石灰石脱硫对循环流化床锅炉运行的影响郑宇

石灰石脱硫对循环流化床锅炉运行的影响郑宇

郑宇

（中国石油化工股份有限公司天津分公司天津市300270）

摘要：循环流化床锅炉具有效率高、燃料适应性广泛，灵活的负载调整率和良好的环保性能，但传统的脱硫系统设计具有较高的脱硫设备的故障率，石灰石粉运输不顺利，导致循环流化床锅炉脱硫效率很低。经锅炉实际运行，发现炉内磨损严重，尾灰较厚。然而，脱硫剂和固化剂的消耗是非常可观的。即使使用廉价的石灰石脱硫，也会显著增加发电成本。基于此，本文主要对石灰石脱硫对循环流化床锅炉运行的影响进行分析探讨。

关键词：石灰石脱硫；循环流化床；锅炉运行；影响

1、前言

石灰石粒径对循环流化床锅炉脱硫效率有较大影响，粒径太大，比表面积小，脱硫反应不充分，颗粒扬析率低，不能起到循环物料作用；粒径太小，则在炉内停留时间短，来不及反应就成为飞灰排出，使脱硫效率降低。石灰石对锅炉稳定运行起着重要的作用。为了降低SO2排放量，短时间加入石灰石量过多会造成循环流化床锅炉床温出现持续降低，严重时即使增加给煤量也无法使床温恢复，造成锅炉灭火停炉。

2、石灰石脱硫对循环流化床锅炉运行的影响

2.1对物料循环系统的影响

石灰石进入炉膛后，燃烧生成固硫产物硫酸钙，一些极细微粒通过烟气携带进入除尘系统排除，大颗粒随锅炉底渣排掉。此外，还有一些颗粒（（0.2～0.4）mm）被分离器捕捉从烟气中分离出来，通过返料器进入炉内循环。因此，炉内物料浓度和循环量不断增加，使返料器运行阻力增大，返料风量不断减小，最终，返料风压等于风机出口压力，返料风量减小到零，返料器停止返料。此后，分离器分离出来的物料便积存在分离器下部的灰斗和料腿内。由于分离器分离出物料不再进入循环系统，炉膛运行阻力减小，一次风量的增加，使床料内更多的细物料被风夹带走，从而造成料层厚度降低。返料器运行时处于动态平衡状态。

2.2对炉内温度分布和蒸汽参数的影响

添加石灰石后，床温略有下降（5℃～10℃）。由于加石灰石后炉内的物料浓度增加提高了炉内的换热系数，在相同的床温和运行风量下，加煤量有少量增加，锅炉负荷增加了8t/h。由于物料循环量增多把更多的热量从密相区带到了炉顶，使炉顶温度增加了10℃左右。因此，蒸汽温度有明显上升。锅炉的带负荷能力有所增强。

2.3对灰渣排量和含碳量的影响

添加石灰石后锅炉排灰量和排渣量都有明显增加。由于炉内物料浓度增加使炉内温度场分布更加均匀，提高了返料系统的温度，使灰中的碳颗粒燃烧更充分，排灰中碳含量降低（平均降低了3.2%）。但是，底渣量增加使排渣速度加快，煤在炉膛内的平均停留时间缩短，因此，渣含碳量增加（平均增加约0.4%）。

2.4炉内受热面积灰、排烟温度升高

添加石灰石前，各处受热面未发现明显积灰。添加石灰石运行1月后，检查发现炉膛上部水冷壁、过热器、省煤器及包墙管等处受热面都有明显积灰，锅炉排烟温度升高将近10℃。

2.5对运行操作的影响

添加石灰石后，炉内的物料循环量很大，锅炉减负荷时需减小一次风量，如果一次风量减小过快，循环物料会大量沉降到床面上，造成料层阻力增大，料层阻力增大又使一次风量减小，进一步加大循环物料沉降，如此往复循环。当料层压差超过14kPa以后，增加很快，最终达到风机最大动压头，发生喘振。在这个过程中，循环物料量逐渐减小，返料器内的运行阻力减小，因此返料风量增加。

