循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫系統(tǒng)存在問題及優(yōu)化脫硫方案

通過對大中小型循環(huán)流化床鍋爐的脫硫石灰石輸送系統(tǒng)設(shè)計及運行情況分析，提出循環(huán)流化床鍋爐實際脫硫過程中存在的諸多問題及技術(shù)因素和經(jīng)濟因素，指出了循環(huán)流化床鍋爐煙氣可以達標排放的更可靠、更實用、更經(jīng)濟的優(yōu)化脫硫方案。
[關(guān)鍵詞] 循環(huán)流化床鍋爐 脫硫固化劑 優(yōu)化 脫硫
0 　前言
　　循環(huán)流化床鍋爐具有效率高、燃料適應(yīng)性廣、負荷調(diào)節(jié)靈活、環(huán)保性能好等優(yōu)點，近年來發(fā)展非常迅速，技術(shù)日趨成熟。隨著我國對環(huán)保要求越來越高，環(huán)保電價政策的出臺，國內(nèi)一些擁有循環(huán)流化床鍋爐的電廠正在抓緊改造或新加脫硫裝置。
　　近幾年，一些采用循環(huán)流化床鍋爐的電廠還是被環(huán)保部門堅決要求進行鍋爐尾部煙氣脫硫，主要原因就是CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫的效率令人懷疑。傳統(tǒng)的粗糟的爐內(nèi)脫硫系統(tǒng)設(shè)計及設(shè)備制造使脫硫效率低下，同時脫硫固化劑的消耗量卻非常可觀，即使采用廉價的石灰石脫硫也使發(fā)電成本顯著增加。加之出現(xiàn)了鍋爐灰渣的綜合利用受到脫硫固化劑品種的影響，有的電廠只能將灰渣當做廢品的廢品拋棄掉。
　　更可靠、更實用、更經(jīng)濟的CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方案的重點是強化系統(tǒng)防堵設(shè)計、合理布置爐膛接口、選擇合適脫硫固化劑，能夠保證循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硫效率90%以上，煙氣能夠達標排放，灰渣能夠綜合利用。下文中按習(xí)慣稱呼的石灰石（粉）實際上泛制指脫硫固化劑（粉）。
1 　循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)煙氣脫硫特點
　　循環(huán)流化床（CFB）鍋爐爐內(nèi)穩(wěn)定的870℃左右的溫度場使其本身具有了爐內(nèi)煙氣脫硫條件，爐外的脫硫裝置實際上就是石灰石的制粉、存儲及輸送系統(tǒng)，并科學(xué)經(jīng)濟實用地選擇脫硫固化劑。
一般電廠大多是外購滿足要求的石灰石粉，由密封罐車運至電廠內(nèi)，通過設(shè)置于密封罐車上的氣力卸料系統(tǒng)將石灰石粉卸至石灰石粉儲倉。在石灰石粉儲倉底部，安裝有氣力輸送系統(tǒng)，將石灰石粉通過管道輸送至爐膛進行SO₂吸收反應(yīng)。
　　循環(huán)流化床脫硫的石灰石最佳顆粒度一般為0.2～1.5mm，平均粒徑一般控制在0.1～0.5mm范圍。石灰石粒度大時其反應(yīng)表面小，使鈣的利用率降低；石灰石粒徑過細，則因現(xiàn)在常用的旋風分離器只能分離出大于0.075mm的顆粒，小于0.075mm的顆粒不能再返回爐膛而降低了利用率（還會影響到灰的綜合利用）。循環(huán)流化床鍋爐與其分離和返料系統(tǒng)組成外循環(huán)回路保證了細顆粒（0.5～0.075mm的CaC₂O₃、CaO、CaS₂O₄等）隨爐灰一起的不斷循環(huán)，這樣SO2易擴散到脫硫劑核心，其反應(yīng)面積增大，從而提高了循環(huán)流化床鍋爐中石灰石的利用率。0.5～1.5mm粒徑的顆粒則在循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)進行內(nèi)循環(huán)，被上升氣流攜帶上升一定高度后沿爐膛四面墻貼壁流下又落入流化床。循環(huán)流化床鍋爐運行時較經(jīng)濟的Ca/S比一般在 1.5～2.5之間。
