顶部给料全煤泥循环流化床炉内脱硫的试验研究论文_徐冰

山东华聚能源股份有限公司兴隆庄矿电厂 山东兖州 272100

摘要：以工业全煤泥循环流化床锅炉为试验对象，研究不同钙硫比条件下固硫率的变化情况，并分析了形成原因。试验结果表明，粒度为0.1～0.8mm的脱硫剂最佳钙硫比是1.85，但不能彻底消除SO2排放浓度的波动性，优化方向是改变脱硫剂粒度分布。

关键词：煤泥；异重流化床锅炉；炉内脱硫；脱硫特性

1. 引言

煤泥是煤炭洗选过程中产生的高浓度、高粘度、高持水性、低热值的副产品，颗粒直径通常小于0.5mm，且商品价值低、利用难度大，并因具有遇水即流失、风干即飞扬的特点而极易造成环境污染。

由燃烧过程中SO2的生成机理可知，要抑制SO2的生成是困难的，重要的是怎样去除生成的SO2，燃烧中脱硫因涉及燃料的燃烧特性，因此相比燃烧后烟气脱硫技术，存在更多的局限性。本文以工业全煤泥循环流化床锅炉为试验对象，重点研究了全煤泥循环流化床锅炉炉内石灰石脱硫特性的影响规律，并分析了产生原因，为炉内石灰石脱硫技术在工业煤泥循环流化床锅炉上的进一步发展应用提供参考建议。

2. 试验设备及方法

2.1 试验设备

试验主要在兖矿集团兴隆庄矿电厂3#锅炉上进行。该锅炉为采用单汽包、自然循环、模式水冷壁、偏置式绝热分离器、U型阀自平衡式返料器等技术结构及异重流化床燃烧技术的75t /h全煤泥循环流化床锅炉，既可单烧煤泥又可烧洗混煤，全烧煤泥时以石英砂作为床料，基本不产生底渣。煤泥采用柱塞泵输送，由炉顶单点送入炉膛，通过调整柱塞泵推缸频率实现煤泥量调整。运行中床温一般控制在850℃～920℃之间；料层厚度通过风室压力及送风量的自然变化来判断，正常运行中，风室压力在7000 ～ 8500 Pa范围内。锅炉系统中安装有炉内喷钙系统，当燃用含硫较高的燃料时，通过向炉内添加石灰石降低SO2的排放，给料点设在二次风口处。

试验燃料为电厂日常生产所用煤泥，工业分析数据见表1，试验数据来自于锅炉DCS运行系统及烟气分析仪现场测量。脱硫剂粒度为0.1～0.8mm，其中CaO含量为50%，脱硫剂添加量由给料机控制，具体粒度分布见表2。

表1 试验锅炉煤泥工业分析表

表2 试验脱硫剂粒度分布

2.2 试验方法

考虑煤灰的自身固硫作用 ，采用实际固硫率描述脱硫剂的固硫能力。实际固硫率定义为：

式中：S1—未加脱硫剂时按6%氧含量折算的SO2排放浓度，mg/m3

S2—加入脱硫剂时按6%氧含量折算的SO2排放浓度，mg/m3

Ca/S比的计算公式：

其中

CaO的含量： 50%

S的含量： 0.58%

3. 试验结果与分析

3.1 钙硫比

图1是不同钙硫比的固硫率。

由图可以看出，固硫率随钙硫比呈先升后降的趋势，在钙硫比为1.85时固硫率最高，为86.42%，此时的SO2排放浓度值为163mg/m3。其两侧最小固硫率为：钙硫比为1.24时固硫率为52.83%，SO2排放浓度值为566mg/m3；钙硫比为3.09时固硫率为56.50%，SO2排放浓度值为522mg/m3。

锅炉全烧煤泥时基本不排渣运行，但随脱硫剂的加入，排渣频率增加。排渣频率、排渣量随钙硫比的增大而增加，特别是大于1.85后，排渣量上升明显，钙硫比2.47的排渣量是1.85时的4倍。

固硫率随钙硫比的变化趋势是由煤泥特殊的燃烧过程和不排渣的运行方式形成的，简单说，块状煤泥团在下落过程中一边下落、一边烘干、一边分裂、一边燃烧，热爆形成的小块煤泥约占20～40%，[13]其在曳力的作用下[14]上扬至炉膛上部燃烧，大块煤泥则在炉膛下部燃烧。当钙硫比逐渐增高时，炉膛上下两处的脱硫剂颗粒浓度逐步增大，固硫率上升，料层压差同时增长，当钙硫比大于一定值时，锅炉需排渣运行，此时其排渣量随钙硫比的增大而增多，大量未反应脱硫剂随底渣排出炉外，锅炉下部固硫作用减弱，固硫率呈逐步下降的趋势。

3.2 温度

图1 钙硫比与固硫率的关系

图2 钙硫比为1.85时温度与固硫率的关系

图2 显示了在钙硫比为1.85时各不同位置温度与固硫率的关系。从图可以看出，料层温度、沸腾层上部温度的固硫率变化趋势相似，而炉膛出口温度与炉膛中部温度的变化趋势相同，固硫率均随温度的升高而下降。固硫率随温度变化的原因有：一是温度不同，硫的析出量不同；二是温度变化反映了煤泥量的不同。

综上所述，煤泥热爆粒径的不可控性是燃烧过程SO2排放浓度及炉内脱硫过程中固硫率波动、下降的主要原因，特别是小块煤泥团粒径小，在炉内停留时间短，炉内脱硫时脱硫剂与其接触机率低，从而引起固硫率下降。脱硫剂对料层压差的影响是固硫率变化的另一原因，料层压差的变化引发运行方式变化，增加了未反应脱硫剂排出炉外的可能性，降低了固硫率。同时压差变化对炉内气氛的影响也会抑制或促进固硫反应的进行。

由试验结果可知，试验脱硫剂粒径最高的固硫率为86.42%，若要提高固硫率，改善固硫效果，需对脱硫剂粒径分布进行调整，要求既要满足稀相区小块煤泥团的固硫需求，也要满足密相区固硫要求的同时，减小运行方式变化对固硫率的影响。

4. 结论

① 全煤泥循环流化床锅炉与常规循环流化床锅炉不同，其SO2排放浓度呈现更大的波动性，形成主要原因为煤泥团热爆粒径的不可控性。

② 对于本次工业试验，最佳固硫率的钙硫比为1.85。对于全煤泥循环流化床锅炉：固硫率的高低取决于脱硫剂的粒度分布，既要满足稀相区固硫反应要求，也要减少密相区排渣的影响。

③ 全煤泥循环流化床锅炉的脱硫特性与常规锅炉相似，减少炉膛上部小颗粒煤泥团燃烧对硫析出的促进作用或降低炉膛上部SO2排放浓度波动是提高固硫率、减少SO2排放浓度的关键所在。

作者简介：

徐冰；男；学士学位；工程师。

论文作者:徐冰

论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期

论文发表时间:2020/4/29

标签：锅炉论文;  流化床论文;  炉膛论文;  浓度论文;  脱硫剂论文;  温度论文;  粒度论文;  《基层建设》2020年第2期论文;