煤是我国的主要能源之一，在燃烧过程中会排放大量的二氧化硫和氮氧化物等污染物，严重影响生态环境。据统计，90qo的S02是燃煤产生的，而S02排放量又是燃煤电厂对环境影响的一个重要因素，因此在用煤作为主要燃料的电厂，如何实现其高效、低污染的燃烧技术具有非常重要的意义。循环流化床燃烧技术是发展较为成熟的清洁煤燃烧技术，是解决燃烧煤而产生的污染问题的主要方法之一。
    福建省煤炭资源品种单一，多数属挥发分2%~4%的Ⅱ类无烟煤，其着火和燃尽t非常困难，而循环流化床锅炉(CFB)具有燃料适应性广、燃烧效率高、清洁燃烧等优点成为燃用福建Ⅱ类无烟煤的首选炉型。目前，在福建省计委支持下，CFB锅炉正向大型化发展，通过炉内添加石灰石，在燃烧过程中脱硫，相比采用煤粉炉尾部烟气净化装置进行烟气脱硫，这种脱硫方法系统简单，投资及运行费用低，脱硫效果好，还可以减少NOx排放。福建省属于SOx、NOx排放浓度和排放总量都要控制的所谓“两控区”，为了充分利用本省无烟煤资源又要达到“两控”目的，采用炉内脱硫的CFB锅炉无疑是最好的选择。晋江热电厂锅炉为东方锅炉厂制造的DG260 -9. 81  -l型CFB锅炉，额定蒸发量为260 t/h，压力为9.81 MPa，锅炉为单汽包、自然循环、CFB燃烧方式、星半露天布置，2x50 MW的抽凝机组。锅炉的主要设计参数、煤和石灰石特性主要参数见表1、表2，30码期期必中生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧秸秆颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料。
1  CFB锅炉炉内添加石灰石的脱硫机理
    高效脱硫是循环流化床锅炉的一大优点，而炉内添加石灰石脱硫则是一种经济的脱硫方式，它具有设备投资省、占地面积小、能耗低、操作简单等特点，且有较高的脱硫效率。石灰石在炉内经历了煅烧和吸收氧化的过程，其反应方程式为：
    由此可见，石灰石煅烧成Ca0要吸收热量，而Ca0与S02及02反应生成CaS04释放热量，但吸、放热量并不相等。石灰石中的CaC03在高温下发生分解反应生成Ca0，然后利用Ca0与S02及02反应，生成固体CaSO。随炉渣、飞灰一起排出炉膛，从而实现固硫的目的。要提高脱硫效率，第一就是要促使第一个反应的进行，提高Ca0的生成．第二是使Ca0与S02充分接触，提高Ca0的转化率（指和S02反应的部分占总Ca0量的份额）。由于石灰石和二氧化硫反应生成的硫酸钙的体积大约是氧化钙的2倍多（CaS04的摩尔体积是39.6 cm3/mol，而Ca0的摩尔体积是16.8cm3/mol)，石灰石煅烧时留下的微孔会被生成的CaSO4所堵塞，使Ca0的转化率较低（一般低于20%）。
2、循环流化床锅炉石灰石给料系统的设置方案
    石灰石给料系统是将石灰石顺利而有效地送到炉内，使石灰石与燃料充分均匀地混合燃烧，从而达到较佳的脱硫效果。根据实际炉型特点和场地条件，设计以下2套方案。
2.1  皮带式石灰石输送系统
    此系统将成品石灰石粉由皮带输送到煤斗，然后由给煤机通过播煤风送进锅炉炉膛，在炉膛内进行混合。可以根据入炉煤收到基硫分的变化或烟气数据值，来改变皮带机送粉的速度以调节石灰石的给料量。该系统可使用输煤皮带输送石灰石粉至石灰石粉仓，结构比较简单，投资少。由于原煤和石灰石粉在炉内混合不均匀，容易影响石灰石粉的利用率，石灰石粉投入量大、脱硫成本较高。
2.2炉内混合给料系统