　　脫硫固化劑的選擇問題。一般情況下電廠大多選擇石灰石作為脫硫固化劑是基于其來源廣泛、價格低廉且脫硫效率較高。也可以因地置宜地選擇石灰、氧化鋅、電石渣等作為脫硫固化劑，不同的脫硫固化劑產(chǎn)生的硫酸鹽性能有所不同，影響到灰渣的綜合利用性能。
　　石灰石粉特性：研磨后石灰石粉顆粒棱角, 硬度高；石灰石粉對壓縮空氣分子的親和力差，逸氣性強；粒度分布差別較大(20um-1.5mm)；堆積密度較大(1.3t/m³左右)；吸水性高，粘度大；；對輸送管道的磨損較大；氣力輸送的懸浮速度梯度較大，流態(tài)化性能差，氣力輸送的狀態(tài)極不穩(wěn)定（屬于難輸送物料）；石灰石粉顆粒容易沉積；吸潮板結(jié)，造成堵管。
　　石灰石系統(tǒng)投運后出現(xiàn)的主要問題：采用壓縮空氣輸粉時，壓縮空氣中帶水，使石灰石受潮、結(jié)塊；送粉管道細長，中途彎頭部位易堵；投入石灰石后，床溫會下降、床壓迅速上漲；冷渣器排渣量增大。
2 　電廠各種石灰石粉存儲及輸送系統(tǒng)的特點及存在問題
2.1 兩級料倉石灰石輸送系統(tǒng)
2.1.1 兩級料倉石灰石輸送系統(tǒng)為早期循環(huán)流化床鍋爐采用的經(jīng)實踐證明大多不太成熟的常規(guī)方案，國內(nèi)電廠安裝的較多。
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　　系統(tǒng)分為石灰石粉庫（鍋爐房外）至中間粉倉的前置段輸送和中間粉倉至鍋爐爐膛的后置段輸送兩個部分。前置段輸送采用空壓機做為輸送用氣動力源進行定容間斷輸送；后置段輸送采用石灰石（羅茨）風機做為輸送用氣動力源進行可定量調(diào)整的連續(xù)輸送。
　　(1）兩級料倉石灰石輸送干式噴鈣爐內(nèi)煙氣脫硫系統(tǒng)主要是由儲料倉、正壓栓流式氣力輸送系統(tǒng)、爐前倉、噴吹系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成。物料采用罐車壓送到儲料倉，再由正壓栓流式氣力輸送系統(tǒng)輸送至爐前倉，最后經(jīng)噴吹系統(tǒng)吹送入爐膛。整個系統(tǒng)采用PLC程序控制。
　　(2）儲料倉一般布置在零米層，可儲存一臺爐三天的用量，下部設(shè)有流化裝置以防止石灰石粉結(jié)塊，頂部設(shè)有除塵器及壓力真空釋放閥。
　　(3） 爐前倉布置在鍋爐附近，實際為一緩沖倉，它接受儲料倉的來粉，依靠重力自流卸粉。爐前倉頂部設(shè)有除塵器及庫頂管箱，還設(shè)有高低料位，其下部還設(shè)有電加熱板以防止石灰石粉結(jié)塊。
　　(4）輸送系統(tǒng)是以空壓機作為動力源，采用高密度的低壓栓流式輸送，將物料從發(fā)送器以灰栓形式由管道輸送至爐前倉。輸送系統(tǒng)由發(fā)送器、進出料閥、補氣閥、管路等組成。
　　(5） 噴吹系統(tǒng)是以羅茨風機作為動力源將石灰石粉吹入爐膛，由羅茨風機、管路、彎頭、噴射器、混合器、螺旋給料機、葉輪式旋轉(zhuǎn)給料閥及插板門等組成。石灰石粉給料量由葉輪式旋轉(zhuǎn)給料閥通過變頻調(diào)速器根據(jù)鍋爐燃燒需用量進行調(diào)整，也可由螺旋給料機進行調(diào)整。
