孫 斌

華能濟(jì)寧運(yùn)河發(fā)電有限公司 山東 濟(jì)寧 272057

0 引言

能源與環(huán)境是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的兩大問題。我國是產(chǎn)煤大國，也是用煤大國，目前一次能源消耗中煤炭占76%，在可見的今后若干年內(nèi)還有上升的趨勢，而這些煤炭中又有84%是直接用于燃燒，其燃燒效率還不夠高，燃燒產(chǎn)生的大氣污染物還沒有得到有效的控制，以致于我國每年排入大氣的87%SO2來源于煤的燃燒。SO2是一種嚴(yán)重危害大氣環(huán)境的污染物，SO2與水蒸氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)形成硫酸，和雨水一起降至地面即為酸雨。隨著近幾年環(huán)保要求的力度不斷加大，燃用原煤的循環(huán)流化床鍋爐相應(yīng)的逐步發(fā)展起來了。各式各樣的循環(huán)流化床鍋爐以及不同生產(chǎn)廠家、不同設(shè)計(jì)理念的循環(huán)流化床鍋爐相繼投入到運(yùn)行中，為我們國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)保工作做出了巨大的貢獻(xiàn)。

1 傳統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐脫硫工藝

現(xiàn)在我們投入運(yùn)行的循環(huán)流化床鍋爐的脫硫工藝是在880℃的床溫下，燃料和空氣，以及石灰石在爐膛密相區(qū)內(nèi)混合，煤粒送入循環(huán)流化床內(nèi)迅速受到高溫物料和煙氣的輻射而被加熱，首先水分蒸發(fā)，然后煤粒中的揮發(fā)份析出并燃燒、最后是焦炭的燃燒。期間伴隨著煤粒的破碎、磨損，而且揮發(fā)份析出燃燒過程與焦炭燃燒過程都有一定的重疊。因此，煤粒在流態(tài)化狀況下進(jìn)行燃燒并釋放出熱量，高溫物料、煙氣與水冷壁受熱面進(jìn)行熱交換，同時(shí)投入爐膛的石灰石煅燒生成CaO和CO2，CaO與燃燒生成的SO2反應(yīng)生成CaSO4，從而實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫硫。而石灰石加入爐膛的方法有兩種，一種是從前墻給煤機(jī)落煤管處加入或從前墻播煤風(fēng)管處加入；另一種是從爐后的回料器頂部加入。從生產(chǎn)實(shí)際情況出發(fā)進(jìn)行比較，后一種加入方法產(chǎn)生的脫硫效果要好于前一種。但是最終總體的脫硫程序及原理是一樣的，就是在爐內(nèi)加石灰石與煤中的二氧化硫反應(yīng)生成硫酸鈣隨爐渣排出。

2 傳統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐脫硫工藝存在的問題及原因分析

盡管傳統(tǒng)的循環(huán)流化床鍋爐以其脫硫效率達(dá)到90%的優(yōu)點(diǎn)為廣大環(huán)保電廠所接受，但是，經(jīng)過近十幾年對循環(huán)流化床鍋爐的研究與探討，相繼暴露出了運(yùn)行過程中存在的一系列問題，甚至嚴(yán)重時(shí)能危機(jī)機(jī)組的安全運(yùn)行。存在問題如下：

1）現(xiàn)在正在運(yùn)行的傳統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐脫硫的主要方法就是加入石灰石，使之與煤中的SO2反應(yīng)生成硫酸鈣隨爐渣排出，這樣就是在鍋爐正常燃燒的過程中，及時(shí)加入大量的石灰石，這樣不僅增大了鍋爐運(yùn)行的工作量、排渣量；而且頻繁在石灰石加入口處發(fā)生堵塞現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2）不利于環(huán)保要求的減排標(biāo)準(zhǔn)。在整個(gè)燃燒過程中，煤中的硫份僅僅是從一種存在狀態(tài)改變?yōu)榱硪环N存在狀態(tài)，并沒有起到對人類社會(huì)的發(fā)展有益的作用。而且硫份隨著灰渣排除后，不僅降低了灰渣的使用性能，而且增加了廢物的排放量。

3）因?yàn)殡姀S機(jī)組的長周期運(yùn)行，就需要不間斷的加入石灰石進(jìn)行脫硫，無形之中就增加了機(jī)組的發(fā)電成本。

3 新型循環(huán)流化床鍋爐脫硫工藝的研究

本文通過對傳統(tǒng)流化床鍋爐長期的運(yùn)行、檢修的研究，根據(jù)積累的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，在傳統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種新型循環(huán)流化床鍋爐脫硫的方法，現(xiàn)就該方法進(jìn)行探討。

3.1 新型循環(huán)流化床鍋爐脫硫的工作原理

在循環(huán)流化床鍋爐中投入煤粒后，煤被加熱到400℃時(shí)開始首先分解為硫化氫氣體，然后才逐漸氧化為二氧化硫氣體。其化學(xué)反應(yīng)方程式為：

在煤粒生成硫化氫氣體后，還未生成二氧化硫的時(shí)候，將生成的硫化氫氣體從爐膛中提取出來，經(jīng)過硫化氫冷卻分離器冷卻后直接引至引風(fēng)機(jī)入口前的煙氣混合脫硫器內(nèi)，與另一路做完功含有二氧化硫的煙氣充分混合，反應(yīng)生成硫單質(zhì)和水汽，其化學(xué)反應(yīng)方程式為：

