循环流化床锅炉石灰石消耗分析控制

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(中国石油化工股份公司 洛阳分公司,河南 洛阳 471012)

•生产与实践•

循环流化床锅炉石灰石消耗分析控制

王鹏举，贾向群，田志娟，聂礼阳

(中国石油化工股份公司 洛阳分公司,河南 洛阳 471012)

循环流化床锅炉一般采用炉内喷石灰石粉脱硫。粒径适当的石灰石粉和良好的锅炉燃烧工况对保持高效的脱硫效率，提高锅炉经济运行至关重要。本文对洛阳石化循环流化床锅炉进行研究，通过分析石灰石粉性质、工艺燃料结构及实际SO2排放量，提出控制石灰石粒径、完善监督检测措施、提高设备运行稳定性及优化运行等降低石灰石消耗措施，降低成本，提高经济效益。

循环流化床锅炉；脱硫；石灰石；消耗

循环流化床(CFB)锅炉由于具有燃料适应性广，炉内喷石灰石控制SO2成本低、NOx排放低等优点，近年来发展迅速，是目前应用范围很广的清洁燃烧炉型，在我国已大面积推广。受石灰石性质及锅炉运行工况影响，石灰石的消耗量较大[1-5]。洛阳石化锅炉车间3#CFB锅炉装置2014年2月份脱硫剂(石灰石)消耗10 480 t，单月消耗突破10 000 t，消耗量比理论多消耗2 925 t，影响锅炉运行经济性。

1 洛阳石化CFB锅炉概述

洛阳石化循环流化床锅炉为洛阳分公司油品质量升级改造项目配套工程，2009年11月建成投用，脱硫系统随锅炉同步建设，采用炉内喷钙方式。CFB锅炉设计负荷310 t/h，为单炉膛、单汽包、无中间再热、自然循环、平衡通风、双高温绝热旋风分离器、非机械式返料U阀、高温高压循环流化床锅炉，锅炉设计燃料为100%石油焦，启动燃烧器燃用重油。

脱硫工艺流程采用向锅炉内喷入0～1 mm的石灰石粉对烟气进行脱硫。石灰石由惠康脱硫剂厂生产，气体为输送至石灰石中间仓，再由中间仓输送至炉前仓。石灰石通过12个中位风喷嘴进入炉膛燃烧区，在840～900 ℃条件下受热分解生成CaO和CO2，CaO与炉膛内的SO2以及O2反应生成CaSO4，完成炉内脱硫过程，实现清洁燃烧。石灰石粉添加量是通过烟气在线检测的SO2含量和进入炉膛的燃料量来控制，由注料泵通过变频调速电机调节旋转给料阀刮板速度来调节。

2 石灰石消耗量较大的原因分析

2.1石灰石性质参数的影响

2.1.1 石灰石粒径的分布

石灰石粒径对炉内脱硫反应具有重大的、甚至是决定性的影响，石灰石的粒径过粗或者过细都会影响石灰石的利用效率。循环流化床脱硫的石灰石平均粒径一般控制在0.1～0.5 mm。石灰石粒度大时其反应表面积小，使钙的利用率降低；CFB锅炉的旋风分离器只能分离出大于0.075 mm的颗粒(3#CFB炉的旋风分离器分离效率为99.9%，可以保证0.1 mm以上的颗粒分离出来)，若石灰石粒径过细，小于0.075 mm的石灰石颗粒逃逸到尾部烟道，不能再利用，降低了石灰石的利用率，故石灰石的粒径分布应严格控制。

表1是石灰石粒径实际值与设计值的对比。

表1 石灰石粒径对比

从表1可以看出，现3#CFB炉石灰石粒径与设计要求的偏离较大，过细、过粗颗粒所占比例较大，小于0.11 mm的占30.2%，比设计值大4.8%，造成其在炉膛内停留时间短，没有被旋风分离器分离下来，大量未完全反应的石灰石随烟气逃逸至尾部烟道，造成石灰石消耗量大幅的增大；另外，石灰石粒径≥0.7 mm，所占比例为10.26%，石灰石粒径过大时其反应表面积小，降低钙的利用率，未完全反应随底渣排出，造成石灰石消耗的增加。石灰石实际粒径超设计粒径比例为15.06%，石灰石实际消耗量增加1 578 t。