　　(6）主要技術(shù)參數(shù)： 氣灰比：～1:3.5，鈣硫比：～2.2:1，脫硫效率：85～90%。
2.1.2防止爐前石灰石粉輸送系統(tǒng)堵塞采用技術(shù)措施
　　(1）用電加熱器（根據(jù)氣候特點選用）：將石灰石風機送出的風加熱到一定溫度，使輸送管路中的物料順暢流動。
　　(2）用氣化裝置：安裝在粉倉底部，加熱過的空氣通過陶瓷多孔板使干燥的粉粒狀的物料流化，增加物料的流動性，防止物料板結(jié)、起拱。
　　(3）在噴射供料器上增設(shè)備用風，風源為壓縮空氣。防止在輸送風壓不足時石灰石輸送系統(tǒng)堵塞。
2.1.3上述石灰石輸送系統(tǒng)屬于間斷輸送。在電廠實際運行中，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：
　　(1）向爐膛輸粉的給料量無法保證均勻、連續(xù)：石灰石粉的粒度、濕度等特性極易隨環(huán)境因素變化，石灰石從中間倉進入螺旋給料機時是不均勻、不連續(xù)的。 螺旋給粉設(shè)備一般較易磨損，帶來的后果是：關(guān)閉不嚴，泄漏嚴重；當通往爐膛的石灰石管路不暢時，石灰石風機風有可能倒灌到爐前石灰石倉，導(dǎo)致給料困難。
　　(2）石灰石粉較細且極易吸潮，因而石灰石料倉容易結(jié)塊堵塞，造成石灰石粉下料不暢；
　　(3）旋轉(zhuǎn)給料閥易磨損；
　　(4）間斷輸送，易在管道中產(chǎn)生細粉的沉積；
　　(5）使用爐前中間倉當做兩相流中繼輸送間的連接和緩沖，系統(tǒng)處理量過大，而且系統(tǒng)較為復(fù)雜，所需設(shè)備管道較多，故障點也多；
　　(6）整個系統(tǒng)消耗功率大；
　　(7）需設(shè)爐前中間倉（在電廠煤倉間15-30m標高之間），土建投資大；
　　(8）初期投資大、運行成本高。
現(xiàn)新建電廠設(shè)計或投產(chǎn)電廠的改造不宜再選用此兩級料倉石灰石輸送系統(tǒng)。
2.2單級料倉連續(xù)石灰石輸送系統(tǒng)
　　外購滿足要求的石灰石粉（粒徑小于1.5mm），由密封罐車運至電廠內(nèi)，通過設(shè)置于密封罐車上的氣力卸料系統(tǒng)將石灰石粉卸至石灰石粉儲倉。在石灰石粉儲倉底部，安裝有氣力輸送系統(tǒng)，石灰石粉由高壓空氣通過管道直接輸送至爐膛進行SO2吸收反應(yīng)。采用連續(xù)運行方式，每套輸送系統(tǒng)正常出力不小于一臺鍋爐燃用設(shè)計煤種BMCR時爐內(nèi)脫硫所需石灰石粉量的150%。
　　單級料倉循環(huán)流化床鍋爐石灰石輸送系統(tǒng)按噴射給料機的標高不同分為0米層發(fā)送單級料倉石灰石輸送系統(tǒng)和約15米層發(fā)送單級料倉石灰石輸送系統(tǒng)，按輸送動力氣源分為壓縮空氣、60-80KPa高壓風（又分為單獨羅茨風機或利用鍋爐高壓流化風機）、熱一次風等系統(tǒng)。
　　可以根據(jù)用戶循環(huán)流化床鍋爐的具體情況和系統(tǒng)設(shè)計特點，如個各個風（一次、二次、高壓流化、播煤等風）的壓力流量、各風與爐膛接口的標高、數(shù)量等進行優(yōu)化設(shè)計，定出最佳方案，給用戶提供更可靠、更實用、更經(jīng)濟的石灰石（脫硫固化劑）粉存儲及輸送系統(tǒng)優(yōu)化方案。
