印染企业循环流化床锅炉添加石灰石燃烧的脱硫效率探讨

摘要：本文以印染企业的循环流化床锅炉添加石灰石脱硫过程的分析，得出循环流化床锅炉添加石灰石脱硫效率，注意事项。

关键词：印染企业；循环流化床锅炉；石灰石；脱硫

中图分类号： X701.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0370（2011）11-0062-02

1 前言

印染企业一般需要蒸汽锅炉提供热量，而蒸汽锅炉的燃料通常为煤，为达到地区的SO2排放总量控制，印染企业燃煤设施必须减排SO2，目前可通过如下三种途径实现：使用优质低硫煤种；使用低SO2排放的清洁燃烧技术；采用烟气脱硫技术。

循环流化床的燃烧技术最近得到了广泛的应用，特别是在佛山市顺德区大部分的印染企业都选择了循环流化床锅炉，但该工艺对于二氧化硫的去除效率，业界一直没有明确的说明或解释，基于此本文将通过对循环流化床锅炉添加固硫剂（通常为石灰石）燃烧的机理、影响该工艺脱硫效率的各因素进行分析，并综合周围典型应用该工艺工程的试验或燃烧监测数据，对循环流化床锅炉添加石灰石燃烧的脱硫技术进行评估，这对于指导相关企业对于该类锅炉的脱硫设计、运行乃至环保行政管理，都具有积极的意义。

2 循环流化床燃烧及脱硫技术

2.1 循环流化床技术简介

循环流化床燃烧是在一般化工流态化工程和流化床燃烧的基础上发展起来的，介于层状燃烧和悬浮燃烧之间的一种流态化燃烧形式，其燃煤的粒度一般为0～10mm，其中0～1mm者约占50％，其系统主要是由一个流态化燃烧室，其后的物料分离器以及将收集物料返回燃烧室循环再燃的反料器所组成，燃烧室的工作温度一般在850℃－900℃之间，汽水系统与常规锅炉相似。

2.2 循环流化床锅炉烟气中二氧化硫的排放系数确定

燃料中的硫在燃烧过程中生成SO2，其化学反应过程比较复杂，涉及到有机硫释放、黄铁矿硫分解、硫的还原及氧化等过程，从定量计算SO2排放的角度，可以计算燃料消耗量为基数进行计算，认为煤中的所有硫将随烟气排放，其理由是燃料在炉内燃烧时SO2的生成比炭的燃烧容易得多，所以可以认为未燃尽炭部分的燃料中含硫也是全部氧化的。但实际上，煤的灰分中含有的金属氧化物CaO、MgO、Fe203等与烟气中的SO2接触时，会生成部分硫酸盐，换言之，煤灰中的金属氧化物具有一定的脱硫作用。根据有关资料，煤粉炉烟气中SO2的排放系数范围一般在70%－92%，平均为82%。

对循环流化床锅炉来说，目前运行数量不多，且运行时间较短，尚无关于烟气中二氧化硫的排放系数K值的统计资料。但从原理上分析，一方面，循环流化床锅炉的飞灰份额比煤粉炉低，另一方面，循环流化床锅炉的低温燃烧更有利于脱硫能力的发挥，且灰粒在炉内的停留时间也比煤粉炉长得多。综合以上2个方面因素，可以认为循环流化床锅炉的K值与煤粉炉大致相当，即为80％左右。

这也解释了无论是煤粉炉还是循环流化床锅炉，在即使不用添加石灰石等脱硫剂的条件下，系统也有20％左右的自脱硫率的现象。

2.3 循环流化床锅炉内加石灰石的脱硫试验及脱硫效率的影响因素

根据浙江大学热能工程研究所对循环流化床锅炉进行的工业脱硫试验及模型预测试验结果分析可得：

（1）脱硫剂在炉内停留100min以后，石灰石的转化率基本不再增加。这个时间也受所加入石灰石颗粒的粒径分布的影响。试验的石灰石粗颗粒含量较高，使得石灰石颗粒硫盐化反应所需的时间变长。

（2）脱硫效率受Ca/S比和炉内温度的影响很大，在试验温度范围内，炉内温度越高，Ca/S越低，脱硫效率也就越低。工况1的炉膛温度高达944℃ , Ca/s比为1.15和1.53，其脱硫效率不到50%。而工况2的床温为820℃左右，Ca/S比是3.10，其脱硫效率则达91.9%。这说明加石灰石脱硫时，炉内温度不应过高，Ca/S比也不能过低，应该选择合适的炉内温度和Ca/S比。

在炉内温度870－900℃左右，Ca/S在1.8～2.5的范围内时，工业试验表明，其脱硫效率一般可达80～90％甚至以上。

除此之外，石灰石的粒径对于系统的脱硫效率也有一定影响，脱硫效率随粒径的增大而下降，选用小粒径的颗粒，有利于提高吸收集的转化率，但太小的颗粒由于分离器对其分离效率的降低，平均停留时间太短，使得转化率反而降低。理想的石灰石吸收剂的粒径为0.3～0.4mm。

2.4 加入石灰石脱硫对锅炉运行的影响

加入石灰石后将使得炉内颗粒流率增加，即增加了炉内灰浓度。Ca/S比越大，颗粒流率越高。这是由于所加入的石灰石颗粒人部分在0.3～lmm之间，而这种粒径的颗粒正是锅炉循环物料的主要组成部分。

加入石灰石后，炉膛温度会降低，Ca/S比越高，炉膛温度越低。这是由于加入石灰石颗粒后，增加了炉内灰浓度和循环物料，增强了炉膛传热能力和增加了外置式换热器(EHE)的吸热份额，从而会降低锅炉炉膛的运行温度。