表2 3#CFB炉飞灰底渣成分分析 %

2.1.2 石灰石纯度影响

石灰石设计要求的成分为：碳酸钙，92.6%；碳酸镁，2.5%；水分，<0.5%；惰性物质，5%；石灰石反应系数，2.0。

惠康脱硫剂石灰石碳酸钙含量为92%左右(抽查)，而2012年底锅炉热效率测试时石灰石分析碳酸钙有效成分为82.48%，2013年底青岛炼化对我单位石灰石化验分析碳酸钙有效成分为89.15%，均低于脱硫剂厂化验数据。

石灰石的纯度降低也是造成石灰石消耗量增加的因素，若按照石灰石碳酸钙有效成分89.15%计算，因有效成分偏差造成的石灰石消耗量增加390 t。因石灰石性质原因造成的石灰石消耗量增加了1 968 t。

2.2工艺、燃料结构调整

为了优化电站燃煤结构，降低锅炉燃煤成本，提高效益，动力部积极推进落实3#CFB炉掺烧劣质煤运行工作和多掺烧进口弹丸焦的燃料结构调整工作，从节约燃料运行成本上取得了可观的经济效益。在2013年10月25日开始掺烧高硫煤，截止到2014年2月份，目前掺烧高硫煤共计22 748 t。但是掺烧高硫煤和硫含量高的弹丸焦后，3#CFB炉烟气SO2产生量明显增大，3#CFB炉的热效率也有一定的降低，造成石灰石脱硫剂消耗量明显增大，并且SO2环保指标控制难度也明显增加。

另外，根据生产需要3#CFB炉运行负荷一直相对较高，正常负荷保持在280～300 t/h，每月消耗的燃料量偏大，消耗的石灰石量也明显增加。

以2014年2月为例，3#CFB炉耗弹丸焦消耗量为14 680.84 t，石油焦量为1 175.16 t，高硫煤量为4 550 t，化验分析数值显示，弹丸焦硫含量4.54%，石油焦硫含量3.81%，高硫煤中硫含量3.75%，可折算出燃料中S含量881.908 t。月消耗石灰石10 480 t，石灰石有效成分按91.2%计(抽查数据)，全月钙硫比3.46。燃料中S含量881.908 t，SO2排放量平均值232 mg/Nm3，平均烟气量按62.4 Nm3/s计算，全月烟气中排放S38.774 6 t，可计算出炉内脱硫效率为95.6%。

厂家设计钙硫比为2.5∶1，SO2排放量以约为2.858 mg/Nm3计算，设计计算的SO2排放量为273.93 mg/Nm3。本月车间加强SO2排放量调整控制，制定车间指标控制方案，严格要求班组控制石灰石添加量，控制SO2排放量在150～400 mg/Nm3，控制值尽量高限控制。全月实际SO2排放量平均值232 mg/Nm3，但是离设计值还偏差，继续努力总结经验，严格控制SO2排放值，降低石灰石消耗。按照CFB炉实际钙硫比，因SO2排放值偏离设计值造成石灰石多消耗82.84 t。

床温对脱硫效率有较大影响，因为炉内脱硫反应有最佳反应温度，理想反应温度为840～900 ℃。偏离最佳反应温度时，脱硫效率会下降，当温度超过950 ℃不发生反应。目前CFB锅炉床温一般运行控制在880～910 ℃，这主要有两方面原因：一是床温高，锅炉燃烧效率高；二是石油焦的挥发分少，着火温度高达600 ℃，燃尽所需温度较高。床温运行平均值为881 ℃，基本在石灰石高效利用区为840～900 ℃。

目前3#CFB炉根据生产需要已经长周期运行了300多天，炉膛内布风板及旋分内部出现了不同程度的结焦情况，造成物料流化不良，部分区域存在有高温的情况，石灰石与SO2反应的效率有所降低，从而也影响了石灰石的消耗量。3#CFB本月燃料中S含量为881.908 t。