3、应对措施

（1）在达到脱硫效率的前提下，尽量减少石灰石用量。

（2）返料器下部放灰管定期排灰，减小炉内物料循环量，改善返料器的运行状况；当返料器堵塞时，可立即少量放灰，使返料器畅通。

（3）锅炉高负荷运行时，当物料浓度达到极限出现沉降，在料层压差增大到14kPa以前（从开始沉降到风机喘振约为1h），及时增加风量提高风速，抑制物料继续沉降，并加大排渣，细灰随大渣一起排出，使炉内物料浓度恢复正常。

（4）锅炉减负荷时，一次风量要分次递减，并通过排渣使料层保持正常。

（5）锅炉断煤时，需要减小风量以维持床温，但减小幅度不能太大，以防止料层增加太快。

4、实例分析

我公司目前有4×75t／h和1×220t／h中温中压循环流化床锅炉，分别在2015年后陆续安装了炉内喷钙脱硫系统，但因为设备选型老旧和其它原因脱硫设备一直未能良好的投入使用，由于环保要求曰益提高，在2016年我公司将五台循环流化床锅炉原有的喷钙脱硫系统进行整体优化改造。#1-#5锅炉脱硫系统改造目标：使脱硫系统实现提高安全可靠性，系统操作简便，维护量小系统运行稳定，便于DCS集中操作监控，脱硫实现系统脱硫效果满足＜40mg／m3

（1）通过实验加大石灰石粉颗粒度，在确保环保排放指标的前提下既能保证石灰石顺利输送，尽可能提高锅炉分离器分离石灰石颗粒。炉外的脱硫装置实际上就是石灰石的制粉、存储及输送系统，并科学经济实用地选择脱硫固化剂，我公司是外购满足使用要求的石灰石粉，由密封罐车运至电厂内，通过设置于密封罐车上的气力卸料系统将石灰石粉卸至石灰石粉储仓。在石灰石粉储仓底部，安装有气力输送系统，将石灰石粉通过管道输送至炉膛进行S02吸收反应。通过实验将喷钙脱硫的325目石灰石（0．045mm）增加到225目石灰石（0．058mm），有利于锅炉分离器捕捉分离石灰石颗粒，循环流化床锅炉与其分离的石灰石颗粒和返料循环灰组成循环回路保证了石灰石颗粒（CaC203、CaO、CaS204等）随循环灰一起的不断循环，大粒径的颗粒通过分离后继续在循环流化床锅炉内进行内循环，被上升气流携带上升一定高度后沿炉膛四面墙贴壁流下又落入流化床，这样S02易扩散到脱硫剂核心，其反应面积增大，从而提高了循环流化床锅炉中石灰石的利用率。

（2）增加脱硫系统给料机的转速比和齿速比减少石灰石粉的投入量，将四级变频电机改为六级变频电机，将原有35：1的减速机转速比改为59：l的减速机，将旋转给料机原有28齿的齿轮改为39齿，使电机能够在尽可能小的负载下启动，有效的降低了旋转给料机转速，减少旋转料机石灰石粉投入量。

（3）增加1套吹灰装置，加强吹灰效果，减少尾部受热面积灰，提高锅炉综合热效率。在原吹灰器吹点的基础上再增加一套弱爆吹灰器，能够有效的增大吹灰面积，确保各级受热面得到充分吹灰不留死角。吹灰点分别布置在省煤器后至尾部水平烟道，尾部水平烟道按烟气走向分段布置吹两个灰点，起到吹走尾部水平烟道积灰的作用，根据现场积灰检查情况共设l8个吹灰点，减少锅炉运行中各级受热面积灰，增加锅炉换热效率。

（4）通过运行调整炉膛温度提高锅炉脱硫效率，尽可能地降低炉膛温度，循环流化床锅炉炉内稳定的870℃℃左右的温度场使其本身具有炉内烟气脱硫条件。

5、结语

石灰石粒径大小必须要合理选择，严格控制，要全面考虑整个锅炉系统。不仅要保证石灰石提升系统和输送系统能够稳定运行，同时还要保证循环流化床锅炉燃烧系统能够稳定、优化运行，保证脱硫效果，提高石灰石利用率。

参考文献：

[1]陈兵，张学学.干法脱硫中单颗粒数学模型研究进展[J].工业锅炉，2003，（1）：16-19.

[2]邹峥，俞建洪等.石灰石粒度分布对燃用福建无烟煤CFB锅炉炉内脱硫的影响[J].工业锅炉2003，（1）：20-23.