任 杰，李世明，任 飛

（1.內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，呼和浩特 010020；2.神華準(zhǔn)格爾矸石發(fā)電公司，鄂爾多斯 010030）

影響循環(huán)流化床鍋爐（CFB）脫硫效率因素很多，鈣硫摩爾比（Ca／S）、鍋爐床溫、爐膛內(nèi)氧濃度、脫硫劑的顆粒度、原煤含硫量、床內(nèi)風(fēng)速、SO2在爐膛內(nèi)停留時間、負(fù)荷變化、爐膛壓力等對脫硫效率均有影響。這些因素之間的協(xié)同作用也會影響脫硫效率，因此最佳的脫硫條件不能用簡單的方法確定，需要對不同取值的這些因素進(jìn)行組合，然后通過試驗(yàn)從脫硫結(jié)果的比較中找到最佳工況。鍋爐實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，鈣硫摩爾比（Ca／S）、石灰石粒徑和鍋爐床溫是影響脫硫效率的主要因素，本文將對每個因素安排3個水平，并通過正交設(shè)計來安排試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)主要設(shè)備

CFB鍋爐采用單汽包自然循環(huán)、單爐膛、固態(tài)排渣，鍋爐熱效率為90%。過熱蒸汽最大連續(xù)蒸發(fā)量為1 177t／h，壓力為17.4MPa，溫度為540℃。再熱器給水溫度為282.8℃ （高加切除后的給水溫度為173.5℃），再熱蒸汽流量為969.3t／h；再熱器進(jìn)口蒸汽壓力為4.02MPa，出口蒸汽壓力為3.84MPa；進(jìn)口蒸汽溫度為335.5℃，出口蒸汽溫度為540℃。采用臥管式空氣預(yù)熱器，進(jìn)風(fēng)溫度為22.5℃，一次風(fēng)熱風(fēng)溫度為297℃，二次風(fēng)熱風(fēng)溫度為297℃，排煙溫度為145℃。

鍋爐采用石灰脫硫，石灰石耗量18.33t／h，鈣硫比2.5，脫硫效率90%。試驗(yàn)期間采集電廠所用石灰石樣，用化學(xué)分析法分析石灰石中CaCO3含量為90.0%，石灰石純度較高。采用該種石灰石進(jìn)行脫硫，能夠很好地滿足循環(huán)流化床鍋爐脫硫的要求。

試驗(yàn)期間先后采集入爐煤2份，入爐煤硫收到基分別為0.45%和0.38%。

2 試驗(yàn)工況及結(jié)果

300MW CFB鍋爐鈣硫摩爾比（Ca／S）、石灰石粒徑和鍋爐床溫3個因素變動對鍋爐脫硫效率影響效果明顯，在進(jìn)行正交試驗(yàn)方案時，每個因素分別取高、中、低3個值，按照正交法開展試驗(yàn)，正交試驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^盡可能少的試驗(yàn)次數(shù)尋求這三個因素的最佳參數(shù)組合，使鍋爐排煙中SO2的體積含量最低，并希望得出各因素在水平變化時試驗(yàn)指標(biāo)的變化趨勢。

根據(jù)CFB鍋爐實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，確定各因素的試驗(yàn)水平匯總見表1。

表1 各因素的試驗(yàn)水平匯總表

根據(jù)因素個數(shù)與各因素的水平數(shù)，確定試驗(yàn)的正交表見表2。

按照正交表確定的試驗(yàn)工況開始試驗(yàn)后，每個工況均進(jìn)行了鍋爐排煙SO2濃度測量，測量地點(diǎn)為除塵器入口煙道。通過計算將原煙氣和凈煙氣的SO2濃度轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、干煙氣、空氣過剩系數(shù)為1.4時濃度。

表2 試驗(yàn)的正交表

對試驗(yàn)結(jié)果的直觀分析結(jié)果見表3。

表3中，K1、K2、K3三行數(shù)據(jù)分別是各因素同一水平結(jié)果之和。例如，K1行A因素列的數(shù)據(jù)488是A因素3個1水平試驗(yàn)值的和，而A因素4個1水平分別在第1、2、3號試驗(yàn)。所以，K1＝165＋152＋171＝488，K2、K3的計算方式與其相似。

