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燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内脱硫若干相关问题探讨

发布时间：2011/3/29 阅读次数：1860 字体大小: 【小】【中】【大】

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燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内脱硫若干相关问题探讨

过伟丽何宏舟邹峥俞建洪
集美大学机械工程学院，厦门 361021

摘要分析燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内脱硫技术相关的若干问题，如脱硫效率，脱硫对灰渣利用、烟尘排放和脱硝等的影响。指出燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内脱硫存在有最佳钙硫比，开发脱硫灰渣综合利用新技术是推动CFB锅炉炉内脱硫技术应用的关键。

关键词 CFB锅炉; 福建无烟煤; 炉内脱硫

引言
CFB锅炉被公认是燃烧福建无烟煤的最佳炉型，近年来在我省的应用发展很快，正往大型化方向快速发展，目前已投运有60多台，总蒸发量达 2500 t/h以上。CFB锅炉技术在我省的能源工业与经济建设发展中正扮演着越来越重要的角色。
通过向炉内添加石灰石， CFB锅炉可方便地实现在燃烧过程中脱硫。这种脱硫工艺具有操作方便、投资及运行费用低，脱硫效果好等特点。据了解，我省新投产的CFB锅炉一般均设计有炉内脱硫技术并配备有电除尘设备。但因种种原因，目前炉内脱硫技术在绝大多数已投运的CFB锅炉中尚未被应用。随着我省走可持续发展道路政策的贯彻落实，环保要求日益严格，燃煤脱硫势在必行。所以，研究影响CFB锅炉炉内脱硫的因素，探讨消除脱硫带来的负面影响，使CFB锅炉的脱硫优势真正得到发挥，对于推广炉内脱硫技术、实现福建无烟煤的洁净燃烧显然具有积极意义。

1. 脱硫效率
燃烧福建无烟煤的CFB锅炉一般采取了低循环倍率、低流化速度和高炉膛高度、高燃烧温度等设计运行手段，以保证锅炉的燃烧效率。一般燃烧室的实际运行温度在950~1050℃之间，远高于公认的最佳脱硫温度850℃，这使得燃烧福建无烟煤CFB锅炉的炉内脱硫效率不高。工业试验发现^[1] ，当钙硫比为2.5左右时，实际脱硫效率（定义为

）尚不到40％。但由于福建无烟煤自身的含硫量较低（＜0.5%），即使在没有采用其它脱硫措施的情况下，由于燃烧中灰的自脱硫作用，其排放浓度也并不高（800~ 1500 mg/Nm³）。所以，采用炉内添加石灰石的脱硫技术后，当钙硫比大于2.5时，可以将SO₂排放浓度控制在国家规定的400mg/Nm³排放标准以下。

另外，研究发现^[2] ，燃烧福建无烟煤CFB锅炉的炉内脱硫效率随着钙硫摩尔比的增加而增加，其炉内脱硫效率与钙硫摩尔比的关系曲线为下凹型（图1），即当钙硫比较小时，脱硫效率随钙硫比的增加而缓慢增长；只有当钙硫比增加到一定值后，脱硫效率才会随钙硫比的增加而明显提高。这一点有异于大多数燃烧烟煤和褐煤的CFB锅炉（其炉内脱硫效率与钙硫摩尔比的关系曲线为上凸型（图2），即在较小的钙硫比条件下，脱硫效率随钙硫比的增加而迅速增加；当钙硫比增大到一定值时，继续增加钙硫比对提高脱硫效率的贡献不大^[3] 。由于脱硫效率不可能随钙硫比的增加而无限增大，因此下凹型曲线必存在有拐点即存在有最佳钙硫摩尔比，使得当钙硫比小于此值时，脱硫效率随钙硫比的增加而快速提高，而钙硫比大于此值时，脱硫效率随钙硫比的增加而缓慢提高。这一点在燃烧西荼无烟煤的江西分宜电厂也得到了证实。由于“福建无烟煤”是一个广义概念，不同福建无烟煤之间的燃烧性质也有较大差别，在实际应用中，最佳钙硫比还应根据具体煤种通过工业试验求取。

2. 灰渣利用
脱硫会影响CFB锅炉的灰渣利用。一方面，脱硫会增加灰渣的数量。由于每燃烧1 吨煤通常要加入1/3~1/2吨的石灰石进行脱硫，因此与同容量的普通煤粉炉相比，流化床锅炉在脱硫情况下所产生的灰渣要多出30％~40％左右。同时，脱硫还会改变灰渣的性质。CFB锅炉炉内脱硫后产生的灰渣与不脱硫的灰渣相比，所含的物质成分与特性均有较大差异。由于目前各类脱硫技术大多使用钙基脱硫剂，如采用石灰石或直接用生石灰，通过其煅烧产物CaO与SO₂的反应生成硫酸钙或亚硫酸钙使煤中的硫得以固化而随灰渣排出，因此脱硫灰渣中的硫酸钙或亚硫酸钙含量比没有脱硫时要高得多；另外，为达到满意的脱硫效率， CFB锅炉设计的钙硫比一般都大于2，因此脱硫后灰渣中都含有一定比例没有反应的游离CaO。表1为厦门海沧新阳热电厂（燃烧福建龙岩无烟煤）炉内脱硫前后灰渣的成份变化情况。由表 1 可见，脱硫灰和渣的钙（CaO）含量远高于没有经过脱硫的灰渣。

迄今为止，燃烧福建无烟煤CFB锅炉所产生的灰渣由于含碳量较高，仅用于烧砖或作道路回填材料，影响了灰渣的综合利用经济价值。在采用一些降低飞灰碳的技术措施后，可考虑作为建材资源如水泥混合材或混凝土掺合料。但脱硫灰渣的成份变化会带来其作为水泥混合材时的强度和膨胀特性方面的变化。一方面，由于CaO的水化以及由CaSO₄参与的水化反应会生成强度较高的Ca(OH)₂和一些水泥水化矿物如钙矾石等，添加含有一定数量CaO和CaSO₄的流化床脱硫灰渣的水泥（混凝土）具有较强的水硬性能，强度大为提高。但与此同时，由于脱硫反应造成了灰渣中CaO颗粒大多被致密的CaSO₄外壳包裹着，CaO的水化所需时间很长，加上CaO水化成Ca(OH)₂后体积会大为增加，灰渣会不断膨胀，却也会导致水泥性能不稳定甚至强度被破坏，大大限制了脱硫灰渣在工程上的应用。另外，根据国家标准规定，水泥中SO₃的含量不能超过3.5％，而脱硫灰渣中SO₃含量较高（大于10％），因此，不经处理的脱硫灰渣也很难作为水泥的混合材使用。目前，开发适合于脱硫灰渣综合利用的新技术已成为推动CFB锅炉炉内脱硫技术应用的关键。

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