    此方案是将石灰石给料系统做成一个独立的系统，将成品石灰石由输送皮带送至独立的储粉仓，从粉仓下来的粉料经旋转气锁阀、给料机和气粉混合器后，由增压风机提供压力风通过回料密封管或炉膛四周的给料口送进炉膛。该系统较为复杂，要在锅炉房运转层炉侧增设一储粉仓，并相应增加一些管路系统，这样可以使石灰石与燃煤混合较为均匀，可较好地进行脱硫反应，通过给料机对石灰石的调节也更为灵活，可以取得明显的脱硫效果。
    综上2种方案，对脱硫效果要求不高，可采用皮带式输送系统，一般在小型循环流化床锅炉使用较多；对于大中型循环流化床锅炉，则采用炉内混合给料系统。晋江热电厂采用了第2种给料系统，每炉配备1套炉内石灰石脱硫系统，石灰石粉是通过多功能粉尘输送车运来，并通过气力输送到日用仓里；经罗茨风机（1台运行l台备用）、旋转给料阀（进口变频，简称l#阀）进入中间缓冲仓，从缓冲仓下来再经旋转给料阀（进口变频，简称2#阀），经风粉混合器送至前、后墙的石灰石分配器，再通过床上2m处的下二次风管与二次风共同喷入炉膛。石灰石输送系统如图l所示。
3、炉内脱硫的相关问题及解决办法
3.1  石灰石系统管路的堵塞及粉仓漏粉
3.1.1原因分析、
    石灰石系统运行初期，发现投粉后烟气S02数值虽然明显下降，但下降到一定程度后不再下降且有波动现象，查电机电流、风管风压正常，加大给料机转速后有下降趋势，但一段时间后又出现上述现象，继续加大给料机转速，结果还是一样。开仓检查发现石灰石粉有结块现象，经分析原因可能是：
    1)石灰石粉较细且极易吸潮，因而石灰石料仓容易结块堵塞，造成石灰石粉下料不畅。
    2)该系统由于后期技改，石灰石粉仓只能设置在备用电梯井，此处靠近锅炉的疏水箱排汽口，环境较潮湿，使石灰石吸潮结块加剧了管路堵塞。
3.1.2解决方法
    1)在石灰石仓加装一组空气炮及电加热装置，可随时根据需要投入空气炮及电加热装置运行，结块和给料不畅的情况大大改善。一般情况下石灰石粉堆积时间不宜太长，应尽快用完日用仓中的料，避免料仓板结。若石灰石输送管路堵塞，用压缩空气短时无法吹通，最好解列石灰石系统，关闭炉膛前后部手动门，敲打管路，听声音，确认何处堵塞，或打开法兰进行人工疏通。
   2)系统投运前后均一定要仔细检查系统，清理干净所有杂物，并按要求进行吹扫等措施都能有效解决管路堵塞。
   3)石灰石仓不是非常密封，石灰石系统运行或吹扫时，出现石灰石粉四处飞扬，车间环境污染，且增加石灰石损耗。针对此问题，我们在石灰石仓上方加装排气装置及袋式除尘装置，石灰石缓冲仓与石灰石仓加装一根压力平衡管，以防缓冲仓由于正压运行而造成石灰石粉漏出。
  4)以上问题主要缺点在于设计不够完善，所以，石灰石给料系统的设置应结合锅炉容量、煤质含硫量及脱硫效率要求进行合理布置，并相应做好辅助设备和管件的优化配置；在设计和施工过程中，应注意以下问题：
    a系统应具有良好的密封性能，防止物料外漏。
    b系统要配置较为精确的计量和灵活的调节装置，可根据烟气中的S02排放量适时地调节石灰石给料量。
c系统应考虑有效的防磨措施，同时要对石灰石颗粒磨损炉内加热器有相应的防范办法。
    ⑧系统要选择合适的输送速度，并进行阻力计算和风机压头的核算。
3.2运行床温的选取
    对于我国大多数燃烧贫煤和无烟煤的循环流化床锅炉，只要床温在800℃以上，是可以保证其着火和燃烧的。但挥发分含量极低的福建无烟煤，其着火温度在900~950℃之间，因此，要保证其着火和充分燃烧，锅炉的设计床温为950℃左右，在实际运行时床温则一般为950~1 050℃。因为石灰石粉进入炉膛须先有个加热煅烧过程，才能使C02逸出和Ca0的生成，所以石灰石粉进入炉膛加热温度是个关键，最佳分解温度为850℃左右，硫酸盐化反应的最佳温度则为850—900℃，所以福建无烟煤的燃烧和脱硫在温度匹配上存在较大矛盾。