CaCO3+SO2=CaSO3+CO2

按照设计Ca∶S为2.5计算，碳酸钙有效成分按91.2%(脱硫剂厂化验数据)计算，碳酸钙消耗量为7 555 t。

可得出碳酸钙理论消耗量7 555 t，比消耗量低2 925 t。

2.3实际SO2排放量控制平稳率低

2.3.1 入炉石油焦和入炉煤掺比不均匀

目前，进入3#CFB炉焦仓的入炉燃料由于燃料车间设备及工艺等多种原因，造成目前焦煤掺比不能达到工艺生产要求的均匀配比掺烧。3#CFB炉入炉燃料性质变化较大，使得锅炉的运行负荷、炉膛床温、锅炉的蒸汽压力、主汽温度以及SO2排放量等参数变化较大，SO2排放量控制相对困难，也就造成SO2排放量控制平稳率相对较低。目前环保压力大，环保要求高，为确保SO2不超标排放，在燃料性质波动时，为将SO2排放值控制偏低，造成石灰石消耗量增加。

2.3.2 设备问题影响

3#CFB炉石灰石添加系统存在给料不均及输送管路堵塞现象。由于石灰石粉状介质性质，常出现给料不均现象，尤其是甲侧给料系统给料波动造成SO2排放量控制相对困难，SO2排放量控制平稳率低。为确保环保指标SO2在合格范围内，当甲侧给料系统运行时，班组控制SO2指标相对偏低；石灰石炉前输送管道存在堵塞现象，为确保环保参数合格，一定程度上也造成了石灰石消耗量增大。综上所述，造成石灰石消耗量偏大的主要原因有：①石灰石粒径偏离运行工艺设计要求，造成逃逸的石灰石量偏大。②3#CFB炉连续运行300多天，运行时间长，负荷高，消耗燃料相对多。③燃料中的含硫总量高，需要消耗的石灰石量相对较高。④工艺调整以及设备运行上还存在很多薄弱环节，需加强工艺参数控制和工艺管理，提高经济成本核算管理，完善考核制度，从而降低石灰石使用量。

3 降低石灰石消耗措施

①脱硫剂公司要严格控制石灰石脱硫剂的粒径，严格控制小于0.1 mm以下及大于0.7 mm的石灰石比例；另外，控制好石灰石的成分，避免石灰石纯度降低造成石灰石消耗量增加。②做好石灰石粒径及石灰石性质的监管工作。建议，增加专业的部门对脱硫剂厂石灰石及性质分析等进行专业的监督管理，定期将石灰石及底渣、底灰样送至专业检测机构进行抽检，从而更好地保证石灰石的质量，降低石灰石的消耗量。③建议脱硫剂厂或分公司化验车间增上飞灰、底渣CaO/CaCO3的成分分析设施，来判断飞灰及底渣中未完全反应的石灰石量，根据化验结果调整锅炉运行方式，从而更好地调控石灰石的粒径及锅炉的运行参数，减少石灰石的消耗量。④做好燃料结构的调整工作。在保证燃料成本的同时，科学地核算石灰石消耗成本及环保效益，从而达到最佳的运行燃料结构。⑤继续做好入炉焦煤均匀配比工作，保证锅炉入炉燃料的性质平稳性、可靠性，保证锅炉参数的平稳率，避免锅炉参数和SO2的大幅波动，造成石灰石用量的增加。⑥加强设备维护，降低石灰石给料系统故障率。增加石灰石输送吹堵风线，降低石灰石堵管事故，确保系统平稳运行。⑦继续严格控制工艺指标，严格控制炉膛温度在840～900 ℃范围内，保证石灰石反应效率。加强考核，提高奖惩力度，严格控制SO2指标在150～400 mg/Nm3，在环保指标合格的范围内，尽量减少石灰石添加量。

4 结论

通过对CFB锅炉石灰石粒径参数进行调整，加强锅炉运行调整，制订系列措施并实施。在环保生产的前提下，石灰石消耗降低2 000余吨，降低了化剂消耗，提高锅炉机组经济运行水平。

2014-04-07

王鹏举(1986-)，男，助理工程师，从事CFB锅炉工艺管理工作，电话：18739068329。

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