循环流化床锅炉强化脱硫技术的研究

张华

摘 要： 本研究通过对循环流化床锅炉燃烧过程进行分析并改进，为提高脱硫效率提供一定程度的借鉴和指导。针对锅炉燃烧过程中的不同阶段、不同因素对脱硫反应的影响，分别对石灰石投放方式、石灰石活性、床温等因素进行调控和改进，并对其脱硫反应进行统计学分析。在其他反应条件相同的基础上，采用新型石灰石投放给料方式，即混合投放方式，向石灰石中添加催化剂以及合理控制床温等方式，能够有效提升循环流化床锅炉的脱硫效率。

关键词： 脱硫技术；循环流化床锅炉；脱硫效率

前言：随着我国经济的发展，环境保护和可持续发展越加受到重视。循环流化床锅炉燃烧技术因为其技术成熟、炉内脱硫效果较好、成本低廉等诸多优点而得到了广泛应用。不过由于受到煤泥含硫量、石灰石反应活性等因素的影响和制约，循环流化床锅炉的脱硫效率、脱硫剂利用率相对偏低，无法满足现在的脱硫要求。在充分结合现有的控制方法的基础上，研究寻找可以有效提高循环流化床锅炉脱硫效率的方式方法。采用高效率的新型脱硫技术对于提高锅炉燃烧效率、减少脱硫剂消耗的强化脱硫技术对于减少二氧化硫的排放和降低脱硫成本有明显的积极作用。

1 循环流化床锅炉强化脱硫技术实施过程中出现的问题

1.1 锅炉实际燃煤含硫量实际值远高于理论最大设计值

我国现阶段所开采、使用的高硫煤炭份额很高，电厂所用燃煤含硫量远高于脱硫系统设计要求的燃煤含硫量，其含硫率是理论设计值的二倍到三倍，含硫高的燃煤燃烧后产生的二氧化硫浓度高于脱硫系统设计的最大理论浓度值。现在循环流化床锅炉脱硫技术多采用石灰石输送系统进行脱硫，该脱硫系统的脱硫效果与进口二氧化硫浓度呈负相关关系。在相同条件下，当进口二氧化硫浓度过高时，Ca/S值相对降低，导致脱硫效率降低，该系统的脱硫效果无法达到设计效果，脱硫效率会低于理论值，难以满足脱硫要求。

1.2 石灰石反应效率过低

目前估算石灰石性能的考核指标包括：碳酸钙的含量、颗粒尺寸以及石灰石在脱硫反应过程中自身的反应活性。在实际实施运行过程中，受到部分锅炉分离器效率差、运行参数设置不合理、石灰石的反应颗粒过大或者过小、石灰石脱硫反应条件不充分、炉内脱硫剂与二氧化硫接触面积小、石灰石中杂质含量高等因素的影响，导致石灰石的固硫反应的反应速率过低，反应效率低于理论值，继而降低了循环流化床锅炉的脱硫效率。

1.3 脱硫过程中床温过高或者过低

二氧化硫的含量影响着循环流化床锅炉的脱硫速率，而二氧化硫的析出速率则由循环流化床锅炉的炉膛密相区温度决定，在同等的条件下，二氧化硫的析出速率和床温呈正比关系。当床温较低时，石灰石的空隙数量会减少，空隙孔径也会缩小，此时，石灰石不能充分接触二氧化硫，反应速率明显低于要求的脱硫速率。床温相对较高时，石灰石会出现烧结的现象，烧结现象会将生成的空隙堵塞，降低二氧化硫的通过，进而影响固硫反应的发生，降低固硫反应的速率。同时，在高温状态下，通过固硫反应生成的硫酸钙会发生分解反应，重新释放出二氧化硫，影响二氧化硫的固定。