    为解决这一矛盾，经反复试验总结，在保证燃烧效率的前提下，可以适当降低床温，将运行床温控制在920一950℃左右，同时结合影响脱硫效率的主要因素钙硫比、脱硫剂颗粒分布等，给出合适的脱硫参数，只要保证脱硫效率达到80%以上，加上煤在炉内燃烧时的自脱硫能力，则总的脱硫效率可达85%以上，基于福建无烟煤的含硫量在1%以下，其S02的排放浓度完全可以满足国家的环保要求。
3.3颗粒粒经的选择
    脱硫剂粒径及粒径分布对脱硫效率有较大影响，从反应面积的角度看，颗粒的粒径越小反应面积越大，脱硫的转化率越高，但是脱硫反应的速度与燃烧速度相比是非常慢的。如果石灰石的颗粒粒径太小，容易烧结，不利于吸收，在颗粒还没有与二氧化硫反应时就已经被烟气携带出炉膛，引起飞灰损失增大，反而造成石灰石的利用率低，石灰石被大量浪费，并增加分离器和电除尘的负担，加重粉尘污染；如果颗粒太大，在二氧化硫扩散到颗粒内部之前，它与颗粒表面生成的硫酸钙已经堵塞了扩散通道，使颗粒内部的氧化钙无法与二氧化硫反应，造成石灰石的浪费。粒径的影响最终反映在孔的结构上，颗粒越细煅烧越快，S02与Ca0反应也越充分，同时随着粒径的减小，石灰石在煅烧时由于受破碎的燃烧机械力和热应力作用产生机械孔，其孔体积迅速增加，孔深缩短，有利于S02和02的扩散，从而提高了石灰石的利用率。对特定的石灰石时，存在一个最佳的石灰石粒径以使达到最大的利用率，最佳粒径要视石灰石的孔隙特性和分离器的分离特性而定，如刚好与循环物料的粒径接近时即能保证一定的循环次数，又能保证石灰石在炉膛中有足够长的停留时间，Ca/S摩尔比也可以明显降低。因为石灰石的粒度分布与颗粒的有效反应面积及其在炉膛中的停留时间有关，石灰石的特性转化率和它的粒度分布关系密切，根据对返料颗粒的研究和试验，石灰石颗粒粒径一般控制在150一300um之间，一方面能保证稀相区有足够的石灰石颗粒，从而提高脱硫效率，另一方面，较细的粒径也使脱硫反应对温度的敏感性减弱，可适应燃烧福建无烟煤所需的较高床温。石灰石粒径偏离最佳值均会导致脱硫效率低下，或造成石灰石的浪费，Ca/S摩尔比增大。管理方面应加强石灰石品质管理，控制给料量，可参照入厂煤管理模式，管好脱硫所用石灰石粉品质。
3.4 Ca/S摩尔比的选取
    Ca/S比是影响脱硫效率的首要因素，试验前为了计算准确隔离了锅炉吹灰系统及所有排污系统，在额定负荷下脱硫前测得S02含量l784.8mg/m3，然后按不同Ca/S比投入石灰石粉，运行30min后根据烟气测得数据，每10min抄表一次，取1h平均值，计算脱硫效率，其Ca/S摩尔比试验结果见表3。由图2可看出，Ca/S比在>2的时候脱硫效率较高，而低于2的情况下，脱硫效率下降明显，因此，运行期间，不建议Ca/S<2。从试验结果看，随着Ca/S比的增加，Ca/S在2.2左右时候，脱硫的效率达82. 06%，有较高的经济性及脱硫效率，而NOx的排放增加数值不大，继续增大Ca/S比，脱硫效率增幅不大，但考虑到石灰石费用，一般只要S02能达标排放即可。另外，由于煅烧分解反应是吸热反应，会引起床温降低，影响燃烧及增加灰渣物理热损失，富裕的Ca0还将提高NOx的排放等等，因此，最佳Ca/S比选择2.2左右。
4、影响脱硫效率的其它因素
    在额定负荷下，投石灰石前，S02排放量约为1700mg／m3，投石灰石后，石灰石粉供给量达3.5t/h(设计消耗量≤2.5t/h)．SO2排放量才接近400 Ing/m3左右，远远达不到预期的脱硫效果，且石灰石粉消耗量大，费用增大。由于对整个脱硫系统运行情况不了解，运行调整缺少经验，使得脱硫效率低，达不到设计效果，根据脱硫原理，除上述因素外分析了影响脱硫的其它因素。
