大型CFB锅炉脱硫优化试验研究

任 杰，李世明，任 飞

（1.内蒙古电力科学研究院，呼和浩特010020；2.神华准格尔能源有限责任公司 矸石发电公司，鄂尔多斯010030）

随着新的大气污染物排放标准的推行，各发电集团对锅炉脱硫指标更加关注，希望在现有系统基础上，优化运行参数，最大程度地降低污染物排放量，迫切要求对脱硫系统进行工艺优化。

影响CFB锅炉脱硫效率的因素很多，钙硫比（n（Ca）／n（S））、锅炉床温、炉膛内氧浓度、脱硫剂的颗粒度、原煤含硫量、床内风速、SO2在炉膛内停留时间、负荷变化、炉膛压力等对脱硫效率均有影响［1］，这些因素之间的协同作用也会影响脱硫效率。因此最佳的脱硫条件不能用简单的方法确定，需要对不同取值的这些因素进行组合，然后通过试验从脱硫结果的比较中找到最佳工况。锅炉实际运行经验表明：钙硫比、石灰石粒径和锅炉床温是影响脱硫效率的主要因素［2］。笔者将对每个因素安排3个“水平”，并通过正交设计来安排试验。

正交试验就是将各个因素与各个“水平”均匀地搭配起来进行试验，这里的“水平”是指在某因素的允许变化范围内所选择的试验点，正交试验是通过一种规格化的正交表进行的。假设某个试验有5个因素，每个因素取4个“水平”，做全面试验需要1 024次，而采用正交表安排试验只需要16次试验。由于正交试验中每个因素的各个“水平”在试验中出现相同的次数，每个因素中各个“水平”间的搭配在试验中也出现相同的次数，所以正交试验是具有代表性的试验。

1 试验主要设备

1.1 锅炉容量和参数

试验锅炉型式：单汽包自然循环、CFB锅炉、单炉膛、固态排渣。

试验锅炉参数：

锅炉最大连续蒸发量（B-MCR） 1 177t／h

过热器出口蒸汽压力 17.4MPa

锅炉热效率（以低位发热量计算） 90%

脱硫效率 90%

钙硫比 2.5

石灰石耗量 18.33t／h

1.2 试验用煤和石灰石

试验期间采集电厂所用石灰石样，用化学分析法进行分析石灰石中w（CaCO3）为90.0%，石灰石纯度较高。采用该种石灰石进行脱硫，能够很好地满足CFB锅炉脱硫的要求。

试验期间先后采集入炉煤2份，入炉煤w（Sar）分别为0.45%和0.38%。

2 试验工况及结果

2.1 确定试验因素及水平

300MW CFB锅炉脱硫系统钙硫比、石灰石粒径和锅炉床温三个因素对脱硫效率影响明显。在进行正交试验时，每个因素分别取高、中、低3个值，按照正交法开展试验。正交试验的目的是通过尽可能少的试验次数寻求这三个因素的最佳参数组合，使锅炉排烟中SO2的质量浓度最小，并希望得出各因素在“水平”变化时试验指标的变化趋势。

根据CFB锅炉实际运行参数，确定各因素的试验“水平”，汇总见表1。

表1 各因素的试验“水平”汇总

根据因素个数与各因素的“水平”数确定正交试验工况表，见表2。

表2 正交试验工况表

按照表2所列工况进行试验，在除尘器入口烟道测得各工况下的SO2质量浓度m（SO2）。试验中过量空气系数α＝1.4，测定的原烟气和净烟气中m（SO2）值均转换为标准状态、干烟气中的数值。

2.2 试验结果及分析

试验结果见表3。

表3 试验结果

直观分析见表4，其中K1、K2、K3是各因素同一“水平”（“水平”1～“水平”3）试验结果之和；K1，avg、K2，avg、K3，avg是各因素在“水平”1、“水平”2、“水平”3的试验平均值；S是极差，是三个因素各“水平”上最大平均值和最小平均值之差。

表4 直观分析 mg／m3

从表4可以看出：因素一（钙硫比）的极差最大，其次是因素二（石灰石粒径），最小为因素三（床温）；按对试验指标影响的大小排序为钙硫比、石灰石粒径、床温。从 Ki，avg（i＝1，2，3）看：对于因素一，“水平”3得到的结果最优；对于因素二，“水平”1得到的结果最优；对于因素三，“水平”2得到的结果最优。实际试验号7的工况接近最优方案，但在因素三（床温）上有差别，这说明由正交试验得出的最优工况可能是并没有进行试验的工况，这也体现了正交试验的优越性。

2.3 追加试验

根据正交试验直观分析结果，追加最优工况（钙硫比2.5、石灰石粒径0.5mm、床温900℃）的试验3次，测量锅炉排烟中m（SO2）质量浓度值，得到m（SO2）平均值117mg／m3。

3 结语

正交试验、极差分析是一种科学地安排多因素多“水平”试验的数学方法，它具有信息量丰富、试验工作量小、试验费用低等特点。从上述试验和分析中可得出如下结论：

（1）在钙硫比（因素一）、石灰石粒径（因素二）和锅炉床温（因素三）三个因素中，钙硫比对脱硫效果的影响最大，其次是石灰石粒径。

（2）钙硫比越大，脱硫效果越优；石灰石粒径越小，脱硫效果越优；锅炉床温为900℃时脱硫效果最优。

（3）当钙硫比为2.5、石灰石粒径为0.5mm、锅炉床温为900℃时脱硫效果最佳。

（4）只要在运行中正确、合理地控制各种运行参数，就能有效地提高脱硫效率，减少污染物的排放。

［1］何大阔，王福利，李振中.循环流化床烟气脱硫效率的研究［J］.动力工程，2005，25（4）：582-586.

［2］马林转，宁平，卿春.循环流化床锅炉脱硫的试验研究［J］.环境工程，2005，23（5）：47-50.