　　系統(tǒng)特點：系統(tǒng)由螺旋計量給料裝置、自控旋轉(zhuǎn)給料閥、壓力式噴射給料裝置、鼓風送風裝置以及管道分配器等組成。可以根據(jù)用戶現(xiàn)場的實際需要選擇不同的系統(tǒng)配置。采用針對循環(huán)流化床鍋爐脫硫?qū)ｉT研制的注料泵（或噴射泵），該設(shè)備安裝在位于鍋爐房（附近）外側(cè)的石灰石粉庫下，可根據(jù)鍋爐的運行工況，通過變頻電機實現(xiàn)無級調(diào)速控制，將石灰石粉定量、連續(xù)、均勻地一次送入鍋爐爐膛。
　　　　　　　　　　　　
與常規(guī)間斷輸送相比，直接連續(xù)輸送系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：
　　(1）投資成本低:一級輸送，設(shè)備少，耗氣小，投資降低，便于優(yōu)化布置；
　　(2）可靠性高: 由于設(shè)備減少，系統(tǒng)出故障的幾率減小，維護量小；
　　(3）給料均勻、連續(xù)、提高了輸送可靠性；
　　(4）系統(tǒng)出力調(diào)節(jié)方便、調(diào)節(jié)范圍大: 通過稱重模塊可清楚知道系統(tǒng)出力，通過變頻電機無級調(diào)速，調(diào)整系統(tǒng)出力；
3　對單級料倉連續(xù)石灰石輸送系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計與改進
　　單級料倉連續(xù)輸送石灰石系統(tǒng)雖較兩級料倉石灰石輸送系統(tǒng)有所簡化，投資較省，但氣源和發(fā)送方式的選擇性較大，還需在提高系統(tǒng)可靠性進一步優(yōu)化設(shè)計。可以根據(jù)用戶循環(huán)流化床鍋爐的具體情況和系統(tǒng)設(shè)計特點，如個各個風（一次、二次、高壓流化、播煤等風）的壓力流量、各風與爐膛接口的標高、數(shù)量等進行優(yōu)化設(shè)計，定出最佳方案，給用戶提供更可靠、更實用、更經(jīng)濟的石灰石（脫硫固化劑）粉存儲及輸送系統(tǒng)和脫硫優(yōu)化方案。
3.1設(shè)計改進特點
　　(1）料倉：在料倉內(nèi)壁上增加設(shè)計高壓熱風氣化板。
　　(2）螺旋計量給料裝置（自控旋轉(zhuǎn)給料閥）：增加防漏風措施。
　　(3）噴射式供料器：在管道正壓運行時能維持吸料口微負壓。
　　(4）高壓風裝置：根據(jù)現(xiàn)場的實際情況選高壓羅茨風機（或空壓機）。設(shè)計風加熱裝置以確保整個系統(tǒng)能用熱風吹掃。
　　(5） 防凍設(shè)計：對粉倉、設(shè)備、管道都設(shè)計保溫層。石灰石粉倉系統(tǒng)的電加熱器能保證在氣候極端潮濕的情況下，脫硫劑粉不發(fā)生結(jié)塊，以防止堵料。
　　由于石灰石粉比較細、且易受潮結(jié)塊，所以要求粉倉嚴密；又由于粉倉嚴密，當粉倉靜壓低、給粉機靜壓高時，石灰石粉會倒灌，所以粉倉的設(shè)計按用熱風維持正壓運行。
3.2輸送動力氣源的優(yōu)化選擇方案
　　輸送動力氣源可以選擇：壓縮空氣、單獨羅茨風機60-80KPa高壓風、利用CFB鍋爐高壓流化風、利用CFB鍋爐熱一次風。在輸送動力氣源的選擇上首先要盡量利用電廠現(xiàn)有的資源，看看電廠CFB鍋爐的哪些風富裕量比較大，然后合理選擇。利用CFB鍋爐高壓流化風和熱一次風是最經(jīng)濟的方案。使用熱一次風作為輸送動力氣源的前提是在約15米層設(shè)置發(fā)送料裝置同時采用無中間倉的發(fā)送系統(tǒng)。
3.3發(fā)送料裝置標高的優(yōu)化選擇方案
　　單級料倉脫硫固化劑輸送系統(tǒng)按噴射給料機的標高不同分為0米層發(fā)送單級料倉脫硫固化劑輸送系統(tǒng)和15米層發(fā)送單級料倉脫硫固化劑輸送系統(tǒng)。在15米層設(shè)置發(fā)送脫硫固化劑裝置使粉倉的高度提升，需同時采用無中間倉的發(fā)送系統(tǒng)才能降低這個高度，然后便于利用CFB鍋爐高壓流化風或熱一次風作為輸送動力氣源，總體上避免系統(tǒng)復(fù)雜化，降低工程造價。