2循环流化床锅炉强化脱硫技术的改进方法

2.1 更新现有的石灰石投放方式

现在广泛采用的循环流化床锅炉的给料方式为分别给料方式，即分别向锅炉内添加煤泥和石灰石。采用常规传统投放方式，即煤泥和石灰石分别给料的方法，循环流化床锅炉的脱硫效率接近70%。石灰石固硫剂具有离散性大、密度大、易受潮结块等物理性质，投加后容易发生凝结，通过采用先混合后投加的方式，即在投加石灰石前将石灰石加入煤泥中，充分均匀混合后再投放入锅炉中进行脱硫反应。使用该种方法可以有效减少石灰石投入锅炉时凝结的形成，增大石灰石的接触面积、提高石灰石的利用率以及对二氧化硫的固定速率。石灰石在与煤泥进行了充分的混合后，固硫剂在煤泥中均匀分布，同时煤泥在投入锅炉时，所含水分会迅速蒸发，立刻干燥凝聚结团。利用煤泥的这种特性，将煤泥和固硫剂均匀混合后投入锅炉后，形成的煤泥凝聚团的内部以及表面都会均匀分布有固硫剂。同时由于凝聚结团的作用，固硫剂在锅炉内的停留时间明显长于传统投加方式的停留时间。在进行燃烧时，煤泥内均匀分布的固硫剂能够充分和二氧化硫接触并发生固硫反应，采用新型石灰石固硫剂投放方式，循环流化床锅炉的脱硫效率明显增加，脱硫效率高于80%

2.2 改善石灰石性质、提高反应活性

对石灰石进行改性，提高反应活性，提高脱硫效率、改良脱硫性能。在850℃时，用2%浓度的NaCI溶液浸泡過的石灰石脱硫率比未处理的石灰石脱硫率提高了近8%，可知在钠离子作用下，锻烧生成的氧化钙具有更大的表面积和更多的内外空隙，同时钠离子具有催化作用，可以加速石灰石固硫反应。在700℃的条件下，对石灰石在铁氧化物催化作用下的脱硫反应进行了测定，结果显示，在石灰石中加入一定量的氧化铁可以明显提高氧化钙的利用率，在氧化铁的作用下，石灰石表面的孔隙结构发生了改变，使更多的内部孔隙暴露，为固硫反应向纵深发展创造了条件。采用添加剂对石灰石进行改性，催化石灰石的固硫反应。由于在添加剂作用下，脱硫剂会发生重结晶，该种状态对脱硫剂的微观结构、固硫气固反应产生影响。

2.3 合理控制床温

经过试验论证，当床温低于800℃时，脱硫反应分解效率稍低，分解产生的二氧化硫速率低于石灰石脱硫速率，整体脱硫反应速率过低，导致脱硫装置脱硫效率较低；当床温大于950℃时，脱硫效率有所提高，但是此时床温过高，石灰石表面的孔洞空隙被堵塞，使得氧化钙不能和二氧化硫充分发生反应，不能进一步提升脱硫反应速率。同时，在高温状态下，脱硫反应速率加快，氧气消耗速率提高，此时石灰石表面氧气被耗尽，容易形成低氧环境，然而在缺氧条件下，脱硫反应已经生成的硫酸钙会重新分解，并还原成氧化钙并且释放二氧化硫，该反应会导致脱硫效率降低。根据脱硫效率与炉膛密相区温度的相对关系，当机组炉内Ca/S值恒定时，炉膛密相区床层的温度820～860℃之间，是脱硫反应进行较为合适的温度，该床温下循环流化床锅炉脱硫效率可以保持稳定反应并达到最高反应效率。

3 讨论

为满足当下环保要求，需要对传统的循环流化床锅炉脱硫技术进行改进。通过对循环流化床锅炉脱硫原理和过程的分析，可知降低脱硫效率的原因主要有石灰石投放给料方式不合理、脱硫反应过程中石灰石反应活性低以及循环流化床锅炉炉膛密相区温度不合适。针对以上因素，拟采用石灰石混合投放方式进行给料，此方法可以提高反应过程中固硫剂与二氧化硫的反应时间，使得脱硫反应可以充分进行。同时采用添加催化剂的方法提高石灰石的反应活性，降低固硫反应发生的难度、提高固硫反应速率。合理控制床温，使脱硫反应和固硫反应能够高效率的进行，保证整体的脱硫效率最大化。采用此改进方法，可以明显提升循环流化床锅炉脱硫效率，满足环保需求。■

参考文献

[1]郭小江，马海丽.伊泰锅炉循环流化床烟气脱硫技术研究[J].洁净煤技术，2014，20（6）：122-124.

[2]李珂，王印松.循环流化床锅炉脱硫技术与改进控制方法设计[J].国网技术学院学报，2016，19（6）：53-56.