然后，對K1、K2、K3這3行分別除以3，得到AVG（K1）、AVG（K2）、AVG（K3），表示各因素在每一水平下的平均試驗(yàn)值。例如，K1行A因素列值為488，則K1行A因素列值為488除以3，為163。

最后一行S是極差，即AVG（K1）、AVG（K2）、AVG（K3）各列3個數(shù)據(jù)的最大數(shù)減去最小數(shù)，例如A因素的極差SA＝163－139＝24，其它因素極差算法同此。通過求和數(shù)據(jù)處理，對于每一因素（如A因素），其同一水平結(jié)果之和（K1、K2、K3）及平均值（AVG（K1）、AVG（K2）、AVG（K3）），由于其它因素在A因素不同水平的和與平均值（K1、K2、K3和AVG（K1）、AVG（K2）、AVG（K3））中同等體現(xiàn)，效應(yīng)相互抵消，使A因素各個水平間具有了可比性，可以選出最好試驗(yàn)指標(biāo)值對應(yīng)的A因素水平。

從直觀分析結(jié)果可以看出：因素A（Ca／S）的極差最大，符合Ca／S對試驗(yàn)指標(biāo)（SO2排放濃度）影響最大的一般結(jié)論，其次是石灰石粒徑。按對試驗(yàn)指標(biāo)影響大小排序?yàn)锳BC，對于A因素A3最優(yōu)，B因素B1最優(yōu)，C因素C2最優(yōu)。因此，按直觀分析，A3B1C2為試驗(yàn)最優(yōu)方案。對比實(shí)際試驗(yàn)方案，試驗(yàn)序號為7的試驗(yàn)工況接近最優(yōu)方案，但與最優(yōu)方案仍有一定差別（床溫）。這也說明，由正交試驗(yàn)得出的試驗(yàn)最優(yōu)方案可能是并沒有進(jìn)行試驗(yàn)的工況，這也體現(xiàn)了正交試驗(yàn)的優(yōu)越性。

表3 直觀分析表 mg／m3

根據(jù)正交試驗(yàn)直觀分析結(jié)果，追加最優(yōu)A3B1C2工況的試驗(yàn)3次，測量鍋爐排煙SO2濃度，得到SO2排放平均值為117mg／m3。

3 結(jié)論

正交試驗(yàn)、極差分析是一種科學(xué)地安排多因素多水平試驗(yàn)的數(shù)學(xué)方法，它具有信息量豐富、試驗(yàn)工作量小、試驗(yàn)費(fèi)用低等特點(diǎn)。

1）在CFB鍋爐脫硫工藝優(yōu)化試驗(yàn)中，通過選擇鈣硫摩爾比（Ca／S）、石灰石粒徑和鍋爐床溫3個因素3個水平進(jìn)行脫硫優(yōu)化正交試驗(yàn)，結(jié)果鈣硫摩爾比影響最大，其次是石灰石粒徑。

2）對于鈣硫摩爾比（Ca／S）的設(shè)置的三水平試驗(yàn)中，Ca／S越大時脫硫效果最優(yōu)；對于石灰石粒徑設(shè)置的三水平試驗(yàn)中，石灰石粒徑取越小脫硫效果最優(yōu)；對于鍋爐床溫設(shè)置的三水平試驗(yàn)中，鍋爐床溫為900℃時脫硫效果最優(yōu)。

3）通過正交試驗(yàn)直觀分析，當(dāng)Ca／S為2.5、石灰石粒徑為0.5mm、鍋爐床溫為900℃時脫硫效果最佳。通過追加試驗(yàn)，在某300MW的CFB鍋爐測試中，SO2排放濃度最低達(dá)到117mg／m3。

4）只要在運(yùn)行中正確、合理地控制各種運(yùn)行參數(shù)，就能有效地提高脫硫效率，減少污染物的排放。