循环流化床锅炉炉内电石渣脱硫的探讨

２２　应用能源技术　２０１１年第７期（总第１６３期）　循环流化床锅炉炉内电石渣脱硫的探讨　梁进林，张力。曹幸卫　（神华神东电力有限责任公司米东热电厂乌鲁木齐８３００１９）　摘要：循环流化床锅炉是近几十年迅速发展起来的一项高效、低污染的燃烧技术。而随　着锅炉容量增大，锅炉脱硫所需石灰石增加，发电成本也随之提高。同时，电石渣作为工业废　物，难以得到有效利用，并可能导致环境污染。因此，采用电石渣作为炉内脱硫剂，不仅可以实　现废物利用，而且可以降低发电成本，两台３００ＭＷ　ＣＦＢ锅炉在满负荷条件下一天可节约成本　６３８４０元。但同时，电石渣的使用，对煤质和电石渣水分等有一定的要求，其中电石渣的水分应　控制在１３％一２０％。　关键词：循环流化床锅炉；炉内脱硫；电石渣　中图分类号：ＴＫ２２９．４　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００９—３２３０（２０１１）０７—００２２—０３　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　Ｄｅｓｕｌｆｕｒａｔｉｏｎ　ｂｙ　Ｃａｒｂｉｄｅ　Ｓｌａｇ　ｉｎ　ＣＦＢ　Ｂｏｉｌｅｒ　ＬＩＡＮＧ　Ｊｉｎ—ｌｉ，ＺＨＡＮＧ　Ｌｉ，ＣＡＯ　Ｘｉｎｇ—ｗｅｉ　（ＸｉｎＪｉａｎｇ　ＭｉＤｏｎｇ　Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｌａｎｔ　ｏｆ　Ｓｈｅｎｈｕａ　Ｓｈｅｎｄｏｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．　Ｕｒｕｍｑｉ　８３００１９，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣＦＢ　ｂｏｉｌｅｒ　ｉｓ　ａ　ｈｉｇｈ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｌｏｗ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｗｈｉｃｈ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｒａｐｉｄｌｙ　ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｄｅｃａｄｅｓ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｂｏｉｌｅｒ　ｃａｐａｃｉｔｙ，ｄｅｓｉｒｅｄ　ｌｉｍｅ　ｓｔｏｎｅ　ｉｎ　ｂｏｉｌｅｒ　ｄｅｓｕ￣ｕｒａｔｉｏｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ　ｉｎ　ｈｅ　ｉｔｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ　ｃｏｓｔ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ｃａｒｂｉｄｅ　ｓｌａｇ　ａｓ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｗａｓｔｅ，ｉｓ　ｄｉｆｉｆｃｕｌｔ　ｔｏ　ｂｅ　ｕｓｅ，ａｎｄ　ｍａｙ　ｃａｕｓｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｃａｒｂｉｄｅ　ｓｌａｇ　ａｓ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ　ａｇｅｎｔ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｃａｎ　ｍａｋｅ　ｗａｓｔｅ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｃａｎ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｃｏｓｔ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ，ｔｗｏ　３００ＭＷ　ＣＦＢ　ｂｏｉｌｅｒ　ａｔ　ｆｕ１１　ｌｏａｄ　ｃｏｎｄｉｉｔｏｎ　ｃａｎ　ｓａｖｅ　６３，８４０　Ｙｕａｎ　ａ　ｄａｙ　ｂｙ　ｒｅｐｌａｃｉｎｇ　５０％ｏｆ　ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　ｗｉｈ　ｃａｒｔｂｉｄｅ　ｓｌａｇ．Ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｒｂｉｄｅ　ｓｌａｇ　ｈａｓ　ｓｏｍｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ａｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｉｎ　ｃａｒｂｉｄｅ　ｓｌａｇ，ｔｙｐｉｃａｌ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｉｎ　ｃａｒｂｉｄｅ　ｓｌａｇ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｏｆ　１３％ｔｏ　２０％．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＣＦＢ　ｂｏｉｌｅｒ；Ｂｏｉｌｅｒ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｄｅｓｕｌｆｕｒａｔｉｏｎ；Ｃａｒｂｉｄｅ　ｓｌａｇ　１　工程概况　一１　０６９　ｔ／ｈ型ＣＦＢ锅炉，锅炉的设计参数如表１所　循环流化床锅炉是近几十年迅速发展起来的　项高效、低污染的燃烧技术。它具有接近或达　示，锅炉的主要尺寸如表２所示。　该锅炉主要由一个膜式水冷壁炉膛，三台冷　到同容量煤粉炉的燃烧效率；燃料适应性强，不仅　可以燃用烟煤等优质煤，而且可燃用各种劣质燃　料；负荷调节比宽，在２５％负荷下仍能稳定燃烧；　低温燃烧使ＮＯｘ生成量少，等诸多优点。　却式旋风分离器和一个由汽冷包墙包覆的尾部竖　井（ＨＲＡ）三部分组成。炉膛内前墙布置有十二片　屏式过热器管屏、六片屏式再热器管屏，后墙布置　两片水冷蒸发屏。锅炉共布置有八个给煤口，全　部布置于炉前，在前墙水冷壁下部收缩段沿宽度　神华米东热电厂选用东方锅炉厂生产的　收稿日期：２０１１一Ｏ５一ｌ９　修订日期：２０１１—０５—２７　作者简介：梁进林，男，技师，从事锅炉本体安装工作２２年，　有丰富的循环硫化床技术管理工作经验，现在神　华米东热电厂工作。　方向均匀布置。炉膛底部是由水冷壁管弯制围成　的水冷风室，水冷风室两侧布置有一次热风道，进　风型式为从风室两侧进风，空预器一二次风出口　均在两侧，一次热风道布置较为简单。炉膛下部　左右侧的一次风道内分别布置有两台点火燃烧　２０１１年第７期（总第１６３期）　应用能源技术　器，炉膛密相区水冷壁前后墙上还分别设置了二　２．２元素硫反应生成Ｓ０２　元素硫生成Ｓ０２煤中的元素硫在加热时，一　支、四支床上点火油。六个排渣口布置在炉膛　后水冷壁下部，分别对应六台滚筒式冷渣器。