济源公司465吨CFB锅炉三级脱硫优化运行

济源公司 465吨 CFB锅炉三级脱硫优化运行

杨智伟

国能济源热电有限公司 河南济源

【摘要】：为达到最新环保要求，实现燃煤机组超净排放要求，降低脱硫成本费用，解决既要实现超净排放的环保要求又要尽量节省脱硫成本，降低脱硫费用。经过试验，对现有的三套脱硫系统进行计算，找到最佳最经济运行方式。

【关键词】： CFB锅炉；三级脱硫；方式优化；降低成本：超净排放

0综述：脱硫系统简介

国能济源热电有限公司2台2×150MW发电机组采用的是两台465t/h循环流化床锅炉，锅炉厂家为哈尔滨锅炉厂。最初的脱硫系统为每台炉设计有一个有效容积为350吨的大石灰石粉仓和一个170吨的备用小石灰石粉仓(石灰石粉主要成分为CaCO3)，大仓配置两套罗茨风机石灰石粉气力输送系统，输送容量为10t/h，小仓配置的是压缩空气石灰石粉气力输送系统，输送容量与大仓输送容量相同。石灰石粉给料采用变频技术节约能耗，经过气力输送管线后又分为四个分支管线，最终从炉膛后部进入锅炉。虽然有三套输送系统但实际运行中达不到设计出力，或当 系统设备故障或给料机卡塞或堵料，难以满足SO2达标排放。结合电厂所在区域有较丰富的化工辅料电石渣（主要成分为含水份较大纯度不高的Ca(HO)2），而且价格比较便宜。从而采用传送皮带传送至燃料上煤皮带掺配进原煤仓，原煤和电石渣汇合进入炉膛进行一级脱硫。公司为了达到更高的超净排放标准增加了炉外脱硫系统。烟气脱硫改造工艺采用南京龙源环保的一炉一塔的炉后半干法烟气脱硫工艺，脱硫剂原料为纯度较高的消石灰（主要成分为Ca(HO)2）。从而形成了燃料皮带掺配电石渣脱硫（一级）——炉内喷石灰石粉脱硫（二级）——炉外烟气脱硫（三级）的三级脱硫运行模式。一级、二级因脱硫剂都在炉内反应均为炉内脱硫，三级在炉后烟气脱硫为炉外脱硫。

1不同脱硫方式分析

1.1一级脱硫

电石渣（主要成分为含水份较大纯度不高的Ca(HO)2的工业辅料）通过传送皮带，传送至燃料上煤皮带，经燃料上煤皮带和燃煤一起进入原煤仓。经给煤机和原煤混合后进入炉膛燃烧反应，脱去燃煤释放的SOx.形成一级脱硫，但受反应时间和温度限制，脱硫效率不高。

1.2二级脱硫

石灰石粉(主要成分为有一定颗粒度的CaCO3粉末)经罗茨风机或厂用空压机提供的气力输送到炉膛内部，直接给炉膛内部燃烧产生的Sox进行化学反应。脱去燃煤释放的SOx.形成二级脱硫，受石灰石粉粒度和反应时间、温度等限制仍有部分钙没有反应而进入烟气系统排出，效率也不高。

1.3三级脱硫

三级脱硫比较复杂。在锅炉出口烟道和引风机之间建造高效脱硫塔，烟气经过脱硫塔时，经过星型给料机向脱硫塔输送消石灰（主要成分高纯度Ca(HO)2），通过高压喷枪向塔内喷水，实现化学反应。在脱硫塔内脱去烟气中的SOx.形成三级级脱硫。因为为一级和二级炉内脱硫效率不高，进入吸收塔的烟尘中仍有较多的脱硫剂没有反应。所以在吸收塔内不加消石灰，仅仅喷水就能达到部分脱硫效果。为了提高钙的反应效率，三级脱硫系统在脱硫塔后的除尘灰斗下部设计返料系统，部分灰尘经过返料阀再次返回吸收塔内反应达到再次脱硫效果，脱硫塔内部有一定的动态床压，在引风负压作用下上下灰尘流化，充分和消石灰和水汇合反应，脱硫效果极高。确保脱硫指标超净排放。

