楊原魁

[摘要]脫疏技術(shù)在我們的實際生產(chǎn)當中扮演著十分重要的角色。循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫疏則是當前一種有效的脫疏方法。但是，從目前實際生產(chǎn)運行的循環(huán)流化床鍋爐脫硫狀況來看，脫硫效率還比較低，排放的鍋爐煙氣中 SO2濃度高、排放量大，遠沒有達到國家標準規(guī)定的要求。為此，本文對循環(huán)流化床鍋爐脫硫機理與影響因素進行了探究，以期為提高此項技術(shù)脫疏效果提供理論依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]循環(huán)流化床;脫疏機理;脫疏技術(shù);影響因素

循環(huán)流化床脫硫是國外20世紀80年代后期開發(fā)的一種新的脫硫技術(shù)，兼有高效除塵和煙氣凈化功能，運行費用低等特點。循環(huán)流化床鍋爐因其燃料適應(yīng)面廣、負荷調(diào)節(jié)性能好、燃燒效率高、可通過向爐內(nèi)添加石灰石減少 SO2排放等優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用。但是存在脫硫效率比較低、鍋爐煙氣排放出來的 SO2濃度過高等問題。為此，有必要探討此項脫硫技術(shù)的脫硫影響因素。

一、循環(huán)流化床內(nèi)脫硫機理

循環(huán)流化床鍋爐脫硫是一種爐內(nèi)燃燒脫硫工藝，以石灰石為脫硫吸收劑，石油焦和石灰石自鍋爐燃燒室下部送入，一次風從布風板下部送入，二次風從燃燒室中部送入。石灰石在850℃～900℃床溫下，受熱分解為氧化鈣和二氧化碳。氣流使石油焦、石灰石顆粒在燃燒室內(nèi)強烈擾動形成流化床，燃料煙氣中的SO2與氧化鈣接觸發(fā)生化學反應(yīng)被脫除。為了提高吸收劑的利用率，將未反應(yīng)的氧化鈣、脫硫產(chǎn)物及飛灰等送回燃燒室參與循環(huán)利用。按設(shè)計，II電站CFB鍋爐鈣硫比達到1.97時，脫硫率可達90%以上。

高硫石油焦在加熱到400℃就開始有硫份析出，經(jīng)歷下列途徑逐步形成SO2， 即硫的燃燒過程：

S--→H2S--→HS--→SO--→SO2

硫的燃燒需要一定的時間，石油焦床內(nèi)停留時間將影響硫的燃燒完全程度，其隨時間同步增長。同時床溫對硫的燃燒影響很大，硫的燃燒速率隨床溫升高呈階梯增高。

以石灰石為脫硫劑在爐膛內(nèi)受高溫煅燒發(fā)生分解反應(yīng)：

△CaCO3--→CaO + CO2 - 179 MJ/mol

上式是吸熱反應(yīng)。由于在反應(yīng)過程中分子尺寸變小，石灰石顆粒變成具有多孔結(jié)構(gòu)的CaO顆粒，在有富余氧氣時與床內(nèi)石油焦的析出硫分燃燒生成的SO2氣體發(fā)生硫酸鹽化反應(yīng)：CaO + SO2 + 1/2 O2--→CaSO4 + 500 MJ/mol

使Ca0變成CaSO4即達到脫硫目的。但是生成的CaSO4密度較低，容易堵塞石灰石的細孔，使SO2分子不能深人到多孔性石灰石顆粒內(nèi)部，所以，Ca0在脫硫反應(yīng)中只能大部分被利用。

二、影響脫硫效率的因素分析

1鈣硫比

Ca/S摩爾比是影響脫硫效率和SO2排放的首要因素，隨著Ca/S摩爾比的增大，脫硫效率提高。但研究表明，當Ca/S摩爾比高于2.5后，繼續(xù)增大Ca/S摩爾比或脫硫劑量時，脫硫效率提高得很少。繼續(xù)增大脫硫劑量則會帶來副作用，如增加灰渣物理熱損失，影響燃燒工況，使NOx排放提高等。因此，循環(huán)流化床運行時Ca/S摩爾比一般在1.5～2.5之間。鈣硫比與脫硫率的關(guān)系基本如圖1所示。

