摘要：循环流化床锅炉石灰石炉内脱硫的原理是将锅炉炉膛内的CaCO3分解煅烧生成CaO与烟气中的SO2发生反应生成CaSO4后随炉渣排出，从而达到脱硫目的。起到去除烟气中的SO2的作用。目前使用最多的是石灰石和熟石灰。
关键词：石灰石；炉内脱硫法；影响因素
1炉内脱硫原理
循环流化床锅炉炉内脱硫是采用石灰石干法脱硫来实现的，即将炉膛内的CaCO3分解煅烧生成CaO与烟气中的SO2发生反应生成CaSO4随炉渣排出，从而达到脱硫目的石灰石脱硫过程。主要分为以下三步：
①CaCO3煅烧反应，在循环流化床锅炉中石灰石中的CaCO3遇热煅烧分解成为CaO与CO2，石灰石煅烧时析出CO2会扩大CaO中的孔隙，增加CaO的表面积，为下步的固硫反应奠定基础。反应方程式为：CaCO3=CaO+CO2
②硫的析出与氧化煤中的硫主要以黄铁矿、有机盐、和硫酸盐三种形式存在，有关试验表明煤在加热并燃烧时，SO2的析出呈现明显的阶段性。反应方程式为：S+O2=SO2
③硫的固化反应，CaO与析出的SO2反应生成硫酸盐。反应方程式为：CaO+SO2+1/2O2=CaSO4
2影响脱硫效率的因素：
1)床温对脱硫的影响
循化流化床锅炉中床温变化时会改变脱硫反应的速度、改变脱硫产物的结构分布及孔隙堵塞特性，从而影响脱硫效率。
当床温低于800℃时，石灰石孔隙数少，孔径小，反应速度低，而且SO2析出速度慢，所以脱硫效果差。当床温高于1000℃时，CaO的高温烧结迅速增强，使反应比表面积迅速减小，导致脱硫效率降低。循环流床锅炉床温应该选择在850℃--900℃比较合适。
2)CaS摩尔比对脱硫的影响
投入炉膛石灰石的数量通常用Ca/S摩尔比表示，既Ca/S摩尔比是指石灰石的注入量与SO2吸收量的摩尔比。在其他工况相同的情况下，随着Ca/S摩尔比的增加，脱硫效率增加，并且当Ca/S摩尔比小于2.5时，脱硫效率增加的很快，当继续增加Ca/S摩尔比时，脱硫效率将增加减慢。而且Ca/S摩尔比过高还会带来一些副作用。比如灰渣热物理损失增大、锅炉热效率下降、加大锅炉摩损、NOx排放浓度升高、尾部飞灰量增加、石灰石价格造成锅炉运行成本增加等。
在石灰石与煤中硫份反应的最终产物为CaSO4，由于CaO与SO2反应生成的一层致密的CaSO4薄层，会阻止SO2进一步与内部的CaO颗粒进行反应。致使内部大量的CaO无法利用。所以在燃烧脱硫过程中，石灰石的利用率较低，在实际运行中，Ca/S摩尔比一般再1.5--2.5之间。
3)石灰石入炉粒度对脱硫效率的影响
石灰石的粒径对脱硫效率也有较大的影响。理论上讲，石灰石越小炉内脱硫效果越好，因为减少石灰石的粒径，脱硫气固反应的表面积增大，微孔内的等效孔长度缩短，扩散阻力减小，从而提高反应面积，使脱硫效率提高。但石灰石并非越小越好，如果石灰石粒径太小会在炉膛内的停留时间很短，又很难被旋风分离器捕捉，随着烟气逃逸，导致石灰石用量增加，使石灰石得不到充分利用，影响了脱硫效率，并且增加尾部烟道的飞灰量，从而使除尘器负担加大。
石灰石的粒径过粗，将导致石灰石表面积减少，降低石灰石反应面积，使石灰石的利用率降低。同时使炉内床料变粗，加大循化流化床锅炉内设备的摩损。石灰石的粒径过粗，使床压升高，增加布风板的风量，并且增加冷渣器的出力，降低锅炉效率。
最佳的脱硫剂粒径分布与锅炉设计参数有关，一般在0-2mm属于比较合理的范围，平均为100-200um。
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4 )石灰石品质对脱硫效率的影响
