循环流化床锅炉SO2超低排放技术研究

2 CFB锅炉脱硫工艺

CFB锅炉常采用的脱硫工艺包括炉内干法脱硫,CFB-FGB半干法脱硫和石灰石-石膏湿法脱硫[11-13]。

2.1炉内干法脱硫

CFB锅炉通过向炉内直接添加石灰石来控制SO2排放,在流化床燃烧温度下(800~900℃),投入炉内的石灰石首先在高温条件下煅烧发生分解反应生成氧化钙,然后氧化钙、SO2和氧气经过化学反应生成硫酸钙,化学反应方程式为

CaCO3→CaO+CO2(2)

CaO+SO2+1/2O2→CaSO4(3)

生成的固体硫酸钙随炉渣、飞灰一起排出炉膛,达到固硫的目的。

2.2 CFB-FGB半干法脱硫

从锅炉的空气预热器出来的烟气进入循环流化床脱硫塔,通过喷水降温,使烟温降至高于烟气绝热饱和温度15℃左右,烟气中的SO2与加入的水、吸收剂、循环脱硫灰充分混合,进行脱硫反应,生成的脱硫副产物CaSO3˙1/2H2O随飞灰排出。

2.3石灰石-石膏湿法脱硫

石灰石-石膏湿法脱硫工艺通常以石灰石为脱硫吸收剂,通过向吸收塔内喷入吸收剂浆液,使之与烟气充分接触、混合,对烟气进行洗涤,烟气中的SO2与浆液中的碳酸钙以及鼓入的强制氧化空气发生化学反应,生成CaSO4˙2H2O,达到脱除SO2的目的。

2.4常用脱硫工艺的比较

表1对3种不同的脱硫工艺进行技术比较。

炉内干法脱硫是目前CFB锅炉应用最广泛的一种脱硫工艺,我国白马600MWCFB发电机组上也采用的是该脱硫工艺系统[14]。随着该工艺研究的深化,炉内干法脱硫工艺的脱硫效率不断提升,当Ca/S在2.0~3.0,大部分CFB锅炉脱硫效率可达到90%~95%。该工艺的投资及运行成本是3种脱硫工艺中最低的[12]。

CFB-FGD半干法脱硫工艺,脱硫效率达到90%以上,可实现脱硫除尘一体化,同时满足SO2和烟尘的排放要求,我国300MW等级CFB发电机组上具有应用业绩,投资及运行成本低于石灰石-石膏湿法脱硫工艺。

石灰石-石膏湿法脱硫工艺平均脱硫效率最高,一般可达95%以上,投资及运行成本最高,脱硫产物石膏具有进一步利用的潜力。

3 CFB锅炉深度脱硫技术

当CFB锅炉机组需达到98%以上的综合脱硫效率才能满足SO2超低排放的要求时,单一脱硫工艺很难保证SO2的长周期、稳定达标排放。分析认为通过降低锅炉SO2的生成量,采用炉内干法和烟气脱硫工艺联合脱硫的方式可实现深度脱硫的目标,并具有更高的调节灵活性和运行可靠性。

3.1 SO2生成量的降低

SO2的实际生成量与煤种和锅炉运行参数等因素有关,而要通过改变燃用煤种来降低燃煤的硫分存在较大的困难。因此,对于燃用煤种稳定的CFB锅炉,通过优化锅炉运行参数降低SO2的生成量是最可行的。

锅炉运行参数中床温是影响SO2的实际排放浓度的首要因素。虽然大部分CFB锅炉设计床温在800~900℃,但实际运行中普遍存在运行床温过高的问题,主要原因有以下几方面:

①锅炉在设计过程中存在受热面布置不合理、分离器效率低等设备问题;

②锅炉实际燃用煤种与设计煤种差别较大,造成灰分偏低、热值偏高等;

③锅炉运行中为提高锅炉燃烧效率,降低锅炉不完全燃烧热损失而人为提高运行床温。

中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司在1MWCFB试验台进行了不同区域的煤种试烧试验,研究不同煤种SO2生成量随床温的变化趋势,部分试验结果如图1所示。

试验结果表明:随着床温的升高,SO2的生成量逐渐提高,自脱硫效率逐渐降低。因此,将锅炉运行床温尽可能控制在合理范围是降低SO2生成量的必要条件。

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