循环流化床锅炉炉内脱硫效率分析

仇念国

（国能宁东第一发电有限公司，宁夏灵武 750001）

煤炭在我国能源消费中占据重要地位，占比达到62%。然而，我国主要煤炭资源的灰分含量高、含硫量高、热值低，因此开发利用低品位煤已经成为能源与环保领域的一个重要问题。

循环流化床锅炉的脱硫效率一般在90%左右，而新的燃煤炉的排放标准则要求烟尘含量应低于100 mg/m3，脱硫效率要求在97.7%以上。

1 循环流化床锅炉燃烧脱硫机理

循环流化床锅炉的燃烧过程包括燃烧和循环燃烧。燃烧过程中使用床下点火分级燃烧，通过干法排出中温分层灰渣。灰渣通过水冷螺旋出渣器、灰冷器和灰斗等设备顺序排出，飞灰率较低。锅炉高温分离器采用耐久性较好的新型氮化硅材料。循环灰输送系统由回料管、溢流管和灰渣冷却器等组成，实现循环利用床层中的灰渣。锅炉的温度控制主要通过自动控制系统实现，当该系统失效时，可以通过人工控制温度来保持稳定。

循环流化床锅炉由燃料系统、汽水系统、风烟系统、飞灰再循环系统和烟气脱硫系统组成，这些系统相互独立但相互关联，任何一个系统出现问题都会导致整个锅炉的运行受阻。因此，在实际生产中，需要时刻关注各个系统设备的运行状况，以确保整个系统正常运转。

以下是石灰粉进入循环流化床锅炉的关键流程和技术特点。

1）石灰粉通过供电逆变器控制的缓冲区域进入连续传感器和加速度室，并与石灰石和莲蓬风扇一起进入锅炉。

2）由于石灰粉的干燥性和颗粒特性，一些管道会通过弯曲部分进行密封。这些管道安装了自动流量控制阀，并在化油器粉末处理器下方安装了叶片，以防止水分进入并提供25~50℃的热空气，确保系统的安全性。

3）在循环流化床锅炉中，喷管位置对废气产生影响。循环流化床燃煤锅炉采用两根可移动钻头，从前方的水冷燃烧室向下喷入煤粉，这种技术称为半干法外层循环技术。

4）半干法外层循环技术的工作原理是通过吸积柱底部的通风孔，加速进入塔中的气体，引起紊流和混合作用。上升过程中物质分离和向上流动，产生一种循环效应，使气流速度降低为原来的1/10以下，并提高了床层中谷类回收率和钙浓度。

5）这种方式使得烟气与CO2充分接触，利用炉内气体进行转化，保持固体浓度稳定。循环流化床锅炉内部固体循环稳定，气体混合良好，有利于固气传输。

2 影响脱硫效率的因素

2.1 石灰石特性

石灰石的活性和含量对脱硫效率有重要影响。活性高的石灰石能够更好地吸收酸性气体，提高脱硫效率。

活性高的石灰石指的是其具有更多的活性成分，例如氧化钙（CaO）。这些活性成分与烟气中的酸性气体（如二氧化硫）发生反应，形成相对稳定的化合物，从而实现脱硫。

活性高的石灰石能够更充分地吸收酸性气体，因为它具有更大的比表面积，提供更多的接触点。较高的活性表明石灰石颗粒内部化学反应速率更高，从而加快了脱硫过程。

此外，石灰石的含量也会影响脱硫效率。较高的石灰石含量意味着更多的有效脱硫剂参与反应，增加了脱硫反应的潜力。较低的石灰石含量可能导致脱硫效率下降，因为不足的脱硫剂无法将所有的酸性气体吸收和中和。

2.2 烟气温度

脱硫反应的速率与温度密切相关，通常在较低的烟气温度下脱硫效率较高。过高或过低的烟气温度均会降低脱硫效率。

较低的烟气温度有助于提高脱硫效率的主要原因是减慢了脱硫反应的速率。在低温下，脱硫剂（如石灰石）与酸性气体（如二氧化硫）的反应速度更慢，从而使反应更充分。此外，较低的温度还有利于保持固体物料的湿度，提供更好的条件和接触面积来促进脱硫过程中的化学反应。然而，过高或过低的烟气温度都可能导致脱硫效率的降低。过高的温度会加速反应速率，但也可能导致脱硫剂的流失和颗粒熔化，降低了脱硫剂的可用性。过低的温度则会减缓反应速率，导致反应不完全或延迟。