2影响因素分析

2.1 钙硫（Ca/S）摩尔比的影响

二氧化硫排放量和脱硫效率受到Ca/S摩尔比值的影响。在二者的比值一定范围内，随着比值的增加脱硫效率随着之增大，当比值低于2.5时脱硫效率增加速度较快。当比值达到3后，脱硫效率表现平稳。因此可以通过控制石灰石粉或电石渣的量来影响脱硫效率，但是当投入量超过一定值后脱硫效率变化不再明显，此时一味增加投入量会增加灰渣物理热损失，反而弊大于利。

2.2 床温影响

脱硫剂的反应速度受到床温影响很大，而且床温会对固体产物分布情况以及孔隙是否畅通带来影响。这些都会对脱硫剂的使用情况带来影响，从而影响脱硫效率。一般对床温的要求需要同时兼顾到脱硫效率和燃烧效率，温度控制在830～930℃。

2.3NOx生成量的影响

环保超净排放不光要想法控制SOX还要还要兼顾另一个污染物指标NOx的排放量，实践证明当炉内计入过多的脱硫剂时NOx生成量与SOX成反比例上升，因此仅靠炉内脱硫不能达到超净排放要求。

2.4 氧浓度的影响

过剩空气系数会影响床内氧浓度和氧分布情况。而分段燃烧情况、给料方式、给料位置以及炉膛压力等因素也与床内氧浓度情况有关。正常情况下，过剩的空气系数范围内床内氧浓度的变化对脱硫效率的影响并不明显，反之，党过剩空气系统低于正常值后将明显影响脱硫效率。

3运行中出现问题

（1）由于机组运行方式是综合利用，同时煤种的情况十分复杂，因此脱硫方式个三种运行方式。当机组负荷高是或燃煤含有高硫煤时，采用单一的脱硫方式或者采用两种脱硫方式结合的方式都难以满足新的环保排放要求，运行效果不稳定，不理想。为确保环保指标全时段不超标，必须投入炉外脱硫系统运行，至少保持返料阀一定开度，脱硫塔维持一定床压，适当喷水，确保在炉内没有完全反应的脱硫剂在炉后再次反应。

（2）采用压缩空气的方式投降炉内投入石灰石粉，由于压缩空气的压力低，因此会对输粉情况造成影响。如果空压机的系统存在很大的湿度，那么压缩空气中就带有大量水气，此时石灰石粉吸湿严重，导致压缩空气和石灰石粉混合后容易发生结块的情况。结块量越多，输送石灰石粉就越不畅，严重时导致输粉管线堵塞，导致炉内脱硫效率出现大的波动，锅炉燃烧不稳定，造成二氧化硫排放不合格。

（3）燃料皮带掺配电石渣，锅炉床温下降，主汽温度降低，如掺配不均匀时，造成锅炉燃烧不稳定锅炉负荷波动大，SO2排放波动大。而且由于电石渣含水较高，容易造成煤仓堵煤。

4测算入炉煤含硫量和烟气SO₂

基本原理是烟气中的二氧化硫含量和入炉煤含量存在对应关系。一般情况下燃烧后会有80%的硫转化为气体排放在烟气中，还有部分硫会议炉渣等固体的形式被排出。根据元素分析数据对烟气中二氧化硫的浓度进行计算，公式如下：

式中：Cso2为干烟气中SO2浓度，mg/Nm3；Car为燃料的收到基含碳量，%；Nar为燃料的收到基含氮量，%；Sar为燃料的收到基含硫量，%；α为过量空气系数（过剩空气系数α=21/（21-O)（O代表烟气中的含氧量，%）；V0为理论空气量，Nm3/kg。由计算公式：