4.1煤种对脱硫效率的影响
    硫在燃料中的存在形式主要有FeS2有机硫( HxCgS2)、元素硫(Sx)和硫酸盐硫等，前三者可燃，燃烧后会产生S02。通常在燃烧挥发分高的燃料时，石灰石颗粒捕捉S02的能力较差，只有在较高的钙硫比的情况下才能获得较高的脱硫效果。因此，在采购时要求煤的硫分不要太高，相比之下，可大大节省石灰石粉的消耗量，降低脱硫成本，提高锅炉效率。福建无烟煤具有着火难、燃烬时间长、低硫、发热量高及在燃烧中有爆裂等特点，而这些特点对炉内加石灰石脱硫效果有促进作用。由于着火难，燃用福建无烟煤的床温一般都控制在900℃以上，最高可达950℃，此温度范围恰好是脱硫效果良好的区间；Ca0与S02的反应速度较慢，而福建无烟煤燃烬时间长就为反应提供了足够的时间；在高温下会爆裂为很多细粉，增加了与石灰石粉接触面积，有利于炉内脱硫反应的进行；较高的低位发热量，也降低了添加石灰石脱硫反应对锅炉效率的影响。
4.2  返料量对脱硫效率的影响
    煤中的硫是以2种形式存在的：有机硫和无机硫，有机硫主要存在于挥发物质中，当加热时它能很快析出，而无机硫是以Fe2S的形式存在，它的释放速度与碳燃烧速度相近，但比挥发物质释放速度慢了许多倍。如果物料循环倍率提高，石灰石随物料高倍率循环，增加了石灰石吸附粒子在燃烧室内停留时间，无论对有机硫还是无机硫释放出来的S02，使石灰石吸附粒子与其充分的接触，这样不但可以充分保证一定的脱硫效率，还可以减少石灰石吸附粒子的需要量。
    在运行调节方面应充分利用循环流化床内运动的特点来增加颗粒的团聚及内循环和外循环量来提高脱硫效率。运行中控制好一次风及上、下二次风量的配比，形成一个固体内循环，从而提高Ca0颗粒在炉内的停留时间，使SO2和02与Ca0颗粒充分接触，为脱硫效率的提高创造良好的条件。物料循环倍率的变化在影响锅炉燃烧效率的同时也会影响脱硫效率，返料器效率高时返料量大，循环倍率提高，也提高了煤颗粒及Ca0颗粒的循环次数，使Ca0颗粒在炉内的停留时间增加，Ca0与SO2充分的反应，从而提高脱硫效率。
5、添加石灰石后对锅炉的影响
    根据循环流化床低负荷运行特点，如果先降负荷到30%负荷运行时再投石灰石系统，应注意投石灰石系统运行前要保持较高床温和床压，因为系统投运后石灰石粉中Ca0转化要吸收一定的热量，且低负荷时床料相对较薄，储热量相对较少，容易造成床温的大幅波动，影响锅炉的安全运
6、总结
    260 t/h循环流化床锅炉炉内脱硫需要解决的主要技术难点是燃烧与脱硫最佳温度之间的矛盾。为了保证煤的着火和燃尽，运行床温应在950℃左右，在这个温度下，选取合适的Ca/S比、脱硫剂粒径等主要脱硫参数，使脱硫效率在80%以上，就能够有效降低S02的排放，降低脱硫成本。通过调试及改进，解决了系统及设备在设计、制造和安装中存在的问题和缺陷，改变了一些运行参数，基本掌握了系统设备的运行特性，整个石灰石系统运行状况良好，投入率均在95%以上．锅炉负荷在30%一100%范围波动，石灰石系统仍能正常投运，烟气的S02达标排放，锅炉的脱硫效果达到预期目的。
    随着人们环保意识的加强，循环流化床锅炉必将得到更为广泛地发展。由于循环流化床炉内添加石灰石脱硫技术的可行性及经济性，石灰石给料脱硫系统将会在燃用福建无烟煤的循环流化床电厂中得到更多推广应用，使循环流化床锅炉清洁燃烧的优点得以更好体现。


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