1、循环流化床锅炉添加石灰石脱硫剂对锅炉效率的影响作者：孔凡新 宋凤霞 高延存 李平方 肖翠香摘要:循环流化床锅炉对煤种的适应范围广,可以燃用各种烟煤、无烟煤及低热值燃料。当用高硫燃料时,通过向炉内填加石灰石,能显著降低 SO2 和 NOx 排放量,添加石灰石脱硫剂对锅炉的效率有影响,本文指出了影响因素,并根据实际分析了各种影响因素的影响程度。 关键词:循环流化床锅炉;石灰石脱硫;锅炉效率;影响因素 1、前言 华聚能源济东新村电厂使用的 35t/h 循环流化床锅炉,是济南锅炉厂和中国科学院工程热物理所,联合开发的一种高效,低污染的新型锅炉。当燃用高硫燃料时,通过向炉内填加石灰石,能显著降低 SO2
2、 和 NOx 排放量。 目前,对循环流化床锅炉环保问题的研究已进行得非常深入,不仅对低 NOX 排放、炉内石灰石脱硫等重大问题有了深入的了解,而且对N2O、CO、CXHY 等原来不太被人们重视的问题也给予了充分关注,但是,添加石灰石脱硫对循环流化床锅炉效率的影响目前仅有一些定性的认识,尚未进行过定量分析。本文着重通过实例分析向炉内加石灰石脱硫剂对锅炉效率的影响。 2、添加石灰石脱硫的石灰石投入量计算 石灰石脱硫的化学反应方程式为: S+O2SO2 CaCO3CaO+CO2 CaO+SO2CaSO3 CaSO3+1/2O2CaSO4 CaSO4+COCaO+O2+CO2 由上述反应式中可以看出,
3、一摩尔的硫(32kg)需要一摩尔的碳酸钙(100kg)进行反应,燃烧时,煤中的硫大约有 28.5%的硫分残留于灰渣中,71.5%则以气体形势排放出来。根据工业循环流化床锅炉的运行数据表明,随着 Ca/S 比的增加,脱硫效率在 Ca/S 比低于 2.5 时,增加很快,而当继续增加 Ca/S 比时,脱硫效率增加的很少,正常设计的 Ca/S 比为 22.5。脱硫反应在不同的气氛中反应方向不同。在氧化性气氛中,CaO 和 SO2 结合占主导地位,而在还原性气氛中 CaSO4 的分解占主导地位。济东新村电厂锅炉设计耗煤量为 8726.4kg/h,燃煤含硫量平均为 0.5%,取 Ca/S 比为 2.5,计
4、算得出每小时需要加入的石灰石量为 366.5kg。 3、添加石灰石脱硫对入炉热量的影响 添加石灰石脱硫的热化学反应包括 CaCO3 煅烧的吸热反应和硫酸盐化反应的放热反应两部分,其热化学反应方程式如下: CaCO3CaO+CO2-1830KJ/kgCaCO3 CaO+SO2+1/2O2CaSO4+15141 KJ/kgS 一开始石灰石从给煤机绞龙添加进入炉膛后,床温均明显降低,这是因为石灰石进入炉膛后在高温下首先发生煅烧分解反应,这个反应是吸热过程,同时由于石灰石与燃煤混合后进入炉膛,在螺旋给煤机转速不变时,加石灰石后入炉煤量肯定减少了,放热量也减少,这两方面因素必然导致床温降低,而且加入的石
5、灰石越多,即 Ca/S 越高,床温下降越大也越快,当Ca/S:2.5 时,10 分钟内床温由 1000下降到 980,降幅达 20。然后温度回升至 990,由于石灰石分解成氧化钙后与二氧化硫进行的硫酸盐化反应是放热过程,加上一部分氧化钙粒子经旋风分离器分离下来重新回到炉床上继续硫酸盐化的放热反应,使床温升高。每小时加入的石灰石量变成 CaO 需要吸收的热量为 670695kj,按照脱硫效率为 80%进行计算硫酸盐化反应的放热量为 528505kj,损失热量为 142190kj。 4、对灰渣物理热损失的影响 向炉内加入的石灰石主要成分是 CaCO3(100g/mol),经分解反应和硫酸盐化反应后
6、主要成分变为 CaO(56g/mol)和 CaSO4(136g/mol),随渣和飞灰排出锅炉。根据实际测量,灰渣中未完全利用的 CaO 含量达到 12.3%,另外,石灰石中 CaCO3 以外的物质在炉内也可能存在复杂的化学反应过程,但因各种成分反应后重量有增有减,总体变化不大,含量又相对很少,所以在重量计算中可以认为它们是不变的。灰渣经过冷却将部分热量吸收后以 150的温度排出。366.5kg 石灰石经过反应后的重量为未完全反应CaO 为 25.3kg,CaSO4 重量为 437kg。炉渣的比热为 0.96kj/kg,损失热量为 66571.2kj。 5、对排烟热损失的影响 由脱硫公式可以看出
7、,CaCO3 反应后产生的 CO2 为 82m3,SO2 在与 CaO反应的过程当中,多消耗的氧量为 15.26m3,需要增加的空气量为 73m3,整体增加的烟气量为 140m3,造成排烟热损失增加量为 30458kj。烟气密度g=1.295 kg/Nm3,烟气比热 Cpg=1.12 kJ/(kg) 6、结论 石灰石煅烧吸热和硫酸盐化反应的放热是影响循环流化床锅炉效率的最主要因素,加入石灰石引起的附加灰渣物理热损失也是影响循环流化床锅炉效率的重要因素,加入石灰石引起的烟气量增加造成排烟热损失增加对循环流化床锅炉效率的影响相对较小。CFB 锅炉采用炉内添加石灰石的脱硫工艺引起锅炉热效率的降低很有限,按本实验工况计算中,锅炉热效率大约降低 0.22%。
