CFB锅炉尾部烟道增湿活化脱硫工艺的试验研究.docx

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1、CFB锅炉尾部烟道增湿活化脱硫工艺的试验研究以煤砰石为主要燃料的循环流化床(Circulating Fluidized Bed, CFB)锅炉发电技术已日渐成熟，燃用煤肝石等劣质煤时可达到很高的燃烧效率，同时采用炉内喷钙脱硫工艺达可到90%以上的脱硫效率。然而随着国民对环保要求日益提高，燃煤电厂S02的防治与控制已成为当前迫切需要解决的问题。CFB锅炉过分依赖炉内脱硫工艺不仅会增大脱硫成本,影响锅炉效率,增大灰渣排量,还不利于粉煤灰的综合利用。本文在1台以混研煤(洗中煤60%,煤肝石40%)为燃料的300MW循环流化床锅炉上,进行了工业热态脱硫试验,研究其在炉内喷钙脱硫的基础上,增加尾部煤灰增

2、湿活化二级脱硫工艺的效果及其影响因素，以及该工艺对煤灰综合利用的影响。1、煤灰增湿活化脱硫的机理及其影响因素传统的炉内喷钙脱硫工艺中,CaO的利用率较低。燃烧后多孔的CaO与S02发生反应，其固硫产物CaS04的摩尔体积增大而使空隙堵塞，导致一半以上的CaO无法参与脱硫反应。炉内喷钙加尾部增湿活化烟气脱硫工艺早有应用，其尾部增湿环节的理论依据为：(1)飞灰中未反应的CaO外面往往包裹着一层硫酸盐化的外壳，水能渗透这层外壳并与内部的氧化钙反应生成氢氧化钙。由于氢氧化钙的摩尔容积(33. Icm3/mol)比氧化钙的摩尔容积(16. 9cm3/mol)大,它发生膨胀使部分硫酸盐化外壳破裂,从而能与

3、烟气中的S02接触发生进一步反应；(2)水在Ca (0H)2颗粒表面形成一层液膜，使脱硫反应从气固反应转变为液膜中的离子反应,在低温条件下,大大加快了反应的进行。宋玉宝等人运用热天平研究了高钙煤灰增湿脱硫的特性，自由水分的存在是高钙煤灰进行低温固硫反应的首要条件。IRIBARNEJ等人认为脱硫灰的低温增湿脱硫能力与水活化过程产生的Ca(0H)2质量分数成正比关系,而水合过程受活化温度、活化水量、CaO质量分数以及灰分的影响。由煤灰增湿活化脱硫工艺的原理可知，其反应过程中的宏观因素主要受增湿Ca/S摩尔比、活化水量、出口温度与热饱和温度的差值、液滴的蒸发停留时间等因素的影响。本文在把液滴的蒸发停

4、留时间控制在一定范围内的基础上,主要研究增湿Ca/S摩尔比、活化水量、出口温距对煤灰增湿活化脱硫工艺的影响规律，及该工艺对煤灰综合利用的影响。2、试验系统、方法设计及数据分析2.1试验系统介绍尾部煤灰增湿活化脱硫装置的系统流程如图1所示。图1中，左边为喷水系统，电动往复泵保证系统压力为2. 5MPa,单流体压力式自动喷枪插入点位于空预器出口处水平烟道上表面,并排均匀布置32个,喷射方向与烟气方向一致,并与烟道上壁成60角，雾化液滴粒径控制在200 H m以下。通过水箱液位计量试验喷水量。喷入点处均匀布置5个温度传感器,实时监测系统工作温度，当温度小于设定的酸露点温度时,系统自动停止，以保证生产