2.3 烟气湿度

适当的烟气湿度有利于脱硫反应的进行，但过高的湿度可能导致石灰石流失和堵塞问题。

适当的烟气湿度有利于脱硫反应的进行，主要是因为湿度可以提供更好的条件和接触面积，促进脱硫剂（如石灰石）与酸性气体（如二氧化硫）的反应。适度的湿度可以提供充足的水分用于催化反应，增加了反应速率和脱硫效率。然而，过高的湿度可能导致一些问题。首先，过高的湿度会增加石灰石流失的风险。湿润的石灰石颗粒容易黏附在管道壁或设备表面上，导致石灰石的流失，并降低脱硫效率。其次，过高的湿度可能导致石灰石在输送和喷射过程中发生堵塞，影响脱硫剂的均匀分布和接触效果。

2.4 烟气中的其他成分

烟气中存在的其他污染物如氧化物、其他酸性气体等也会影响脱硫效率。

首先，氧化物（如氮氧化物）可能与脱硫过程中的石灰石反应，形成新的化合物，消耗了活性石灰石，从而降低了脱硫效率。因此，在脱硫过程中需要考虑氧化物的存在对脱硫剂的消耗情况，并进行相应的控制和调整。其次，其他酸性气体（如盐酸、氢氟酸等）如果存在于烟气中，也会干扰脱硫反应的进行，并降低脱硫效率。这些酸性气体可能与脱硫剂发生竞争反应，减少了与二氧化硫的反应机会，从而抑制了脱硫过程。另外，烟气中其他成分的存在，如颗粒物、重金属等，也可能对脱硫效率产生影响。颗粒物的存在可能会影响脱硫剂与酸性气体的接触，降低脱硫反应的速率和效果。重金属等杂质可能与石灰石反应，形成难溶的产物，降低脱硫效率并对设备产生不利影响。

2.5 石灰石的投加量和质量

适当的石灰石投加量和质量可以保证充分的反应和吸收，并提高脱硫效率。

首先，石灰石投加量的确定应考虑烟气中二氧化硫（SO2）的含量以及脱硫效率的要求。投加量过低可能导致不能充分吸收SO2，从而降低脱硫效率；投加量过高则可能造成过量使用石灰石，增加了成本和处理后的废弃物。因此，需要根据具体情况进行合理的控制和调整。其次，石灰石的质量也对脱硫效率至关重要。活性和纯度高的石灰石通常能够更好地与酸性气体发生反应，并提供更大的表面积和反应活性，从而增强脱硫效果。选择高质量的石灰石有助于提高脱硫效率，并降低其他不必要的杂质对脱硫过程的影响。此外，还需要考虑石灰石颗粒的大小和形状，以及投加方式和位置。适当的颗粒大小和形状可以提供更好的接触和混合效果，促进反应的进行；正确的投加方式和位置能够保证石灰石均匀分布，并与烟气充分接触。

2.6 循环流化床的操作参数

循环流化床锅炉的气速、床层高度、压力等操作参数的选择和调整也会对脱硫效率产生影响。

气速是指通过床层的气体速度。适当的气速可以增加石灰石与烟气的接触机会，提高脱硫效率。然而，过高的气速可能导致石灰石颗粒从床层中带走，降低脱硫效果。因此，需要根据具体情况选择合适的气速。

床层高度指床层上部固体颗粒的高度。增加床层高度可以增加石灰石与烟气的接触时间和接触面积，有利于提高脱硫效率。但是，过高的床层高度会增加压力损失和运行成本，因此需要综合考虑床层高度与经济性之间的关系。

压力是指流化床锅炉内部的压力值。适当的压力可以维持流化状态稳定，有利于石灰石与烟气的充分接触和反应，提高脱硫效率。不过，过高的压力可能会增加系统的能耗和运行成本，需要进行合理的优化。

2.7 温度和压力变化

温度和压力的波动可能导致脱硫效率的变化，因此要进行合理的控制和调整。

温度变化：温度对脱硫过程中石灰石的活性和反应速率有影响。较高的烟气温度可以增加石灰石与酸性气体的接触效果，提高脱硫效率。然而，过高或过低的温度都可能导致脱硫效率下降。因此，需要通过合理的燃烧控制、烟气余热回收等方法，稳定烟气温度，以达到最佳的脱硫效果。

