摘要:結(jié)合兗礦國宏化工公司2臺160 t/h循環(huán)流化床鍋爐脫硫工藝,從脫硫效率、系統(tǒng)維護、運行成本等方面進行循環(huán)流化床鍋爐傳統(tǒng)干法脫硫缺陷分析,提出了系統(tǒng)改進措施。

關(guān)鍵詞: CFB鍋爐,干法脫硫,缺陷,改進

循環(huán)流化床(CFB)鍋爐燃燒溫度較低,可有效控制煤燃燒過程中產(chǎn)生NOx ,還可直接將石灰石加入爐膛內(nèi)進行脫硫,且具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高等優(yōu)點,因而得到廣泛應(yīng)用。但CFB鍋爐的傳統(tǒng)干法脫硫方式是將石灰石粉直接摻入燃煤中,隨同燃料一起進入爐膛進行脫硫,或者向爐膛密相區(qū)加入粒徑約1mm的石灰石粉進行脫硫,脫硫效率很低,難以達到環(huán)保要求。

1　CFB鍋爐脫硫工藝分析

1. 1　脫硫工藝流程

兗礦國宏化工公司鍋爐原設(shè)計脫硫系統(tǒng)流程為:石灰石粉先送到受料坑,經(jīng)電磁振動喂料機送入斗式提升機垂直提升29m,然后轉(zhuǎn)入水平方向的鑄石刮板機,再通過電液推桿平板閘門進入石灰石倉。石灰石倉內(nèi)的石粉通過圓盤給料機進入鍋爐給煤機,隨同燃料煤進入鍋爐爐膛。

1. 2　石灰石成分

兗礦國宏化工公司脫硫用石灰石入爐粒度要求不大于1mm,設(shè)計石灰石成分見表1。

2　系統(tǒng)缺陷分析

2. 1　石灰石輸入方式及設(shè)備缺陷分析

石灰石粉通過給煤機隨同燃煤一起進入爐膛。當(dāng)鍋爐為正壓給煤,石粉進入給煤機的手動插板閥打開時,熱煙氣會從爐膛內(nèi)反串出來經(jīng)插板閥縫隙噴出,使大量石粉及細小煤粉外泄,不僅污染環(huán)境, 且浪費原料;即使插板閥密封嚴實,由于給煤機內(nèi)呈正壓狀態(tài),石灰石粉下料不暢,造成脫硫系統(tǒng)調(diào)節(jié)困難,達不到預(yù)期的脫硫效果。

煤中水分在鍋爐反串熱煙氣的烘烤下蒸發(fā),與細煤粉一起形成煤泥狀,粘結(jié)在下料管內(nèi)壁,嚴重影響石灰石下料,甚至堵塞管道。再者,爐前給石灰石的脫硫系統(tǒng)大量采用刮板、鏈條,如斗提機鏈條長度約85m且垂直安裝,所以,運行中極易發(fā)生斷鏈或卡鏈等設(shè)備事故。該廠石灰石系統(tǒng)的斗提機在連續(xù)運行不到48 h就發(fā)生過2 次斷鏈及鏈條磨損導(dǎo)致軸承不傳動等事故,檢修頻繁、操作難度大。

2. 2　脫硫反應(yīng)部位不適宜

由于鍋爐自身燃燒風(fēng)量、負壓等因素影響,直接將石灰石摻入燃煤進入鍋爐爐膛密相區(qū)內(nèi),石灰石無法形成很好的流場,不能充分與SO2 接觸并發(fā)生反應(yīng),而且,爐膛密相區(qū)也不能提供最佳的脫硫反應(yīng)條件(溫度、流場、接觸面積等) 。

