摘要：循环流化床锅炉的热量主要靠高速度、高浓度、高通量的固体物料循环实现的，炉内的热量、质量和动量的传递和交换非常迅速，使得整个炉膛内温度分布很均匀，因此具有排放少、适应性好等优势。各种循环流化床锅炉技术都在更新与改进中，同时，增压循环流化床燃烧技术也处在研发与探究中，蒸汽联合发电与增压床燃气，极大地提高了热效率，所以循环流化床燃烧技术将迎来革新。将流态循环燃烧应用到企业中，不仅能提高工作效率，简化工作进程，还能提高工作效率。
关键词：循环流化床锅炉；组合脱硫系统；运行策略\
1循环流化床锅炉
1.1循环流化床锅炉的简介
循环流化床燃烧技术是近二十多年发展起来的具有大型化等方面优点，其容量可以和煤粉炉那样几乎不受限制的一种清洁的新型燃烧技术。循环流化床锅炉与其它类别锅炉最主要区别是循环流化床锅炉处在流化状态下的燃烧过程。它具有NOx排放低、负荷调节范围大、灰渣易于综合利用、环保性能好、燃料适应性广等优点。循环流化床燃烧技术在未来我国的燃煤技术领域发展的很长一段时间内，将会是最现实且最适用的具有低污染高效的燃烧技术。
1.2循环流化床锅炉的构成
典型的循环流化床锅炉的布置和系统。它的燃烧系统组成有布风板、燃烧室和飞灰分离收集装置。与常规的煤粉的锅炉相比较，循环流化床锅炉除了燃烧部分相同外，其余部分的布置方式和受热面结构与常规煤粉炉相似。但石灰石及煤制备系统、底灰排放系统包括冷渣器等与常规煤粉锅炉有很大不同。
2组合脱硫系统过程建模
组合脱硫系统燃煤脱硫过程可简化为3个过程：1）煤种燃烧SO2产生；2）循环流化床炉内添加石灰石燃烧过程中脱硫；3）锅炉尾部烟气进入湿法烟气脱硫设备，石灰石浆液喷淋脱硫。煤在炉内燃烧产生烟气时，可将炉膛视为单个控制体，假设煤中含硫量完全转化为烟气中SO2。在没有发生脱硫时，根据煤种成分分析可计算烟气SO2含量：
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式中：Vc，air为燃烧所需理论空气量，m3/kg；w（Car）为煤种收到基含碳量，%；w（Har）为煤种收到基含氢量，%；w（Oar）为煤种收到基含氧量，%。VSO2为产生SO2体积，m3/kg。根据循环流化床锅炉性能试验规程（DL/T964—2005），考虑脱硫剂对循环流化床锅炉热效率影响，计算CFB锅炉热效率：
（3）
式中：thermal为锅炉热效率，%；q2为排烟热损失，%；q3为化学不完全燃烧热损失，%；q4为机械不完全燃烧热损失，%；q5为散热损失，%；q6为灰渣物理热损失，%；q7为石灰石脱硫热损失，%。对于大型循环流化床锅炉脱硫效率可通过理论分析或经验公式计算得到。本文考虑炉内燃烧过程中，Ca/S及床温对脱硫效率的影响，采用基于燃烧试验数据总结的循环流化床锅炉脱硫效率经验公式计算脱硫效率：
（4）
式中：ηCFB为循环流化床锅炉脱硫效率，%；mCFB为CFB炉内钙硫摩尔比，mol/mol；A为无量纲经验系数；B为与床温的函数表达式。
石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统脱硫效率通常可通过对机组FGD系统运行数据回归性分析后得出，也可以根据不同区间反应机理建立。本文以双膜理论为基础，对吸收塔内SO2吸收、S（IV）物质的氧化过程建立相应的数学模型，计算
（5）
（6）
（7）
（8）
式中：RSO2为SO2化学吸收速率，mol/（m2s）；KG为总传质系数mol？Pa/（m2s）；PSO2为气相SO2分压，Pa；cSO2为浆液内SO2浓度，mol/m3；H为SO2亨利常数，mol/（m3•Pa）；kSO2，G为SO2气膜传质系数，molPa/（m2s）；kSO2，l为SO2液膜传质系数，m/s；E为化学反应增强因子；Qg为烟气流量，m3/s；At为吸收塔横截面积，m2；a为单位浆液体积内液滴表面积，m2/m3；FGD为湿法烟气脱硫效率，%；PSO2，in为为脱硫塔入口SO2分压，Pa；PSO2，out为脱硫塔出口SO2分压，Pa。
3组合脱硫系统物料及能量消耗建模