压力变化：压力的波动会影响流化床锅炉内的气体分布和床层状态，进而影响石灰石与烟气的接触效果。过高的压力可能导致床层塌陷，减少石灰石表面积，影响脱硫效果。因此，需要通过合理的风量控制、排污系统设计等措施来维持适当的压力范围，确保脱硫系统的稳定运行。

2.8 反应时间

足够的反应时间可以使得脱硫反应充分进行，并提高脱硫效率。

为了提高反应时间和脱硫效率，可以采取以下措施。

增加床层高度：增加床层高度可以增加石灰石与烟气的接触时间和接触面积，从而延长反应时间。

调整气速：适当调整气速可以改变床层内的颗粒运动状态，延长石灰石与烟气的接触时间。较低的气速有助于延长反应时间，但需要确保床层内的颗粒仍能保持流态化状态。

优化石灰石的投加量和粒径：适量的石灰石投加量能够提供足够的反应剂，而合适的石灰石粒径有助于增加反应表面积，促进脱硫反应进行。

控制温度和压力波动：稳定的温度和压力条件有助于维持床层的稳定性，并确保石灰石与烟气的充分接触时间。

3 脱硫效率技术

脱硫技术是用于去除燃烧过程中产生的二氧化硫（SO2）的方法和技术。

1）石灰石-石膏法（石膏湿法脱硫）：这是一种常用的湿法脱硫技术，通过将石灰石喷射到烟气中进行吸收，形成石膏并排出。该技术具有高效、成熟和成本相对较低的特点。

2）乳化剂喷射脱硫（海德洗涤法）：该技术是通过在烟道中喷射一种乳化剂，使得SO2与乳化液中的活性氧和氧化剂反应生成硫酸盐，并形成可排除的固体颗粒。

3）碱液喷射脱硫（氨水/氨碱法）：该技术利用氨水或氨碱溶液进行脱硫，SO2与氨水中的氨发生反应，生成硫酸铵，并通过除渣系统达到脱硫目的。这种方法对高硫煤和燃烧废弃物的脱硫效果较好。

4）干法脱硫技术：干法脱硫技术主要包括选择性非催化还原（SNCR）和选择性催化还原（SCR）。这些技术通过在燃烧过程中喷射特定的氨或尿素溶液，通过催化反应将NOx转化为N2，同时也能一定程度上去除SO2。

5）燃料改造：通过改变燃料的组成和性质，例如利用低硫煤或使用其他低硫燃料替代高硫煤，可以降低燃烧过程中产生的SO2的量，从而提高脱硫效率。

6）其他技术：如湿式电除尘技术、湿式静电除尘技术等也可以在一定程度上去除烟气中的SO2。

4 结束语

对循环流化床锅炉炉内脱硫效率进行了深入的分析和探讨。通过了解燃烧脱硫的机理和影响脱硫效率的因素，可以更好地理解和优化循环流化床锅炉中的脱硫过程。同时，介绍了多种脱硫效率技术，这些技术在实践中可以根据具体情况选择和应用，为循环流化床锅炉的脱硫效果提供有效解决方案。

提高循环流化床锅炉炉内脱硫效率是实现清洁能源利用、减少污染物排放的关键步骤之一。通过优化石灰石投加量和质量、控制烟气湿度和温度、合理选择脱硫技术等手段，可以提高循环流化床锅炉的脱硫效率，减少二氧化硫的排放，对环境保护和健康有着重要意义。

然而，每种脱硫技术都有其适用的范围和限制，针对不同的工程和燃料特性，应结合实际情况进行技术选择和优化。未来的研究和实践工作还需继续深入，以不断提高循环流化床锅炉炉内脱硫效率，保护环境，实现能源的可持续利用。

通过对循环流化床锅炉炉内脱硫效率的研究和改进，可以为环境保护和能源清洁利用作出贡献，推动工业领域向更加环保和可持续的方向发展。希望所探讨的内容能够引起更多关注和研究，促进脱硫技术的创新和进步，为构建清洁、可持续的未来能源体系作出积极贡献。