圖1 ?鈣硫比對脫硫效率的影響

2.運行床溫的影響

鍋爐運行床溫對脫硫效率影響較大， 這是由于床溫的變化直接影響脫硫反應(yīng)速度、固體產(chǎn)物的分布和孔隙堵塞特性， 所以床溫會影響脫硫反應(yīng)的進行和脫硫劑的利用率。脫硫的最佳溫度并不是一個常數(shù)， 它與脫硫劑的品種、粒徑、煅燒條件等有關(guān)， 一般控制在 800 ℃～900 ℃之間。溫度太低時， 脫硫反應(yīng)變慢， 脫硫效率下降; 溫度太高時， CaSO4將會分解為 SO2， 也會降低脫硫效率

3.床料粒度的影響

脫硫劑和燃料的粒度以及兩者的粒徑分布對脫硫效率也有較大影響。采用較小粒徑的石灰石易使 SO2擴散到脫硫劑核心， 其參與反應(yīng)面積增加， 有利于脫硫。但石灰石粒度太小或使用太易磨損的石灰石會增大其以飛灰形式的逃逸量， 使脫硫效率下降。

4.循環(huán)倍率

循環(huán)倍率越大，脫硫效率越高。但并不是循環(huán)倍率越高越好，實際上當循環(huán)倍率達到一定值時再循環(huán)是沒有意義的。因為飛灰的再循環(huán)延長了石灰石在床內(nèi)的停留時間，提高了脫硫劑的利用率。但當懸浮空間顆粒濃度>30kg/m3后，脫硫效率增加緩慢。因此循環(huán)流化床鍋爐存在一個最佳的循環(huán)倍率。循環(huán)倍率根據(jù)實際情況的不同而有所不同，通常在100～150倍之間。

5.負荷變化

循環(huán)流化床鍋爐負荷在較大范圍內(nèi)變化時，脫硫效率基本不變或變化不大。只有在極端情況下，如工況變動較快、處于極端負荷時，由于床溫、氣速、流體動力及密相區(qū)煙氣中SO2析出濃度變化較大，對脫硫效率有較大影響。

三、解決循環(huán)流化床鍋爐脫硫問題的對策

1.加強爐內(nèi)脫硫技術(shù)的研究

由于循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)加鈣脫硫的影響因素較多， 對脫硫效率的影響較大， 因此， 國家應(yīng)加大這方面研究的投資力度， 并與實際生產(chǎn)相結(jié)合， 在運行中摸索、總結(jié)各因素與脫硫率間的關(guān)系， 簡化控制因素， 不斷提高參數(shù)控制的可操作性， 從而提高脫硫效率。另外， 要獲得穩(wěn)定的脫硫效率， 必須采用適用、先進的控制手段， 如采用 DCS 控制系統(tǒng)、安裝煙氣SO2連續(xù)監(jiān)測儀等， 以實現(xiàn)石灰石添加的自動、準確給料。除進一步改進鍋爐設(shè)計、提高操作的自動化水平外， 還應(yīng)加快開發(fā)研制新型的脫硫劑， 通過提高脫硫劑的使用效率， 降低鈣硫比， 減少添加量， 從而減輕因加入脫硫劑而對鍋爐運行產(chǎn)生的影響。

2.制定配套相關(guān)政策并加強管理和監(jiān)督

國家有關(guān)部門應(yīng)盡快制定針對鍋爐脫硫廠家運行的有效激勵政策，使已投運的循環(huán)流化床鍋爐都能發(fā)揮爐內(nèi)脫硫優(yōu)勢，降低燃煤排放SO2對環(huán)境的影響。對于循環(huán)流化床鍋爐脫硫的管理和監(jiān)督，應(yīng)和我國目前實施的SO2總量控制結(jié)合起來。對于新建的循環(huán)流化床鍋爐，其排放量必須符合當?shù)?SO2總量控制指標的要求。

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