這樣不僅可以將煙氣中的二氧化硫脫去，而且還能夠提取單質(zhì)硫做其它有益的用途。工作原理的詳細(xì)情況見下圖1：

圖1 脫硫工藝流程圖

3.2 新型循環(huán)流化床鍋爐脫硫工藝實(shí)施的條件

3.2.1 提取硫化氫氣體

硫化氫氣體是產(chǎn)生在給煤投入后的爐膛密相區(qū)和重新燃燒的回料器內(nèi)，且該處的硫化氫氣體濃度較大，利用原冷渣器的返料風(fēng)管可將其從爐膛密相區(qū)內(nèi)抽出，同時(shí)也可以從回料器頂部引出的管子將回料器內(nèi)部的硫化氫氣體抽出送至硫化氫冷卻分離器進(jìn)行冷卻，熱量回收，從而做到了能夠提取常溫下的硫化氫氣體。還有一種硫化氫氣體的制備方法：在一個(gè)靠近爐膛的容器內(nèi)，盛滿原煤，利用爐膛的熱量將其加熱至400℃，揮發(fā)出來的氣體大部分是硫化氫氣體，在容器頂部接一出口管即可提取濃度較高的硫化氫氣體。

3.2.2 硫化氫氣體與二氧化硫的反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)：將盛有二氧化硫與硫化氫的集氣瓶口相對，上下翻動(dòng)，二者即可反映生成水和硫，屬氧化還原反應(yīng)。如下公式

即2體積的硫化氫氣體能夠與1體積的二氧化硫氣體反應(yīng)。在潮濕環(huán)境下能夠快速進(jìn)行，而在干燥環(huán)境條件下反應(yīng)非常緩慢。而將活性氧化鋁作為催化劑可提高硫化氫與二氧化硫反應(yīng)的速度，這是以硫化氫生產(chǎn)硫磺的克勞斯法工藝為基礎(chǔ)的基本反應(yīng)。由實(shí)驗(yàn)可知道，硫化氫氣體和二氧化硫氣體在一定的條件下，可以快速發(fā)生反應(yīng)，且能夠生成單質(zhì)硫。

4 新型循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行的步驟及流程

燃煤通過前墻或后墻進(jìn)入爐膛后，對爐膛受熱面燃燒放熱后，一方面通過高溫絕熱旋風(fēng)分離器和回料器將帶有大顆粒未完全燃燒的物料分離，送回爐膛繼續(xù)燃燒，燃燒完全的煙氣進(jìn)入鍋爐尾部煙道繼續(xù)對受熱面進(jìn)行放熱后，進(jìn)入電器除塵器將飛灰分離。這樣，含有較大濃度二氧化硫的煙氣進(jìn)入煙氣混合脫硫器。另一方面，燃料進(jìn)入爐膛后，在逐漸升溫的過程中，產(chǎn)生的硫化氫氣體經(jīng)過循環(huán)流化床鍋爐密相區(qū)上部兩側(cè)墻上的開孔抽取，進(jìn)入硫化氫冷卻分離器，一部分將未完全燃燒的物料分離出來經(jīng)回料器送回爐膛，另一部分氣體冷卻后進(jìn)入煙氣混合脫硫器與那里的二氧化硫氣體進(jìn)行反應(yīng)，生成單質(zhì)硫和水汽，達(dá)到整體脫硫且提取單質(zhì)硫的效果。不含有二氧化硫的煙氣再通過引風(fēng)機(jī)和煙囪排出。

5 新型脫硫方法的引申使用

該種新型脫硫方法不僅能夠獨(dú)立的適用于循環(huán)流化床鍋爐，而且還能夠配合適用于煤粉鍋爐的脫硫。即將提取出來的硫化氫氣體（一種是從流化床鍋爐內(nèi)提取出來的；另一種是從單獨(dú)的爐膛附近專門制造硫化氫氣體的容器內(nèi)提取出來的），引入煤粉鍋爐系統(tǒng)增加的煙氣混合脫硫器內(nèi)，與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)，生成單質(zhì)硫和水汽。從而達(dá)到脫硫的效果。

6 新型脫硫工藝的優(yōu)越性

1）能夠提取廉價(jià)的單質(zhì)硫，可用于社會(huì)發(fā)展的其它方面，以降低硫成本。

2）去除普通循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中不斷加入的石灰石，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本。

3）消除了石灰石管道頻繁堵塞、石灰石風(fēng)機(jī)磨損嚴(yán)重、石灰石在加入時(shí)經(jīng)常結(jié)焦等缺陷，大大降低了機(jī)組維護(hù)工作量，減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)效率。

4）鍋爐排出的灰渣不再含有硫酸鈣，可以對其進(jìn)行綜合利用，如修公路、制備水泥等。

7 結(jié)束語

通過對上述新型脫硫工藝的探討，使我們對國家倡導(dǎo)的“節(jié)能減排”有了更深刻的認(rèn)識(shí)。雖然該種方法尚處在理論探討階段，但是根據(jù)其原理通俗易懂、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，我們斷定在不遠(yuǎn)的將來，能夠迅速應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，并且給企業(yè)和國家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)效益和影響，也能夠優(yōu)化我們生活的環(huán)境。

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