循环流化床锅炉SO2超低排放技术研究

3.2炉内高效脱硫

典型的CFB锅炉炉内高效脱硫工程实例见表2。

由表2可见,3台典型CFB锅炉SO2理论生成量较高,炉内综合脱硫效率均达到了97%以上,实现了炉内高效脱硫。国内外大量试验研究及实炉运行结果均表明,将影响炉内干法脱硫效率的各种因素控制在合理的范围内,能够实现综合脱硫效率不低于95%(含自脱硫)的炉内高效脱硫。

3.2.1石灰石物化参数

脱硫剂石灰石影响炉内脱硫效率的主要参数包括石灰石的脱硫反应活性、粒径分布和氧化钙含量。

石灰石的脱硫反应活性可表述为石灰石与SO2进行表面化学反应的难易程度,受到石灰石成分和内部微观结构等因素的影响。不同产地的石灰石存在较大的差别,通常通过实验室热重试验进行评价。

石灰石颗粒的粒径分布要保证大部分颗粒能够被锅炉的旋风分离器分离而多次利用。锅炉设备生产厂家根据设计的分离器效率推荐石灰石的粒径分布,一般情况下石灰石中位粒径d50(粒径分布的筛分曲线上,筛上物的累积筛余量或通过量为50%的颗粒所对应的粒径)为250~450μm,最大粒径dmax为1.0~1.5mm。工程应用中可以结合飞灰和循环灰粒径分布综合考虑。

氧化钙含量用于评价石灰石的纯度,相同条件下优先选取氧化钙含量高的石灰石作为脱硫剂。

3.2.2炉内干法脱硫系统参数

炉内干法脱硫工艺系统设计参数包括石灰石输送量、输送风速、输送物料浓度等。

炉内干法脱硫系统虽然属于气力输送的范畴,但由于石灰石粉堆积密度大、逸气性强、磨损指数大,易沉积板结的特性,在工艺系统设计上和其他粉粒体气力输送较大的差异。因此,炉内干法脱硫工艺系统核心参数选取和自动控制策略的制定都需要根据石灰石、煤种和锅炉炉型等因素综合考虑方可达到理想的效果[15-18]。

3.2.3锅炉运行参数

在工程应用中,可通过锅炉运行参数的调整试验和锅炉设备的改造,优化锅炉的运行床温和运行氧含量。部分现役CFB锅炉机组通过锅炉受热面、高温旋风分离器、布风装置等锅炉主循环回路设备改造,优化锅炉运行参数,提高脱硫效率取得了一定的效果。

内蒙古W电厂2台CFB锅炉设计运行床温885℃,由于设计过程中受热面布置不合理,造成2台锅炉在满负荷时平均运行床温达到938℃以上。

锅炉运行中存在脱硫用石灰石耗量大、SO2排放不稳定等问题。2014年2号炉通过炉膛受热面技术改造,满负荷时运行床温降至897℃,改造后SO2排放稳定。据统计,2014年7月在满足SO2排放值不高于200mg/m3的条件下,2号炉日平均石灰石用量266t,而1号炉日平均石灰石用量511t。

提高炉内干法脱硫效率不应以大幅度牺牲钙硫比为代价,根据工程经验钙硫比的选取最大不宜高于4.0,且石灰石粉与入炉煤质量比不宜高于1∶5。石灰石粉的大比例加入会造成CFB锅炉脱硫热损失增加、受热面磨损加剧、NOx生成量升高等负面影响。

3.3 CFB锅炉烟气脱硫工艺选择

烟气脱硫工艺的选取需要综合考虑脱硫设施的建设场地,脱硫剂的来源、成本,脱硫系统的建设及运行成本和脱硫副产品的销路等因素。石灰石-石膏湿法脱硫是燃煤机组常用的烟气脱硫工艺。该工艺需要进行脱硫塔和烟囱的防腐,由于我国天然石膏矿产丰富、脱硫石膏含水率较高等原因,副产品石膏销售困难。

由于大部分CFB锅炉均配备有炉内干法脱硫系统,炉内脱硫后的飞灰中CaO含量较高,在10%以上。采用CFB-FGD半干法脱硫工艺可以充分利用飞灰中CaO,降低脱硫系统的运行成本。

另外该工艺不需要进行脱硫塔和烟囱的防腐,因此系统的建设成本低于湿法脱硫工艺。以某300MWCFB锅炉为例,设计入口SO2浓度为1500mg/m3,实现SO2超低排放,半干法与湿法2种工艺的投资与生产成本对比如图2所示。

图2中石灰石-石膏湿法脱硫工艺投资含烟囱防腐投资。不同区域由于标杆电价和脱硫剂成本等因素的差异,会有所区别[19-20]。

神华(福建)能源有限责任公司所辖YS电厂2×300MWCFB锅炉是国内最早开展污染物超低排放改造的300MW级CFB锅炉机组之一。通过技术经济性分析,采用炉内干法脱硫+烟气CFB-FGD半干法脱硫除尘一体化工艺进行SO2和烟尘脱除,采用SNCR(选择性非催化还原)高效脱硝工艺进行NOx脱除,2015年改造完成后,实现了SO2、NOx和烟尘的超低排放。

SO2超低排放技术路线保留了原炉内干法脱硫系统,设计通过炉内干法脱硫将锅炉尾部受热面出口(脱硫塔入口)SO2浓度控制在1500mg/m3以下,烟气半干法脱硫系统进一步脱除,将烟气中的SO2控制在35mg/m3以下。烟气半干法脱硫系统2015年11月17日通过了168h连续试运行。

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