5、锅炉的安全运行。此处烟道截面积为3240X 13050mm2,从空预器出口到布袋除尘器入口烟道有近30m长。按表1试验煤种额定工况（煤耗量220t/h）的烟气量90. 86 X104nl3/h （过量空气系数2）计算，增湿烟气在这段烟道中的停留时间为6s。图1尾部增湿话化脱破系统：三环苏佐近现2. 2试验方法设计为保证烟道温度不低于酸露点温度,喷水量是一个重要的参数。不考虑散热和反应热，按式计算最大喷水量：点温度（P）、汽化潜热（H/kg）及饱和水蒸汽的比培（kj/kg）：喷入水的质量（kg）、温度（取5七）及定压比热（kj/kg霓）：“必一烟道出口温度下的水蒸汽比培.kj/kgo选用经验公式

6、计算酸露点温度因：93.6 （不二L05”式中酸露点，出一按喷水前烟气中水蒸气分压力计算的水蒸气露点,t:Si-燃料折算硫分,%:a考虑飞灰影响的指数：其中:Ai一燃料折算灰分,%:a八一K灰份额,%q之的或化玩发包试验煤种通过式估算出的烟气酸露点为102.28C,但因为喷水后烟气中水蒸汽分压增大,其酸露点相应升高,所以我们按喷水后烟气温度降到120C计算,并假设喷入的水在6s内能完全汽化，由式算出每燃烧1kg燃料，烟道增湿活化脱硫装置喷入0. 054kg的水时，喷水后烟气温度降120,即240300MW负荷范围（煤耗180、220t/h）内的系统最大允许喷水量为:9.6511. 80t/ho

7、本试验采用单一变量法,研究Ca/S摩尔比、水钙摩尔比、饱和温距对煤灰增湿活化脱硫效果的影响,及该工艺与钙利用率的关系。试验共分为I、II、HI、MV、VI组,其中I和n组共取用1个煤样,表1为每组试验燃煤采样的的工业分析及脱硫剂石灰石纯度的化验结果。每组试验过程中，维持投入锅炉的物料及运行参数基本不变,记录喷水前后S02排放浓度的数据,每5minl组。在烟囱进口烟道上开设小孔进行温度测量及烟气负压取样,测量S02浓度的仪器为日本HORIBA公司生产的型号为ENDA-600ZG分析仪（试验前用标气校准,误差或1%）,煤硫分分析仪选用长沙瑞祥科技有限公司生产的型号为WS-S200的WS自动测硫仪,

8、测硫分辨率为0. 001%o表1试验用煤的工业分析结果试验 / M, J/ VJ FC、/ S Qnoka“喘舞编号 佻先，Gr1Q号言112.472.385L-W21.54III12.112.4450.621.19IV8.762.4951.4421.23V8.181.8747.4823.91VI12.872.444.7523.4224.620.692 74471.0425.710.772 98374.6424.840.662 79670.9827.040.702 94673.3427.390.762 98675.29、通过差殛法得到。2. 3试验数据分析根据表1试验燃煤的工业分析、石灰石纯度

9、数据及每组试验测得的S02排放浓度,做以下分析。把炉内喷钙加尾部增湿脱硫工艺共同投运时的脱硫效率称为时均脱硫效率：时均脱硫效率=中7100%（3）C|式中:弓一理论7卜原始排放浓度折算值阿（m过量空气系数取1.4）,S喘蕊3号皿微X号.C2一实测烟气中S02的折算浓度（mg/m-3,过量空气系数取1. 4）;B一实测单位时间进炉燃料量,t/h;Sa测量燃料的收到基含硫量，猊K一燃料中的硫含量在炉内转化为S02的份额（取0. 9）;n S02除尘器的脱硫效率（布袋除尘器取0）;q4一锅炉固体不完全燃烧损失选取2）;Vy实测单位时间烟气排放量,Nm3/h;a一排放烟气的湿度；0, 2一实测烟气含氧

