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炉内脱硫深度优化改造

  炉内脱硫深度优化改造
  1、CFB炉内脱硫机理
  CFB锅炉通过向炉内直接添加石灰石来控制SO2排放,在流化床燃烧温度下(通常为800~900℃),投入炉内的石灰石首先在高温条件下煅烧发生分解反应生成氧化钙,然后氧化钙、SO2和氧气经过化学反应生成硫酸钙,化学反应方程式为:CaCO→ CaO + CO2;CaO + SO2 +1/2O2 → CaSO4。
  石灰石中的碳酸钙高温下发生分解反应,所生成的固体氧化钙再与二氧化硫及氧气反应,生成的固体硫酸钙随炉渣、飞灰一起排出炉膛从而实现固硫的目的。
  2、炉内脱硫反应过程
  SO2和O2气体要到达煅烧后的CaO的表面和内部并与CaO发生反应需要经过以下几个步骤:
  (1) 克服颗粒外部的扩散阻力,到达CaO颗粒的表面;
  (2) 从CaO颗粒的表面扩散进入颗粒中的微孔中;
  (3) 在微孔中被吸附在CaO表面;
  (4) 扩散通过产物层CaSO4到达还没反应的CaO表面;
  (5) SO2和O2与CaO反应,生成CaSO4。
  一般认为,碳酸钙的分解速率大于氧化钙固硫反应的速率,所以石灰石固硫反应实际上是属于固体氧化钙与二氧化硫及氧气的非催化气固反应。由于此反应须经过上述五个步骤才能完成,因此,它不是一个单纯的表面化学反应,而是一个复杂的涉及到反应气体在多孔氧化钙内扩散及产物层硫酸钙内扩散的反应。
  石灰石经煅烧后生成CaO,由于CO2溢出在固体颗粒的表面及内部形成一定的孔隙,为SO2向颗粒内部扩散及固硫反应的发生创造了条件。不同类型的石灰石孔隙生成及固硫能力差异很大,这主要是因为不同石灰石地质年代和地域的不同造成了物理化学性质存在较大差别。影响脱硫效率最主要的因素是钙硫摩尔比(Ca/S),理论上燃烧过程中脱除1mol S需要1mol Ca,即Ca/S比为1,然而实际反应时吸收剂的利用率要低一些。造成这种低利用率的主要原因是使用相对较大的石灰石颗粒时吸收剂内的孔隙被反应中生成的CaSO4堵塞,CaSO4比CaCO3的摩尔容积大(分别为46.0 cm3/mol和36.9 cm3/mol),CaSO4堵塞了气孔导致颗粒内部根本没有参加反应,降低了石灰石的利用率。
  脱硫最佳温度是800--900℃,若温度高于900℃,硫酸钙晶体就会有一部分被烧结甚至分解,温度越高烧结和分解的程度也越重,SO2就更难固定,因此石灰石脱硫的温度不能超过1000℃,否则脱硫效率就变得极低,石灰石的利用率也会变得更低,这是很不经济的。
  3、炉内脱硫影响因素汇总
  CFB锅炉炉内脱硫效率的高低,受到诸多因素的影响。包括石灰石的脱硫反应活性、石灰石粒度分布、石灰石中CaCO3 含量高低,入炉煤的发热量和含硫量、锅炉分离器的分离效率、锅炉的运行参数如床温、总风量等。炉内脱硫效率的高低直接影响石灰石消耗量。而石灰石输送系统的可靠性和出力将直接影响锅炉的脱硫效果。
  4、CFB炉内脱硫目前现状
  目前投运的相当部分大型CFB锅炉,炉内脱硫效率较低,SO2排放不能满足国家环保排放要求。
  分析研究认为,造成这一状况的原因,并不是CFB锅炉固有的技术缺陷,而主要是由于对影响CFB锅炉脱硫效率的相关因素控制不当所致。概况起来,主要有以下四方面原因:脱硫用石灰石品质(包括反应活性和粒度分布等)差、锅炉实际用煤的折算含硫量远大于设计值、锅炉运行参数不合理、石灰石输送系统设备选型不匹配等。
  5、炉内脱硫深度优化改造步骤
  (1)对所采用石灰石进行深度化验分析(活性及粒度分布);
  (2)保证锅炉运行稳定的前提下,通过直接向煤炭中均匀掺烧选用石灰石的方法,做炉内脱硫试验,得到相关脱硫效率及钙硫比等相关数据,同时对飞灰中氧化钙含量进行测定;
  (3)通过数据整理,得到系统优化运行数据;
  (4)根据相关数据来重新对石灰石输送系统进行设计与改造;
  (5)新系统试验,得到数据,进行比较,再优化,再改造。
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