　　在0米層設(shè)置單級發(fā)送裝置，若采用無中間倉的發(fā)送系統(tǒng)則發(fā)送裝置的實際設(shè)置標高約提升到5米料，同時盡力將粉倉布置在CFB鍋爐房附近，就可避免使用壓縮空氣輸送而采用單獨羅茨風機60-80KPa高壓風或利用CFB鍋爐高壓流化風作為輸送動力氣源。總體上避免系統(tǒng)復(fù)雜化，提高了可靠性，還可降低工程造價。
3.4發(fā)送料裝置的優(yōu)化選擇方案
　　發(fā)送料裝置目前有多種形式：倉泵、噴射器、三通式混合器、強力噴射泵、料封泵、倉螺體等。
　　不外呼通過氣體的高速射流造成低氣壓腔體抽吸自由下落的脫硫固化劑粉末，形成氣固兩相流。氣灰比：～1:3.5。
3.5 中間收料給料小倉的優(yōu)化選擇方案
　　 按有無中間倉來劃分發(fā)送料系統(tǒng)則有三中：具有一個中間倉的發(fā)送料系統(tǒng)、具有兩個中間倉（收料給料倉）的發(fā)送系統(tǒng)、沒有中間倉的發(fā)送系統(tǒng)。究竟哪一種更可靠、更實用，這與發(fā)送料裝置的選型、倉料干燥方式及輸送動力氣源的優(yōu)化選擇有關(guān)，需綜合考慮，才能確定出一種更可靠、更經(jīng)濟實用的方案。沒有中間倉的發(fā)送系統(tǒng)當然是最簡單的系統(tǒng)，但要在最可靠性上充分考慮采取有效措施，主要是合理解決倉料干燥方式和料倉的背壓問題。
　　　　　　　　　　　　　　　　
3.6 石灰石粉與鍋爐接口的優(yōu)化選擇方案
　　 脫硫固化劑與鍋爐的接口即脫硫固化劑氣固兩相流噴入CFB鍋爐的位置，這對脫硫效果也有一定影響。國內(nèi)CFB鍋爐脫硫固化劑與鍋爐的接口方式主要有：在爐墻下部上專門開孔、在回料斜腿上部開孔噴入循環(huán)灰內(nèi)部、在上下二次風管彎頭處接口噴向二次風口、在落煤管處充當播煤風隨煤噴入爐膛。不同制造廠的不同容量的CFB鍋爐上述各個接口的標高都不僅相同，到底哪個接口方式才能最有效地提高脫硫效果，不能一概而論。總之要使脫硫固化劑同時從不同標高進入CFB鍋爐爐堂，使脫硫固化劑粉彌漫在整個爐堂空間最充分地煅燒和與SO2接觸反應(yīng)。
?? 要考慮CFB鍋爐背壓對脫硫固化劑輸送系統(tǒng)的影響，在接口處設(shè)計成三通式負壓吸入口。
3.7 石灰石粉倉內(nèi)防潮的優(yōu)化選擇方案
?? 　脫硫固化劑粉倉內(nèi)的防潮問題現(xiàn)在是簡單的采用密閉的辦法，出現(xiàn)了粉倉內(nèi)背壓波動甚至為負的情況，影響到脫硫固化劑粉的可靠輸送。采用粉倉密閉的辦法導(dǎo)致了中間倉（收料給料倉）的出現(xiàn)，使系統(tǒng)和控制更加復(fù)雜，操作和維護量加大。優(yōu)化選擇的解決辦法是粉倉的設(shè)計按用熱風維持正壓運行。
3.8 脫硫固化劑的優(yōu)化選擇方案
　　 脫硫固化劑的優(yōu)化選擇主要是兼顧脫硫效率高和灰渣綜合利用好兩個方面。
一般情況下電廠大多選擇石灰石作為脫硫固化劑是基于其來源廣泛、價格低廉且脫硫效率較高。也可以因地置宜地選擇石灰、氧化鋅、電石渣等作為脫硫固化劑。需要指出的是粒徑在0.2mm以下的細粉狀的物質(zhì)如消石灰不能作為CFB鍋爐的脫硫固化劑。不同的脫硫固化劑產(chǎn)生的硫酸鹽性能有所不同，影響到灰渣的綜合利用。一種少量的脫硫添加劑可以改變灰渣的的品質(zhì)，可以保證灰渣的有效綜合利用。這種服務(wù)已經(jīng)社會化。