10、量,。尾部增湿活化脱硫工艺的脱硫效率称为增湿脱硫效率增湿脱硫效率=牛心幻00拿磁化热式中：cin、cout一喷水前后测得的烟气中S02的折算浓度（mg/m-3,过量空气系数取1.4）。假设进入锅炉的脱硫剂完全被分解为CaO,除了与S02反应的部分,剩余的全部以CaO形式存在，以进入尾部增湿活化脱硫工艺的物料为基准计算增湿钙硫摩尔比,按式计算增湿Ca/S摩尔比=锅炉C姐摩尔比-喷水前时均脱破效率1-喷水前时均脱硫效率如式中：锅炉Ca/S摩尔比为以进入锅炉的物料为基准计算的钙硫摩尔比锅炉C鲂摩尔比=3?各环源除2其中：B一单位时间入炉脱硫剂与燃料的质量之比；KCaCO3一脱硫剂中CaCO3的份额，

11、猊Q fh一飞灰份额（此处取0. 6）o喷入系统的水量以水分子和钙原子的摩尔数计量为水钙摩尔比，其计算公式为水钙摩尔比=b 吃虹（诃变X、。炉内时均脱酸丝嘴况期纥波电式中:A一单位时间入炉的脱硫剂量,kg;B一单位时间入炉的燃料质量,kg;C一单位时间喷入烟道的水量,kg。出口温距 T为系统出口排烟温度与烟气饱和蒸汽压差值,其计算公式为=7 7炮：之事阳线第式中：T烟一烟气温度，;T饱一饱和蒸汽分压P饱对应的饱和温度，C。其中：P 饱二d P(/d+O. 622);P当地大气压；d烟气含湿量；其中= l - 273+-，P前阔吟包P 0一标况下的烟气密度,kg/m3;Vy烟道实测烟气流量,Nm

12、3/h;a过量空气系数；dk当地空气的含湿量,g/kg;P当地空气密度,Nm3/h;V0一单位质量燃料所需的理论空气量,Nm3/h;B一单位时间进入燃料量,t/ho喷入锅炉的脱硫剂钙利用率用式(8)计算钙利用率=时均脱硫效率0n锅炉Ca/S摩尔比:印口应依访河各组试验数据分析结果见表2。从表2中可以看出，增湿Ca/S摩尔比比其他研究中都要大很多，这是因为本文中Ca/S摩尔比是利用脱硫剂中的Ca平衡计算的，假设飞灰中的Ca全部以CaO的形式存在的。2.3. k Ca/S摩尔比对脱硫效率的影响第I、II组试验选定相近负荷的稳定时段,维持锅炉运行参数基本不变,喷水量为5t/h的情况下,通过改变脱硫剂

13、给料量,测试不同增湿Ca/S摩尔比对烟道煤灰增湿活化脱硫工艺脱硫效率的影响。图2是表2中第I、II组试验喷水前后时均脱硫效率、实测S02折算排放浓度随时间的关系图(从第20min后开始喷入水)。由图2可见,喷水开始后,S02排放浓度会立刻下降,第I组增湿Ca/S摩尔比4. 46,水钙摩尔比6. 2,排烟温度125, S02排放浓度765mg/m3降到665mg/m3,增湿脱硫效率13. 1%;第II组增湿Ca/S摩尔比15. 27、水钙摩尔比3. 8,排烟温度127, S02排放浓度从364mg/m3降到273mg/m3,增湿脱硫效率为25. 2%。随着增XOO700-X50040030020

14、0.I 实窜 后折算f放0.70忖均睨吸效率，6950.90O.K55X0().75湿Ca/S摩尔比的增大,增湿脱硫效率增加。表2烟道M水增湿活化脱碳试聆败据试验号负懵/Ml供炉靖*情故阜尔比摩尔比41/(rirt水筲摩尔比273252R7可120,9 2LS 127 -122III305309.0653.4537I5J82唠522.9 -23.9 135 -131n3013.488.24643655-534!8581 *84233 -24.1 134 -130V3053369.2786.8561 M2823.784 8725.0 *25.9 137 *133VI3064 2X14555372622.6