石灰石品质对脱硫效率影响十分敏感，不同品质的石灰石反应性能差异很大，在CaCO3含量、晶体结构和孔隙特征上也有所不同。一般我们应该选择CaO含量高且煅烧后孔隙结构较好的石灰石作为脱硫剂。较好的孔隙结构时煅烧后脱硫剂内部大孔与小孔匹配合理，既有小孔使脱硫反应的表面积较大，初始反应速度较大，又有大孔使气体扩散阻力较小，扩散反应速度较大。人工脱硫剂由于在其中加入了活化剂，通过对天然物料进行破碎后再加入粘结剂制成颗粒状结构，因此其孔隙率和表面积大大增加，同时还减少细颗粒的扬析，提高了脱硫效率。
5)煤种特性对脱硫的影响：
循环流化床锅炉炉内脱硫效率的高低直接取决于煤中含硫量的高低。一般来讲燃煤中含硫量越高，脱硫效率就越高，但这并不代表SO2排放浓度低。在燃用高硫煤时脱硫效率能达到90%甚至更高，但S02排放浓度仍然不能达到国家排放标准的要求。
所以为了降低S02排放量首先选用低硫煤，当设计煤中确定后则必须通过提高脱硫效率来降低S02排放量。
6)石灰石给料方式对脱硫效率的影响
石灰石的给料方式可分为同点给入或异点给入，床上给入或床下给入；从给料方位与结构看，有前墙给入、前后墙给入、两侧墙给入和循环回路密封器给入等方式。给料方式对燃烧与SO2的排放都有较大的影响。
将石灰石与煤混合一起通过给煤口进入到炉膛内，这种投放方式虽然方法简单容易操作，但是有很大的弊端：煤中含有的外部水分与石灰石接触后使石灰石粉末结块，影响了它在炉内的煅烧效果，大大降低了石灰石孔隙面积，从而使石灰石的固硫能力受到很大限制。
将石灰石投给料方式设在二次风管道，通过压缩空气将石灰石通过二次风支管，随二次风一起进入炉膛。其优点是投放点分散均匀在炉膛内沸腾扰动强烈，反应速度快程度高，从而使脱硫效率提高，缺点是系统复杂，在运行中要注意保证压缩空气的压力与二次风压力的控制。
石灰石投给料方式设在返料器处，通过特设的风力管道输送系统将石灰石粉末送至返料器处，随床料一同进入炉膛。其优点是投放点分散均匀在炉膛内沸腾扰动强烈，反应速度快程度高，从而使脱硫效率提高，缺点是系统复杂，对循环流化床锅炉返料器影响大。
7) 循环倍率的影响
循环倍率越大，脱硫效率越高，因为飞灰的再循环延长了石灰石再炉膛内的停留时间，提高了石灰石的利用率，尤其是对于那些较小的颗粒。由于硫酸盐化反应速度相对较慢，当反应三十分钟后，如果不考虑石灰石的磨损，其利用率较低，因此，延长石灰石再炉膛内部停留时间，可以提高石灰石的利用率。同时还可以减少氮氧化物的生成。提高循环倍率同时还提高了悬浮空间的颗粒浓度，使脱硫效率升高。但当循环倍率升高的一定值时，会使细颗粒逃逸的可能性增加。密相区颗粒浓度也可能减少。因此对循环流化床锅炉应该选择一个有利于脱硫的循环倍率范围。
8）风量的影响
循环流化床锅炉风量是通过一次风与二次风来进入炉膛的。一次风的主要作用为流化炉膛内床料，同时给炉膛下部密相区送入一定的氧量供燃料燃烧。二次风主要是补充炉膛内燃料燃烧的氧气并加强物料混合，并且适当调整炉膛内部温度厂的分布。由于石灰石的反应条件要求在氧化性气氛中，所以在运行中，尽量保证炉膛内部氧量充足，防止由于缺氧使石灰石处于还原性气氛中，影响脱硫效率。所以只要在氧化性气氛中，对炉膛内脱硫效率无大影响。
结论：
循环流化床锅炉在煤种已经定下的前提下通过调节运行床温、合理设置Ca/S摩尔比、控制石灰石粒度、保证石灰石品质、选择合适的给料方式等措施能够有效提高脱硫效率;达到国家对S02的排放标准要求。
参考文献：
［1］肖平.循环流化床锅炉的发展前景［J］.热力发电，2004，(01)
［2］路春美.程世庆.王永征.循环流化床锅炉设备与运行［J］.中国电力出版社，2003.
论文作者:刘艳栋
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/13
标签：石灰石论文; 炉膛论文; 效率论文; 锅炉论文; 流化床论文; 孔隙论文; 粒径论文; 《电力设备》2017年第31期论文;