循环流化床锅炉组合脱硫系统各部分及主要能耗设备。循环流化床锅炉炉内脱硫主要物料消耗为石灰石；主要能耗设备为石灰石输送风机、一次风机、二次风机和引风机。石灰石/石膏湿法烟气脱硫部分主要物料消耗包括石灰石、系统水耗，同时产生脱硫石膏；主要能耗设备为脱硫增压风机、氧化风机、浆液循环泵。
3.1循环流化床锅炉炉内脱硫系统物料消耗
根据锅炉热效率及钙硫比可计算CFB锅炉石灰石耗量：
（9）
式中：BCFB，limestone为CFB锅炉石灰石消耗量，t/h；Bcoal为实际燃料消耗量，t/h；Sar为煤种收到基含硫量，%；MCaCO3为CaCO3摩尔质量，g/mol；MS为S摩尔质量，g/mol；WCaCO3为石灰石CaCO3质量分数，%；thermal为锅炉热效率，%；Q为锅炉有效利用热量，kJ/h；Qr为锅炉输入热量，kJ/kg。
3.2石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统物料消耗
根据脱硫效率，可计算石灰石消耗量：
（10）
式中：BFGD，limestone为FGD系统石灰石消耗量，t/h；FGD为湿法烟气脱硫效率，%；CSO2，m为WFGD入口SO2质量分数，mg/m3；Qflue为入口烟气量m3/h；mFGD为WFGD系统钙硫比，mol/mol；MSO2为SO2摩尔质量，gmol。SO2在脱硫喷淋塔与石灰石浆液反应后，脱硫石膏主要产物为CaSO42H2O以及未反应石灰石和杂质，其产量计算如下：
（11）
式中：Bgypsum为脱硫石膏产量，t/h；BCaSO42H2O为CaSO42H2O产量，t/h；Bimpurity为杂质含量，t/h；WH2O为脱硫石膏含水率，%。石灰石/石膏湿法脱硫水系统包括工业水系统和工艺水系统。脱硫系统水耗主要包括烟气蒸发水量、烟气携带液态水、石膏带走的水量和系统排放的废水等4部分，水耗主要由4部分组成。
（12）
式中：mwater为湿法脱硫系统总水耗，t/h；mwater，1为蒸发水量，t/h；mwater，2为烟气携带液态水量，t/h；mwater，3为石膏带走水量，t/h；mwater，4为系统排放废水量，t/h。
4组合脱硫系统运行
选取SO2排放标准100mg/m3，300MW循环流化床锅炉运行过程中，控制炉内[Ca]/[S]在0~3范围内，维持最佳床温在870℃左右，一、二次风比为11。通过石灰石炉内脱硫时，控制石灰石平均粒径d500.15~0.45mm。石灰石输送线单条线输送能力最大为30t/h，根据运行过程中[Ca]/[S]，选取单线或双线输送，同时调整旋转给料阀，改变石灰石给粉量，以满足对应的脱硫要求。与该循环流化床机组配套烟气脱硫装置采用石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺。以石灰石浆液作为脱硫剂，在吸收塔内对含有SO2的烟气喷淋。吸收塔内布置3个喷淋层，每层对应1台浆液循环泵，每台泵额定流量相同，均为7000m3/h。湿法脱硫系统配置1台动叶可调增压风机，风量裕度大于10%，风压裕度大于20%，温度裕度大于10℃。增压风机运行时全压与系统压力有关，结合实际运行数据，得到开启不同数量浆液泵时系统压力变化情况。脱硫系统共配置3台氧化风机，2运1备，采用变频调速方式提供所需空气。氧化风机额定流量6500m3/h，额定功率400kW。
结论
石灰石单价、脱硫石膏单价、上网电价影响对系统运行状态影响较大，工业水单价对系统运行影响较小。对于相同煤种，由于组合脱硫系统涉及较多能耗设备，因此上网电价对平准化运行成本影响程度最大。同时，石灰石作为组合脱硫系统主要脱硫剂，石灰石单价远高于工业水单价的影响程度，而脱硫石膏售价增加则会降低平准化运行成本。
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论文作者:杜瀚
论文发表刊物:《电力设备》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/19
标签：流化床论文; 石灰石论文; 锅炉论文; 烟气论文; 系统论文; 湿法论文; 石膏论文; 《电力设备》2018年第4期论文;