式中：Har为燃料的收到基含氢量，%；Oar为燃料的收到基含氧量，%。

从以上曲线来看，理论上燃煤完全燃烧，硫份完全燃烧时，燃煤含硫量与烟气SO2浓度曲线基本成直线，斜率为k=1838.43，直线方程为：

实际上由于CFB锅炉的低温燃烧技术，实际产生的 远低于理论值。这也是CFB锅炉环保系统投入成本不高的优势。

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脱硫成本测算（原料成本）

势由于入炉煤的含硫量不同，因此可以通过对脱硫塔二氧化硫和炉内二氧化硫的去除率来计算出单位烟气量的脱硫综合成本。单位烟气量为1Nm3/h。计算公式如下：

脱硫综合成本=炉外用消石灰成本+炉内用电石渣成本+炉内用石灰石粉成本+掺配电石渣对煤耗增加的成本。其中石灰石粉CaCO3中CaO含量50%，电石渣中CaO含量65%，消石灰中CaO含量80%.炉外脱硫效率98%，电石渣按85元/吨，石灰石粉175元/吨，消石灰540元/吨，炉内脱硫Ca/S=2.1，炉外Ca/S=1.03。以

110MW作为测试工况，可从以下表格体现出来。

通过对80～120MW和130～150MW工况对比分析：发现在含硫量为0.4以下时时经济运行方式基本相同基本不需要价格相对较高的石灰石和消石灰，可实现经济性和环保性。在燃烧含硫量高于0.4的经济煤种时，根据含硫量的增加，脱硫剂需要大幅增加。按正常一般煤种，0.5含硫量计算脱硫成本为：（3*75+5*175+2*540）/100 =16.35（元）。每燃烧100吨原煤增加脱硫成本16.35元。

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优化运行

（1）电石渣因含水量大，上料量有一定限制，不能高于3吨/百吨煤，高于3吨/百吨煤，也容易大幅度增加NOx的生成量，大幅增加脱硝成本，也容易造成锅炉床温，燃烧不稳定。因此严格控制好上料量。

（2）严格控制石灰石粉的质量，一般石灰石粉的粒径在100～300微米，石灰石颗粒的粒径≤3mm80%以上，这样的参数更容易发生炉内反应。考虑到石灰石粉容易吸湿受潮，应避免长时间堆积，尽量随取随用。

（3）根据入厂煤的含硫参数以及热值参数对燃料进行质量控制，保证入炉煤配煤的含硫量控制在≤0.4%。

（4）严格监测石灰石粉气力输送系统的畅通性，保持给料机的备用状态，定期对石灰石粉输送管路吹扫，保证随时待用。

（5）检查冷渣器运行情况，检查锅炉床压力维持在5～7kPa，可根据运行情况增加二次风量，对制氧量进行控制，保证浓度在2.0～3.0%，维持锅炉床温温度为830～930℃。

（6）脱硫值班员加强监视调整，根据脱硫塔入口SO2浓度和出口温度，及时调整喷水量。发现脱硫塔入口SO2浓度上升较快是及时联系主控投入炉内石灰石系统以增加炉内脱硫，尽量不用炉外的消石灰脱硫剂。确保达标排放。

（7）运行方式要保持电石渣燃料皮带掺烧进行一级脱硫连续最大出力运行，炉内石灰石粉二级脱硫辅助，尽力保持可靠不用，炉外消石灰脱硫塔烟气脱硫作为补充和最后保险的三级脱硫运行工况。

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结束语

综上所述，国能济源热电有限公司对工艺进行改造升级，优化脱硫运行方式，使SO2排放浓度控制在≤35mg/Nm3，NOX排放浓度在≤50mg/Nm3以下，达到新的排放标准，体现了CFB锅炉的高效脱硫效率和低氮氧化物排放的优点。

参考文献

廖自然. 480t/h循环流化床锅炉三级脱硫优化运行[J]. 广西节能,2016,03:30-31.