炉内喷钙干法脱硫技术应用分析

总结出提高炉内脱硫系统安全、稳定、高效运行的有效措施。结果表明，优化改进后的炉内喷钙干法脱硫技术可实现90%以上的脱硫效率，实现锅炉烟气中SO2排放质量浓度小于150mg/Nm3的设计要求。

关键词：炉内喷钙；循环流化床锅炉；优化改进；脱硫效率

引言

焦作煤业集团电冶分公司三台25MW高、低混合流速CFB机组配套建设有双碱法湿法脱硫系统，由于设备老化及酸碱的长期腐蚀，系统故障频繁，投入率无法保证且脱硫效率低下，不能满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）对燃煤机组SO2排放指标的要求，为了电厂的持续生存和发展，脱硫提标改造势在必行。对比炉内脱硫、半干法脱硫和湿法脱硫三种当前国内CFB机组的主要脱硫工艺，结合电冶分公司厂区内空间限制条件、燃料低硫特性、引风机选型余量和CFB锅炉的炉型特点，电冶分公司决定采用系统阻力小、接口时间短、工艺结构简单、投资和运行维护成本相对节省的炉内喷钙干法脱硫技术作为提标改造的实施方案。

1 工艺概况

（1）锅炉基本情况。电冶分公司三台高、低混合流速循环流化床锅炉是在原130t/h煤粉炉基础上进行扩容改造的一种高效、低污染的新型锅炉。高、低混合流速循环流化床燃烧，锅炉上部烟气流速为5m/s，下部烟气流速为3.8m/s。密相区布置横埋管、炉膛全膜式壁悬吊结构，内置水冷上排气高温旋风分离器，返料器为自平衡型U型阀。每台炉配一台离心式送风机、两台变频离心式引风机和一台高压流化风机。二次风管接自一次风风箱，分上下两层送入炉膛。

（2）燃料来源及硫分。燃料选用焦煤集团内部各矿井选煤厂的煤泥、煤矸石和劣质煤混合物，综合发热量3000±500Kcal/Kj，含硫0.5%左右。煤泥掺烧比例为40%～60%，与矸石、洗中煤等掺混后入炉燃烧，单炉入炉煤量38～45t/h，锅炉原始SO2排放浓度约1500mg/Nm3。

（3）炉内喷钙干法脱硫工艺实施路线。本次提标改造的工艺路线是对原湿法脱硫系统进行隔离，新建一套炉内喷钙干法脱硫系统。脱硫剂采用石灰石粉，从锅炉四周上二次风风口喷入炉膛，与烟气中的SO2发生化学反应，使烟气中的SO2排放浓度≤150mg/Nm3，满足国家环保要求，具体设计指标见表1：

表1 炉内脱硫系统设计指标

系统主要由石灰石粉仓、布袋除尘装置、加热装置、气化风系统、压缩空气干燥净化系统、星形给料机、罗茨风机、物料泵、输灰管路及DCS控制系统等组成，石灰石粉通过罐车气力输送进粉仓，烟气数据采用硬接线方式从烟气在线监测站数据模块接引至脱硫DCS系统。

2 问题分析及改进措施

2.1 输粉管道堵塞与磨损

石灰石粉颗粒不合格或受潮粘结、给料不稳定时高浓度物料流在弯头高阻力处发生气固分离、管路内壁粗糙部位因局部阻力等均会导致物料堆积，导致堵管问题的发生。实现物料的输送，首先要使物料保持一定的移动速度，而移送的粒子与管壁之间会发生碰撞与摩擦，因此磨损是不可避免的。对于弯头部位，由于离心力和惯性撞向管道外侧的内壁，该部位的磨损将尤为严重。为了减缓管道的磨损、降低管道堵塞的发生概率，并在管道磨损和堵塞时能及时疏通和更换，改进措施：（1）弯头全部采用90°或120°的圆弧过渡弯头，优化管路流线；（2）弯头防磨工艺选型上综合考虑阻力特性，选取较低阻力的耐磨钢瓷复合管；（3）所有弯头均采用法兰连接，便于疏通和更换；（4）在所有弯头部位均设置压缩空气管接头和阀门，便于堵管时用高压空气快速疏通；（5）输送管道全部采用厚壁无缝碳钢管，管壁厚度不小于10mm，弯头、变径及三通等易磨损部件采用钢瓷复合耐磨材质。该材质由刚玉陶瓷、过渡层、钢三层组成，其莫氏硬度可达9.0相当于HRC90以上，具有良好的耐磨性能。

2.2 粉仓物料结拱堵塞

石灰石常作为干燥剂，具有良好的吸潮特性。粉仓并非绝对严密的封闭环境，为避免石灰石粉受潮，防止粉仓结拱堵塞，进行的优化改进措施有：（1）在粉仓底部均布电加热板，保持仓底部位在60℃的恒温；（2）在粉仓下部设置压缩气体流化装置，保持物料的流动性；（3）在压缩空气进入气体流化装置前设置冷干机和空气电加热器，保持压缩空气的洁净与温度。

2.3 脱硫效率不稳定

粉仓及管道的焊渣脱落、还原剂颗粒度超标、配煤不匀、煤仓堵煤、锅炉工况变化等，均会引起风煤比、钙硫比失调导致SO2排放超标，均为炉内脱硫不稳定的关键因素。要实现稳定的脱硫效率，需要从以下方面进行改进：（1）做好设备安装质量监督，在管路投粉前进行充分的空管吹扫，消除焊渣等杂质对系统的影响。（2）从采购验收环节严控石灰石品质，做到每次购置石灰石粉的同步取样分析。（3）从煤质着手，控制煤质发热量、硫分的基本稳定，并控制燃料水分在9%以内以降低燃料粘性。（4）在炉前仓增加涡旋清堵机和空气炮以缓解断煤问题，多管齐下，保证煤质稳定，煤流均匀。（5）在系统连锁保护、冗余配置上下功夫，优化管道阻力参数与给料器、罗茨风机的启停连锁，使应急或备用设备设施快速投入。（6）加强司炉及脱硫值班人员的技术培训，提高锅炉变工况条件下的快速反应能力，实现钙硫比的快速调节。

3 效果及建议

2014年7月系统投运后，实现了安全稳定运行。据环保监测，烟气中SO2排放指标达到了最新环保标准的要求，环保监测结果见表2。

表2 监测结果

由上表可知，采用炉内喷钙干法脱硫工艺，实现了SO2排放浓度小于150mg/Nm3的设计指标，可满足国家最新环保标准小于200mg/Nm3的要求。不过，1号炉的脱硫效率偏低。主要是由于该炉烟气量过高，风煤比控制不到位造成的，建议进一步加强锅炉运行方面的优化调整，合理控制床温、料层厚度及一次风量，确保脱硫效率稳定在90%以上，实现炉内喷钙干法脱硫工艺在CFB机组的应用上安全、稳定、高效运行。

参考文献

[1]杨玉环，张媛媛.钙硫比对CFB锅炉炉内脱硫效率的影响研究[J].应用能源技术，2013，186（6）：28-32.

[2]王义俊，刘立鹏，张殿伟，等.300MW循环流化床发电机组炉内脱硫系统浅析[J].电站系统工程，2012，28（5）：33-34.

[3]杨振森，刘彬，陈宁武，等.提高CFB锅炉炉内脱硫效率的实验研究[J].洁净煤技术，2012，18（6）：72-75.

作者简介：朱建安（1955-），男，教授，主要从事热能与动力工程教学与科研工作。

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