混烧循环流化床锅炉炉内喷钙优化脱硫技术的开发和示范
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[摘 要]通过对混烧循环流化床锅炉炉内喷钙系统的优化改造，提高了输送系统的稳定性、可靠性，确保了混烧循环流化床锅炉排放烟气中SO2的达标排放，为类似燃用煤泥等低热值燃料的火力电厂寻找了一种可靠、低投入的脱硫方法。
[关键词]流化床；石灰石；SO2；脱硫；煤泥
中图分类号：X701.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0045-01
一、概述
兖矿集团南屯电力分公司建设了总装机容量2×50MW两台220t/h循环流化床锅炉。锅炉在燃烧燃料的过程中释放出大量SO2，造成大气环境污染。随着我装机容量的递增，SO2的排放量也在不断增加，人们对环境质量的要求也日益增强。国家对电厂二氧化硫的排放限制也越来越严格，电厂必须对烟气中的二氧化硫脱除后才能排放。
湿法脱硫由于具有很高的脱硫效率而得到广泛应用，但是该方法的缺点是占用面积大、投资成本太高。新建的大型的电站锅炉一般采用湿法脱硫技术，但是对于中小型锅炉特别是已经建成的中小型锅炉，受到成本等因素的限制，一般采用干法或者半干法脱硫技术。对于以燃烧劣质燃料为主的坑口电厂流化床锅炉，如果采用湿法脱硫技术，由于成本太高，则不利于煤泥的资源化处理。
二、原脱硫系统存在的主要问题
脱硫工艺具体情况简要介绍如下：
电厂采用循环流化床锅炉掺烧石灰石的方法进行炉内脱硫，使用气力输送装置输送石灰石喷入炉膛。外购的石灰石粉采用封闭式罐车运送，通过罐车气力输送泵送入石灰石粉仓。石灰石下行通过缓冲仓、下进料仓，然后一分二分别通过炉前和炉后旋转给料阀，进入输送管道。电厂脱硫剂选用石灰石，石灰石执行如下标准，“煅烧前CaCO3含量不低于86.79%，煅烧后CaO含量不低于48.6%。颗粒度范围在100～300μm。” 根据化验结果，CaCO3含量平均达到约85.44%。
图1 脱硫系统的基本工艺
在实际运行过程中，存在的主要问题在于
1.小时浓度时有超标现象发生。2011年1～2月份，累计发生30次小时浓度超标。瞬时超标频繁，一旦地方环保部门检查时发生超标，将引起严重后果。造成原因为：石灰石输送系统故障、给煤系统断煤、负荷波动大等。
2.管道输送不畅。由于长距离输送流速降低，易发生管道堵塞。尤其是入炉管道，由于布置不理想，经常发生堵塞。一旦堵塞，需要长时间处理或检修期间处理，对脱硫影响较大。曾因堵塞问题多次发生超标情况。
3.石灰石设备及管道经过5年的运行，磨损情况严重，经常发生管道磨漏或旋转给料阀漏等情况，处理时造成厂内二次扬尘，而石灰石在厂区主道路处，对厂区环境影响较大。
4.现有控制系统无法记录历史数据，不符合地方环保部门要求。现有石灰石控制系统没有实现自动控制，不符合关于脱硫设施“三自动”的要求。而且调整时需要人为干预，容易因处理滞后造成超标。
三、改造方案实施
完善原#1和#2石灰石粉库和输送系统都用于#1锅炉脱硫：包括更换部分设备、管道和将自动控制引入锅炉DCS等；每个粉库下配一套出力为9t/h的石灰石输送系统；在#2锅炉旁新建1个容积250m3的石灰石粉库。在新建粉库下新建两套出力为9t/h的石灰石输送系统；
每套石灰石输送系统末端设置两个石灰石喷口，喷口布置在回料斜腿上，即每个回料斜腿设置一个石灰石喷口。石灰石与回料灰混合后进入炉膛。一般工况下，一套石灰石输送系统运行，另一套系统备用；特殊工况下以及为适应煤质变化，两套同时运行，满足炉内脱硫排放。
四、实施效果分析与总结
本项目的结论与总结体现在以下方面：
1）通过实施流化床炉内喷钙系统实现了流化床锅炉的达标脱硫。在炉内喷钙可以接受的情况下实现了二氧化硫排放满足环保要求，二氧化硫浓度排放浓度低于400mg/m3.通过改善锅炉燃烧条件和控制脱硫系统，二氧化硫排放可以降低到200mg/m3。
2）通过采用二氧化硫在线检测系统实现了二氧化硫的自动在线检测；通过将二氧化硫在线检测系统与DCS系统结合，实现了二氧化硫历史数据的自动保存；通过采用先进控制算法实现了脱硫系统的自动投运，实现了预期目标。
3）循环流化床锅炉是一种清洁燃煤锅炉，循环流化床锅炉最突出的特点是采用低温燃烧和循环燃烧技术，燃烧温度一般在850℃～950℃之间，由于采用低温燃烧和循环燃烧技术，循环流化床锅炉具有很大的优点‘’ （1）燃料适应性强，燃烧效率高。循环流化床中的燃料仅占床料的1%， -3%，不需要辅助燃料，因此可以按用各种劣质煤和其他可燃物，包括煤圩石、高硫煤、煤泥等。由于燃料在锅炉内进行多倍率循环燃烧，因此可以达到充分燃烧，燃烧效率高。（2）脱硫率高。可以采用炉内添加脱硫剂的方式在燃烧过程中除硫，理论上脱硫效率可达90%。（3）氮氧化物排放低。这是由于循环流化床锅炉采用的是低温燃烧，燃烧温度在850℃一950℃之间，这个燃烧温度下能有效抑制氮氧化物的生成。
基于流化床锅炉清洁燃烧以及低污染、低排放，可以燃烧劣质煤、煤泥等燃料，流化床锅炉具有无法替代的作用，在各领域特别是煤矿得到广泛应用。随着环保要求的日益提高，NOx排放和SO2排放的限制越来越严格，因此采用合适的脱硫措施，并保证系统的经济性非常重要。
与湿法脱硫系统相比，本脱硫方法的经济性主要在于湿法脱硫系统投资大、占地面积大、运行费用高。而炉内喷钙脱硫系统投资低、占地小，运行费用相对适中。本脱硫系统如果上湿法脱硫系统，投资金额在5500万元左右，投资巨大。由于本电厂燃用煤泥，具有废物利用的功能，其在发电效率方面低于电站锅炉，因此从投资回收等方面考虑，湿法脱硫系统投资太大、成本回收困难，不适合以燃烧煤泥为主中小型流化床锅炉。