300MWCFB锅炉提高SO2超低排放经济性试验研究

能够影响炉内干法脱硫两个阶段的因素都会对脱硫效率和石灰石利用率产生影响。

1)石灰石粉的物化特性，包括脱硫特性，颗粒度分布和CaO含量。脱硫特性通过相同颗粒度范围(筛取0.250～0.425mm)的试样脱硫反应能力指数k和单位时间CaO利用率进行判别，标准见表1。

颗粒度分布一方面保证石灰石颗粒具有较高的比表面积，提高与SO2单位接触时间的反应效率，另一方面需保证大部分石灰石颗粒能够参与到锅炉物料的内循环和外循环中，提高石灰石的利用率。

锅炉高温分离器的分离效率对于石灰石颗粒度的选择有着重要影响，国内300MW级CFB锅炉高温分离器正常情况下可达到99%以上的分离效率，一般推荐石灰石中位粒径d50=0.25～0.40mm，最大粒径dmax≤1mm，分离器效率高的锅炉石灰石中位粒径可选择较小值。

相同Ca/S的条件下，采用CaO含量较高的石灰石所需的石灰石量较小，可减小石灰石输送管路系统的磨损、锅炉灰渣热损失及受热面磨损，因此同等条件下优先选择CaO含量高的石灰石作为脱硫剂。

2)锅炉运行参数，锅炉总风量(一般用省煤器后氧体积分数进行表征)，一、二次风配比、料层厚度、床温等参数对于脱硫效率和石灰石利用率均有一定的影响，其中床温和氧体积分数是各参数中影响最显著的因素;如前所述，石灰石进入炉膛的煅烧和固硫反应2个阶段的反应要在一定的温度范围进行。根据固硫反应方程，该阶段的反应需要一定的制，需控制氧体积分数不低于2%，否则会造成石灰石耗量大幅度提高，石灰石利用率明显下降。

3)炉内干法脱硫系统输送石灰石粉的稳定性和系统调节特性。炉内干法脱硫系统属于气力输送范畴，输送设备、管路系统及阀门等附件需要根据石灰石颗粒宽筛分、易沉积和吸潮板结等特点进行设计选型。保证系统能够按照锅炉负荷、给煤量的变动将所需的石灰石量适时平稳送入炉膛。

2.2CFB－FGD技术

CFB－FGD技术是以消石灰作为吸收剂，可直接采购成品消石灰粉，也可采购生石灰利用消化装置制成干式消石灰粉。由于消石灰采购成本较高，且在空气中易与CO2和水反应生成CaCO3，国内采用CFB－FGD技术进行烟气脱硫的机组多数采购生石灰进行消化作为吸收剂。消石灰输送至到脱硫塔，同时喷入减温增湿水，在脱硫塔内消石灰与烟气混合，发生强烈的物理化学反应，实现烟气中SO2的脱除，脱硫塔内一方面进行蒸发干燥的传热过程，雾化液滴受到烟气加热不断在塔内蒸发干燥;另一方面进行气相向液相的传质过程，烟气中的气态污染物不断进入到液滴，与脱硫剂离解后的离子发生反应，在持续干燥作用下生成固体干态的脱硫灰。因此，CFB－FGD技术在脱硫塔内的固硫反应过程包含蒸发干燥和脱硫化学反应2种过程的一次性连续处理工艺。

典型CFB－FGD技术包括生石灰的消化和脱硫塔内的固硫反应2个阶段，主要化学反应包括:

生石灰与液滴结合产生的水合反应(生石灰的消化过程):CaO+H2O=Ca(OH)2

SO2液滴吸收的反应:SO2+H2O=H2SO3

Ca(OH)2与H2SO3的反应:H2SO3+Ca(OH)2=CaSO3˙1/2H2O+3/2H2O

部分CaSO3˙1/2H2O被烟气中的O2氧化:CaSO3˙1/2H2O+1/2O2+3/2H2O=CaSO4˙2H2O

生石灰的消化工艺较为成熟，生石灰的消化反应特性决定了消化程度。生石灰活性评价采用温升法参考标准DL/T323—2010《干法烟气脱硫用生石灰的活性测定方法》和盐酸滴定法参考标准YB/T105—2005《冶金石灰》。

温升法要求生石灰在规定的条件下进行消化，最大温升与所需时间的比值，其计算式如下：A=(Tmax－T0)/t

式中，A为生石灰的活性，℃/min;Tmax为生石灰加水后达到的最高温度，℃;T0为初始温度，℃;t为达到最高温度所需的时间，min或s。

盐酸滴定法:取粒度1mm以下的试样50g一次性倒入到2000mL水中进行消化，同时用一定4mol/L的盐酸，将生石灰消化过程中产生的氢氧化钙中和。从加人生石灰试样开始至试验结束，始终要在一定搅拌速度的状态下进行，并需随时保持水化中和过程中的等量点。准确记录10min时盐酸的消耗量。以10min消耗盐酸的毫升数表示石灰的活性度，评价标准见表2。

生石灰颗粒越大，消化生成的消石灰颗粒也越大，相同质量下，比表面积较小，与烟气中SO2接触反应的几率下降，单位时间内的利用率较低。因此，日常管理中一般要求最大粒径不大于1mm。

脱硫塔中的固硫反应是一个复杂的过程，影响过程的热量传递和质量传递的参数会影响SO2的吸收效果。化学反应过程占主导的是离子反应，反应程度取决于液滴的数量和蒸发干燥时间。因此，影响CFB－FGD脱硫效率的参数主要包括脱硫装置进、出口烟气温度，液气比(进入脱硫塔单位体积的烟气喷入的减温水量)和Ca/S等。其中脱硫塔出口烟气温度要求高于烟气绝热饱和温度条件下取较小值，并保证脱硫塔内物料不会因湿度过大而结块掉落，工程经验取70℃左右。

3、两级脱硫优化试验研究

通过炉内干法脱硫和CFB－FGD技术的分析，认为2种脱硫技术脱硫剂物化参数对于对应系统的脱硫效率和系统运行经济性影响较大，对脱硫剂取样进行试验室分析可优选出最优的脱硫剂品种和颗粒度等物理参数。锅炉运行参数的变化影响着两级脱硫系统的运行工况，将影响两级脱硫效率的锅炉运行参数作为研究重点，调整两级脱硫系统的匹配方式，得出最优联合运行方案。

3．1两级脱硫系统脱硫剂优选

3.1.1石灰石优选

对该CFB机组周边运距接近的矿1、矿2、矿3和矿4石灰石进行了取样分析，石灰石脱硫反应特性结果见表2，CaO含量矿1为52.76%，矿2为48.25%，矿3为54.10%，矿4为55.38%。图2为不同矿区石灰石脱硫特性，其中矿1为电厂日常采用的石灰石样。

图2表明:4个石灰石矿的石灰石脱硫反应特性存在较大差异，矿2虽然CaO含量是4个矿中最低，但是脱硫反应能力系数k值和CaO利用率最高，同等脱硫效率和接触反应时间条件下，石灰石粉的耗量会降低。4种石灰石的活性依次为:矿2＞矿3＞矿1＞矿4，同等条件下优先采用矿2。

机组日常采用炉内脱硫石灰石粉取样颗粒度分析结果显示:石灰石粉的中位粒径d50=0.1mm，粒径大于1mm的质量占比0.66%。最大颗粒度dmax满足要求，但石灰石粉的中位粒径偏低，表明细颗粒的石灰石所占的比例较高，需要适当减少细颗粒所占的比例，提高石灰石的利用率。

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