这也说明选择合适的钙硫比非常重要。

3 典型实例工程的运行状况及相对应的脱硫效果分析

（1）顺德南X印染有限公司。该厂设置2台35t/h循环流化床锅炉，煤的含硫量0.5%左右，煤种为越南鸿基白煤，2台锅炉总耗煤量约36000t/a，总耗石灰石量约 2160t/a，石灰石成分为CaO：54.4%，MgO：0.8%，SiO2：0.42%，炉温900°C，Ca/S为3.7。

未加石灰前SO2浓度796 mg/m3（经20％自脱硫后浓度），加石灰后SO2浓度为147mg/m3（经20％自脱硫后浓度），加石灰石脱硫效81.5％（经20％自脱硫后效率），总脱硫率85.2％（含自脱硫过程）。

循环流化床加石灰石脱硫按上述85.2％的脱硫率结果，对该厂外排SO2浓度进行物料衡算，以便对系统的脱硫率进行验证：

年外排的SO2量：36000t/a×0.5%×(1-85.2%)×2=53.28t

年排烟气量：11970 m3/t×36000t/a=430920000m3

外排SO2浓度：53.28t×109/430920000m3=123.6 mg/m3

按85.2％的脱硫率计算的结果123.6 mg/m3与监测实测结果147mg/m3基本吻合，说明该厂的循环流化床总脱硫率85.2％符合事实。

（2）明X纺织印染有限公司。该厂设置2台35t/h循环流化床锅炉，煤的含硫量0.5%左右，煤种为越南鸿基白煤，2台锅炉总耗煤量约75000t/a，总耗石灰石量约 3750t/a，石灰石成分为CaO：54.4%，MgO：0.8%，SiO2：0.42%，炉温900°C，Ca/S为3.1。

未加石灰前SO2浓度697 mg/m3（经20％自脱硫后浓度），加石灰后SO2浓度为150mg/m3（经20％自脱硫后浓度），加石灰石脱硫效78.0％（经20％自脱硫后效率），总脱硫率82.4％（含自脱硫过程）。

同样对该厂的循环流化床加石灰石脱硫按上述82.4％的脱硫率结果进行物料衡算验证：

年外排的SO2量：75000t/a×0.5%×(1-82.4%)×2=132t

年排烟气量：75000t/a×11970 m3/t =897750000m3

外排SO2浓度：132t×109/897750000m3=147mg/m3

按82.4％的脱硫率计算的结果147mg/m3与监测实测结果150mg/m3非常吻合，说明该厂的循环流化床总脱硫率82.4％符合事实。

（3）广东连州电厂二期扩建工程（2×135MW燃煤机组）。广东连州电厂二期扩建工程（2×135MW燃煤机组）燃煤硫分为0.55～0.70%，建设时改变了粤环函〔2001〕726号文要求采用湿法烟气脱硫的建议（粤环函〔2001〕726号文建议建设湿法脱硫设施），而采用循环流化床锅炉加石灰石燃烧脱硫处理。二氧化硫循环流化床燃烧脱硫通过电厂集控室的烟气连续监测系统(CEMS)调控石灰石的加入量，使循环流化床锅炉的脱硫效率可以得到控制。粉尘采取静电除尘器除尘系统，锅炉烟气经除尘处理后，由180米高烟囱排入大气。

二期工程3#、4#循环流化床锅炉污染物排放浓度：烟尘、二氧化硫、氮氧化物、烟气黑度均符合执行标准《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-1996）第III时段标准和参照标准《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2003）第2时段标准要求。

3#、4#循环流化床锅炉脱硫效率94.8%，优于粤环函〔2001〕726号文要求（>90%）。

该项目2002年8月开工建设，总投资9.2亿元，2006年3月9日投入试运行，2006年5月通过了广东省环保局组织的项目竣工环保验收。建设项目竣工

4 结论

（1） 循环流化床锅炉的二氧化硫烟气排放K值与煤粉炉大致相当，为80％左右。即在不添加石灰石等脱硫剂的条件下，也有20％左右的自脱硫率。

（2） 循环流化床锅炉加石灰石脱硫时，应根据具体的工况选择合适的炉内运行温度和Ca/S比；在Ca/S比为1.8～2.5及炉内温度870～9000C的范围内，系统的脱硫效率可达80～90％。

（3） 加入石灰石脱硫对锅炉的运行参数（温度分布、传热等）有一定的影响，并应慎重选择后续除尘单元及其运行方式。

（4） 与常规锅炉的尾部烟气脱硫相比，循环流化床锅炉内加钙脱硫具有设备投资省、占地面积小、能耗低、操作简单、无水污染、运行稳定等优点，正成为目前经济和环境矛盾日益突出的情况下首选高效低污的新型燃烧技术。

（5） 对于各类型燃煤工业锅炉和炉窑,可以采用低硫煤燃料与循环流化床锅炉加固硫剂的脱硫技术路线，以实现对外环境二氧化硫排放的总量及浓度控制要求，符合国家产能政策，符合中国国情。

参考文献

[1]国家环保总局,国家经贸委,科技部.《燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策》.2002.1.30.

[2]《中华人民共和国节约能源法》1998.1.1.

[3]王达三，张亚夫等.中国科学院工程热物理所，《循环流化床燃烧——一项实用洁净煤技术》，燃烧科学与技术，1995年第1期.

[4]王勤辉，骆仲泱等.浙江大学热能工程研究所，《循环流化床锅炉脱硫的工业试验及模型预测》，中国电机工程学报，1999年第2期.

[5]广东省环保局.《连州电厂二期工程2×135MW发电燃煤机组项目竣工环境保护验收公示》广东环境保护，2006年5月11日.

收稿日期：2011-08-12

作者简介：赵崇敬（1975-），男，双学士，注册环评工程师，研究方向：环境影响评价、环境科学研究及环境工程技术开发应用.

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