對爐膛內(nèi)煙氣成分分析發(fā)現(xiàn),在密相區(qū),固態(tài)硫反應(yīng)產(chǎn)生的主要是H2 S,而SO2 主要是在O2 充足的二次風(fēng)上部至爐膛出口區(qū)域產(chǎn)生。同時,由于加入的石灰石粒徑較大,脫硫氣固反應(yīng)的表面積減小,導(dǎo)致爐膛下部密相區(qū)的脫硫效果非常差。此外,該區(qū)域反應(yīng)溫度高,石灰石與SO2 反應(yīng)生成的CaSO4 會重新分解成CaO和SO2 ,使得脫硫效果變差。

2. 3　石灰石耗量大,運行成本高

首先,從國內(nèi)同類型循環(huán)流化床鍋爐脫硫效果看,如果要達到一定的脫硫效果,必須長時間連續(xù)不斷地添加石灰石粉。大量的石灰石會在料層中分解,造成床溫下降,影響鍋爐負荷,并且石灰石耗量大,會使Ca /S摩爾比增大,運行成本增加。

其次,大量的石灰石粉直接進入密相區(qū)發(fā)生反應(yīng)生成CaSO4 ,鍋爐放渣量會增大,增加了灰渣物理熱損失,影響燃燒工況。該廠鍋爐滿負荷運行時石灰石給料量設(shè)計值為1. 8 t/h,在達到設(shè)計鈣硫摩爾比2. 5、脫硫效率90%的情況下,與不加石灰石相比,鍋爐要多放渣1. 5 t/h左右,由此加大了運行人員的勞動強度,加快了鍋爐輔機(冷渣、輸渣系統(tǒng)) 的磨損,同時也加劇了鍋爐受熱面的磨損,影響了循環(huán)流化床鍋爐的運行周期。

3　系統(tǒng)改進

3. 1　技改方案

(1)改變石灰石輸入方式及輸入部位。將石粉通過氣力輸送方式加入爐膛密相區(qū)上部煙氣側(cè)。此種輸入方式可以達到以下效果:一是保證了石粉的均勻輸入,便于脫硫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制;二是保證石粉與煙氣充分混合以達到較高的脫硫效率。根據(jù)爐膛內(nèi)溫度場的分布,石粉輸入點設(shè)在鍋爐前后墻二次風(fēng)支管部位最為合適,此點溫度一般在900 ℃左右, 處于石灰石與SO2 最佳反應(yīng)溫度區(qū)域,且從二次風(fēng)口氣力輸入的石粉,進入爐膛后能與煙氣充分混合, 并有充足的反應(yīng)時間。

(2)減小脫硫劑粒徑。由試驗結(jié)果得知,脫硫劑粒徑在200～250目時,可以有效增大脫硫氣固反應(yīng)的表面積,提高脫硫效率。

3. 2　試驗過程

2008年6月,我們在2號爐上進行技改試驗。 6月4日16 ∶30,煙氣在線檢測顯示SO2 質(zhì)量濃度 540mg/m3 ,此時開始向2號爐內(nèi)輸送石灰石粉,大約5min后,煙氣SO2 質(zhì)量濃度為450mg/m3 ; 10min 后為386mg/m3 ,同時在2 號爐尾部煙道引風(fēng)機入口處就地檢測SO2 質(zhì)量濃度為356mg/m3 ,達到排放標準。17 ∶30, 在線檢測顯示煙氣中SO2 為 248mg/m3 ,就地實測為120mg/m3。18 ∶40 停止石灰石供料,試驗結(jié)束。試驗期間,我們對鍋爐的運行參數(shù)進行了檢測,結(jié)果表明,試驗未對鍋爐運行造成較大影響。

4　結(jié)語

從本次技改試驗結(jié)果看,基本消除了循環(huán)流床鍋爐傳統(tǒng)干法脫硫工藝的缺陷。

(1)減少了石灰石的消耗量,同時降低了鍋爐運行人員的勞動強度。

(2)減少了鍋爐輔機(冷渣、輸渣系統(tǒng))和鍋爐受熱面的磨損,延長了鍋爐運行周期,同時也降低了鍋爐維修費用。

(3)提高了鍋爐煙氣脫硫效率,實現(xiàn)了達標排放,取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

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