炉　般以硫蒸气的形式进人硫化物火焰中，对纯硫蒸　膛与尾部竖井之间，布置有三台冷却式旋风分离　气及其氧化过程的研究表明，这些硫蒸气分子是　器，其下部各布置一台“ｕ”阀回料器，回料器为一　聚合的，其分子式为Ｓ８，其氧化反应具有连锁　　分为二结构，保证了沿炉膛宽度方向上回料的均　效应：匀性；尾部采用双烟道结构，前烟道布置了三组低　Ｓ８—　Ｓ７＋Ｓ　Ｓ＋Ｏ２—　ＳＯ＋Ｏ　Ｓ８＋Ｏ—＋ＳＯ＋Ｓ＋Ｓ６　温再热器，后烟道从上到下依次布置有两组高温　过热器、两组低温过热器，向下前后烟道合成一　个，在其中布置有两组螺旋鳍片管式省煤器和卧　管式空气预热器，空气预热器采用光管式，一二次　风道分开布置，沿炉宽方向双进双出。过热器系　统中设有两级喷水减温器，再热器系统中布置有　事故喷水减温器和微喷减温器。锅炉整体支吊在　锅炉钢架上。　表１　米东热电厂锅炉设计参数　名称　数值　蒸发量　１　Ｏ６９ｔ／ｈ　过热蒸汽压力　１７．５ＭＰａ　过热蒸汽蒸汽温度　５４ｌ℃　再热蒸汽流量　８８６．９　ｖｔ／ｈ　再热蒸汽进口压力　４．０８０　ＭＰａ　再热蒸汽出口压力　３．９ｏｏＭＰａ　再热蒸汽进口温度　３３７．２℃　再热蒸汽出口温度　５４１　ｏＣ　给水温度　２８０．６℃　表２　米东热电厂锅炉主要尺寸　名称　数值　锅炉深度　４８　７００ｍｉｌｌ　锅炉宽度　４３　０００　ｎｌｌｎ　大板梁高度　６７　３００ｍｍ　炉膛宽度　２８　２７５ｍｍ　炉膛深度　９　８３１　ｍｍ　锅筒中心线标高　５６　７００ｍｍ　尾部竖井前烟道深　４６８０ｍｍ　尾部竖井后烟道深　４６８０ｍｍ　水冷壁下集箱标高　４　３ｏｏｍｍ　２　ＣＦＢ锅炉炉内电石渣脱硫原理　循环流化床锅炉炉内燃烧脱硫是近几年才开　始应用于工业生产的，在用电石渣脱硫反应过程　中有以下几种反应：　２．１煤的自脱硫　煤中硫化物生成Ｓ０２煤燃烧过程中煤中硫　化物氧化产生的Ｓ０２如遇到碱金属氧化物ＣａＯ、　ＭｇＯ等，便会反应生成ＣａＳ０４、ＭｇＳ０４等而被固　定在灰渣中。　ＳＯ在遇到氧时，会产生下列反应：　Ｓ０＋０２—｝ＳＯ２＋０　ＳＯ＋Ｏ—＋ＳＯ２　２．３有机硫反应生成Ｓ０２　煤中有机硫的组成极为复杂，主要以五种功　能团存于煤中，包括硫醇类Ｒ—ＳＨ、硫醚类Ｒ—ｓ　—Ｒ、含噻吩环的芳香体系、硫琨类和二硫化物　ＲＳＳＲ。　ＲＨＳ＋Ｏ２—’ＲＳ＋Ｈ０２　ＲＳ＋Ｏ２—＋Ｒ＋ＳＯ２　富燃料燃烧的还原性气氛下，有机硫会转化　为Ｈ２Ｓ或ＣＯＳ等。　２Ｈ２Ｓ＋３Ｏ２—也ＳＯ２＋２Ｈ２Ｏ　可燃硫生成的ＣＯＳ遇氧时也会发生氧化反　应，ＣＯＳ的氧化反应包括了生成Ｓ０２的反应和　ＣＯ燃烧生成Ｃ０２的反应，这些反应都是一系列　的全连锁反应组成。　２．１．４脱硫反应机理　电石渣一加热一Ｃａ（ＯＨ）２＋Ｈ２０　ＳＯ２＋Ｈ２Ｏ—　Ｈ２ＳＯ３　Ｃａｆ　ＯＨ）２＋Ｈ２ＳＯ３—　ＣａＳＯ３＋２Ｈ２０　２ＣａＳＯ３＋Ｏ２—　ＣａＳｏ４　Ｃａ（ＯＨ）２＿＋ＣａＯ＋Ｈ２０　ＣａＯ＋Ｓ０２＋１／２０２－－－￣ＣａＳ０４　以上反应在不同的温度、含水量以及氧分条　件下相互转化、相互反应，在某种条件下，某一反　应占主导地位，最佳反应温度在８３０　ｏＣ～９３０　ｏＣ。　３　电石渣脱硫的几种方式　３．１利用原有的石灰石气力输送系统　利用原有的石灰石气力输送系统将电石渣粉　送人炉膛进行脱硫简单方便。但是，由于电石渣　中含水量较大，需加量的电石渣，容易造成石　灰石气力输送系统堵塞，影响锅炉脱硫效果。　３．２将电石渣按一定比例掺入给煤中　将电石渣按一定比例直接掺入卸煤沟内的煤　中，进入煤仓中混合燃烧。具体方案是，卸煤沟新　应用能源技术　２０１１年第７期（总第１６３期）　上一套电石渣输送系统，电石渣经料斗、输送带、　三通挡板输送到给煤皮带，和煤一起进人炉内实　现脱硫，采用变频器来控制电石渣量。另外，在输　送带上部装有电子皮带秤，用来计量物料。　该方法存在的问题是：　（１）由于电石渣中含水量较大，需加量　的电石渣，造成锅炉返料器放灰量增多，炉膛差压　较高，床温下降，负荷调整困难。　（２）电石渣的含水量较高，黏性较大，造成了　锅炉给煤系统落料斗篷煤，易产生堵塞。