ROFA技术提高CFB锅炉脱硫效率数值模拟研究

根据图1可以看出:

1)锅炉在额定负荷下，炉内温度分布模拟结果显示，炉内温度分布均匀性差，密相区温度偏高，稀相区温度偏低。由于低温区域的温度偏低，降低了脱硫反应速率，SO2的不宜被床料中石灰石捕获，从而造成喷入炉内的石灰石粉难以达到有效脱硫效果;在高温区域的温度偏高，有利于提高脱硫反应速率，但从CFD模拟效果发现该高温区域的脱硫效率反而降低，分析其原因主要是由于该区域的温度过高，使石灰石颗粒的表面孔隙烧损而过早的堵塞，从而造成颗粒内孔的石灰石未得到充分利用;另外，当反应区域温度过高时，颗粒表面会产生局部低氧和还原气氛，造成已经生成的CaSO4，再次分解为CaO和SO2气体，同样使石灰石的利用率降低，脱硫效率下降。

2)从炉内氧浓度分布模拟结果显示，该锅炉原有二次风穿透能力不足，造成炉膛中心部位缺氧，燃料燃烧不充分，使煤种S析出速率降低，不利于石灰石的脱硫反应，脱硫效果降低。

3)SO2浓度分布图可以看出，由于炉膛中心二次风穿透能力减弱，炉内还原气氛强，造成炉膛中心SO2浓度偏高，影响了石灰石反应效果，降低了脱硫效率。

2.3、ROFA技术模拟结果分析

炉内脱硫效果主要有床温、钙硫摩尔比、石灰石粒度、石灰石品质、氧量等参数影响。根据数值模拟结果，电厂脱硫效率主要受二次风穿透能力制约。为此，提出在二次风喷口截面安装旋转射流ROFA系统，来提高二次风刚性，同时对炉膛燃烧扰动性增强。

旋转射流ROFA系统，是利用高压头风机储能后通过安装在锅炉上的非对称布置的空气喷嘴将高速射流喷入炉膛内，在炉膛上部形成旋转涡流，使气流高速流动产生强烈的湍流扰动和大量旋转，以其对空间内的物料场、温度场、化学反应场进行更充分的混合，强化了炉内物料的燃烧与脱硫反应。CFB锅炉增加旋转射流ＲOFA系统后，脱硫反应效果CFD模拟分析见图2所示，图中由左至右依次为:气体温度、O2、CO、CO2、SO2分布。ＲOFA系统投入后，石灰石利用效果见图3所示。

根据图2可知:

1)从炉膛温度场分布模拟结果可以看出，炉膛上、中、下部温度分布更加均匀，物料混合效果得到改善。ROFA系统投入，使炉内温度场分布均匀，消除了低温区域脱硫效率低、脱硫反应速率慢的问题，同时消除高温区域石灰石板结及脱硫产物CaSO4重新分解的问题，从而提高了石灰石利用效率，提高了脱硫效率。

2)氧浓度分布图显示ROFA使氧气更好地穿透到炉床的下部。氧穿透效果增强使炉膛中心区域内，原无氧三角区得到消除。同时，边界层温度与中心区域温度偏差在ROFA风的强烈扰动混合下得到减小，使炉内的脱硫、燃烧反应环境得到有效改善，使锅炉的脱硫效率和燃烧效率提高。

3)SO2分布模拟结果对比表明，旋转射流系统投入后，SO2分布均匀，由于温度场均匀、氧量穿透效果增强，有利于煤种S的析出生成SO2，使脱硫反应提前，延长了脱硫反应时间，石灰石利用率升高。同时，氧量穿透增强，消除了消除生成的脱硫产物在还原性气氛下分解，提高石灰石利用率。

CFD模拟颗粒在离开炉膛上部分的停留时间分布如图3所示。根据CFD模拟图3可知:对于基线工况，峰值发生在停留时间小于6s，而对于ROFA工况，峰值发生在停留时间超过6s。可见，ROFA工况有更多的粒子具有超过14s以上的停留时间，在炉膛上部停留之间增加，颗粒可获得更好的燃烧效果，石灰石利用率更高，提高脱硫效果。

3、结论

CFB锅炉炉内脱硫反应主要受床温、石灰石活性、钙硫摩尔比、氧量等因素影响，通过CFD数值模拟，在炉膛二次风喷口位置增设ROFA喷射风后，炉内温度场更加均匀，消除了炉膛中心的贫氧区，同时提高了石灰石有效利用率，使脱硫效率得到大幅提高。

文献信息

李彦龙,冷杰,张宝源.ROFA技术提高CFB锅炉脱硫效率数值模拟研究[J].锅炉制造,2016,05:41-43.

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