方面應(yīng)充分利用循環(huán)流化床內(nèi)運動的特點來增加顆粒的團聚及內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)量來提高脫硫效率。運行中控制好一次風(fēng)及上、下二次風(fēng)量的配比，形成一個固體內(nèi)循環(huán)，從而提高Ca0顆粒在爐內(nèi)的停留時間，使SO2和02與Ca0顆粒充分接觸，為脫硫效率的提高創(chuàng)造良好的條件。物料循環(huán)倍率的變化在影響鍋爐燃燒效率的同時也會影響脫硫效率，返料器效率高時返料量大，循環(huán)倍率提高，也提高了煤顆粒及Ca0顆粒的循環(huán)次數(shù)，使Ca0顆粒在爐內(nèi)的停留時間增加，Ca0與SO2充分的反應(yīng)，從而提高脫硫效率。
5、添加石灰石后對鍋爐的影響
    根據(jù)循環(huán)流化床低負(fù)荷運行特點，如果先降負(fù)荷到30%負(fù)荷運行時再投石灰石系統(tǒng)，應(yīng)注意投石灰石系統(tǒng)運行前要保持較高床溫和床壓，因為系統(tǒng)投運后石灰石粉中Ca0轉(zhuǎn)化要吸收一定的熱量，且低負(fù)荷時床料相對較薄，儲熱量相對較少，容易造成床溫的大幅波動，影響鍋爐的安全運
6、總結(jié)
    260 t/h循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫需要解決的主要技術(shù)難點是燃燒與脫硫最佳溫度之間的矛盾。為了保證煤的著火和燃盡，運行床溫應(yīng)在950℃左右，在這個溫度下，選取合適的Ca/S比、脫硫劑粒徑等主要脫硫參數(shù)，使脫硫效率在80%以上，就能夠有效降低S02的排放，降低脫硫成本。通過調(diào)試及改進，解決了系統(tǒng)及設(shè)備在設(shè)計、制造和安裝中存在的問題和缺陷，改變了一些運行參數(shù)，基本掌握了系統(tǒng)設(shè)備的運行特性，整個石灰石系統(tǒng)運行狀況良好，投入率均在95%以上．鍋爐負(fù)荷在30%一100%范圍波動，石灰石系統(tǒng)仍能正常投運，煙氣的S02達(dá)標(biāo)排放，鍋爐的脫硫效果達(dá)到預(yù)期目的。
    隨著人們環(huán)保意識的加強，循環(huán)流化床鍋爐必將得到更為廣泛地發(fā)展。由于循環(huán)流化床爐內(nèi)添加石灰石脫硫技術(shù)的可行性及經(jīng)濟性，石灰石給料脫硫系統(tǒng)將會在燃用福建無煙煤的循環(huán)流化床電廠中得到更多推廣應(yīng)用，使循環(huán)流化床鍋爐清潔燃燒的優(yōu)點得以更好體現(xiàn)。


相關(guān)生物質(zhì)鍋爐顆粒機產(chǎn)品：
1、生物質(zhì)蒸鍋
2、秸稈壓塊機
3、木屑顆粒機