振动筛　的筛分效率下降，环锤式破碎机的出力增加。　３．３　电石渣加入给煤，与石灰石配合使用　综合以上分析，若采用在炉内加入少量的石　灰石后，用电石渣在卸煤沟按石灰石脱硫不足量　进行配备的方法，更加切实可行，两种脱硫方法同　时应用可起到相互补存的作用，在某一套设备出　现故障时，可调整另一套设备的处力，来保证锅炉　脱硫效果。并且同时能够可以根据电石渣的含水　率来确定掺入比例，保证给煤系统系统的正常运　行。具体方法是，再利用原有的石灰石气力输送系　统的基础上输送石灰石，并同时利用卸煤沟新增加　的输送设备在燃煤中掺如一定比例的电石渣。　４经济成本分析　４．１石灰石用量　神华米东热电厂选用克莱德贝尔格曼华　通物料输送有限公司的气力输送系统，系统采用　浓相输送，输送用气２０．９　Ｎｍ　／ｍｉｎ，系统的石灰　石物料通过石灰石粉库进入收料泵，由收料泵进　人给料泵，然后进入输送管道，在通过装在管道上　的两路分配器进入炉膛。按设计煤种锅炉（Ｂ—　ＭＣＲ）石灰石耗量１４．６　ｔ／ｈ。按满负荷运行过程　中石灰石５０％的掺人量，石灰石成本２００　吨　计算两台炉每天节省成本如下：　石灰石（Ｂ—ＭＣＲ）：１４．６　ｔ／ｈ×５０％Ｘ　２００　吨×２台炉×２４小时＝７００　８０元　４．２电石渣用量　通过对电石渣与石灰石化验结果来看，石灰　石氧化钙的含量为５３．７４％，电石渣氧化钙的含　量为６８．９０％，在掺如的电石渣中，除去电石渣水　分及渣质，按设计煤种的加入量最多１３　ｔ／ｈ，按　５０％加入量需为６．５　ｔ／ｈ，电石渣使用中泰化学废　弃物，成本２０　吨，两台炉每天投入成本如下：　电石渣（Ｂ—ＭＣＲ）：１３　ｔ／ｈ　Ｘ　５０％×２０　吨　×２台炉×２４小时＝６　２４０元　通过以上计算可以看出，两台炉在满负荷情　况下可节省费用６３　８４０元。　５　对煤质及电石渣的要求　使用废电石渣脱硫，煤的低位发热量不能太　低，同时电石渣的水分要控制在一定的范围之内。　５．１对煤质的要求　固硫效率必须保证煤质（含硫量）的稳定，才　能根据含硫量确定电石渣的掺混比例。并且用电　石渣脱硫时，要求煤的含硫量最好在２％以下。　此外，要求煤的低位发热量不能太低，因为向　炉内加量含水分较高的废电石渣时，水需要　吸收一定的热量变成蒸气，最终被烟气带走；而且　０℃～２０℃的电石渣进入炉内要吸收热量。因此　如果煤的低位发热量较低，将无法向炉内添加电　石渣。　５．２对电石渣的要求　要求电石渣的水分不能超过２０％。因为如　果含水过多，会使电石渣发粘，需要增加料搅拌设　备。特别是水份较大时，和煤掺混到一起，煤相应　的湿度加大，容易造成给煤机断煤。　但是，电石渣也不能太干，这主要是由于电石　渣特别细，如果太干则旋风分离器不易捕捉，无法　形成炉内循环，从而缩短了电石渣在炉内的停留　时间，使钙、硫离子不能充分接触达不到脱硫的效　果，最好使电石渣黏附在煤上，形成较大的颗粒。　因此，电石渣的最佳水分应控制在１３％～２０％。　６　结束语　（１）电石渣与石灰石相互调整的方法脱硫是　可行的，脱硫效果能够达到国家环保要求。　（２）开发对废电石渣的综合利用，减少了环　境污染，并为以废治废开辟了新的途径。　（３）电石渣脱硫工艺简单，只需一套给料和　输送设备，投资小，技术可靠，便于，降低了热　电厂的生产成本。　参考文献　［１］　陈昌毅．３５ｔ／ｈ循环流化床锅炉添加电石渣脱硫的可　行性初探［Ｊ］．福建能源开发与节约，２１３０１，（０１）．　［２］　高元圣．电石渣用于循环流化床锅炉脱硫工艺的　探讨［Ｊ］．中国氯碱，２００７，（Ｏ７）．　［３］　陈移北，倪林涛，田，等．电石渣炉内干法脱硫　在循环流化床锅炉中的应用［Ｊ］．小氮肥，２Ｏ０８，（０３）．　［４］　潘睿，李淑红，王志伟，等．高效除尘脱硫ＣＴ／ｎ型锅　炉炉前型煤机的研制［Ｊ］．森林工程，２００７，２３（１）：　５６—５７