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循环流化床锅炉脱硫系统运行分析

发布者:河北诚誉环境工程有限公司发表时间:2018-04-25

  在电力行业迅速发展,测量方法与控制技术不断进步,但是环境污染严重的今天,循环流化床锅炉作为一种高效、清洁的燃烧技术,能够有效实现超低排放,保护生态环境,成为电力事业发展的一个方向。然而,循环流化床锅炉是一个大惯性、非线性、时变、多变量耦合的被控对象,同时脱硫效率受到各个方面因素的影响。因此需要对其脱硫过程和方法进行深入研究。

  1、循环流化床锅炉脱硫机理
  目前,火电机组循环流化床锅炉大致分为两部分:第一部分由炉膛、分离器、返料装置等组成,共同组成一个固体燃料循环外回路;第二部分是尾部对流烟道。设有过热器、再热器、省煤器、空气预热器等,这些都是火电机组的重要设备。循环流化床锅炉的最大优点在于可以燃烧各种类型的煤,包括褐煤、煤矸石、生物质燃料以及废物等。循环流化床锅炉具体工作过程如下:
  首先,当煤与脱硫剂被送到锅炉炉膛后,炉膛内的大量惰性高温物料立马将煤与脱硫剂包围,并且着火燃烧,进而发生脱硫反应,同时,烟气流上升且向炉膛上部运动,通过热辐射、热传导、热对流等传热方式对水冷壁和炉内受热面放热。其中,燃烧所需要的一次风、二次风分别从炉膛底部和侧墙通过送/引风机送入。循环流化床锅炉的燃烧室以二次风口为界可以分为两个区域,二次风入口以下部分为大粒子还原气氛燃烧区域,二次风口以上为小粒子氧化气氛燃烧区域。
  以煤矸石为例,在这个过程中,当炉膛的过量空气系数d≤1.0时,其中的可燃硫就能够被氧化成为SO2,如果氧量充分时,0.5%-2%的SO2会进一步被氧化成SO3。在这个过程中,SO2析出也是受床温、过量空气系数、停留时间的影响。试验表明,当循环流化床的床温较高时,SO2的析出率也会升高:过量空气系数α和一次风、二次风的比例决定了氧浓度。进而影响炉膛中各层含硫物质的分配;试验数据表明,当0.1mm以下的煤颗粒在静止床层中的析出率可以达到98%以上,需要180-200S的时间,同时随着颗粒粒径变大,时间也会延长。试验表明,煤矸石中含硫量越高,过量空气系数越大,则反应生成的S03也会越多。
  2、循环流化床锅炉组合脱硫系统运行策略
  2.1 配置模式
  CFB锅炉炉内脱硫+炉后烟气CFB法两级脱硫主要有3种配置模式。
  (1)CFB锅炉炉内脱硫+预除尘+炉后烟气CFB法脱硫(加石灰)。已在同煤电厂二期工程2×330 MW机组亚临界CFB锅炉中应用,燃用大同原煤及中煤与矸石混煤,采用“一炉一塔”系统配置,机组已通过168 h试运。其流程为:CFB锅炉→一级电除尘器(除尘效率80%)→烟气CFB脱硫塔→脱硫低压回转脉冲布袋除尘器→引风机→烟囱。设计煤种及校核煤种的折算硫份分别为0.02,0.055%/MJ。
  (2)CFB锅炉炉内脱硫+炉后烟气CFB法脱硫(加石灰)。已在华能白山煤矸石电厂新建工程2×330 MW直接空冷机组CFB锅炉中应用,燃用洗选煤矸、洗中煤、煤泥按不同比例掺配的混煤。其流程为:CFB锅炉→烟气CFB脱硫塔→脱硫低压回转脉冲布袋除尘器→引风机→烟囱。燃烧设计煤种及校核煤种,锅炉最大连续出力(boiler nlaxinlunl continuousrating,BMCR)工况,在炉内脱硫效率为60%基础上炉后脱硫设计效率不低于90%。设计煤种及校核煤种的折算硫份均为0.04%/MJ。吉林省电力科学研究院有限公司对于白山电厂2号机组脱硫设施评估结论为:2号机组脱硫设施所采用的CFB锅炉炉内喷钙脱硫结合炉后烟气CFB半干法脱硫工艺,能够满足日常脱硫设施稳定运行的要求。电厂2号机组脱硫设施试验期间(2013年3月27日-月02日)实测2号机组一级、二级脱硫装置脱硫效率分别为75.04%、92.26%(达到设计值要求),二级脱硫效率修正到设计工况下为89.11%;2号机组二级脱硫设施出口SO2平均排放浓度为20.55 mg/m3,达到设计值及排放标准(≤400mg/m3)的要求。
  (3)CFB锅炉炉内脱硫+炉后烟气CFB法脱硫(不加石灰)。此方式即采用CFB锅炉炉内脱硫+炉后烟气CFB法脱硫的两级脱硫方式,完全利用CFB锅炉炉内脱硫后的剩余石灰,即炉后烟气CFB法脱硫不加石灰而达到预期的脱硫效率。目前国内电厂系统设置暂无此种模式,只是在模式(2)的基础上,运行过程中按实际情况少投石灰或不投石灰。
  2.2脱硫方案
  采用CFB锅炉炉内脱硫+炉后烟气CFB法脱硫的两级脱硫方式,在烟气CFB法脱硫塔前加装预除尘器,炉后烟气CFB法脱硫设石灰系统。炉内脱硫剂采用外购的粒径小于1mm石灰石,用空气送人炉膛。炉后烟气CFB法脱硫主要工艺系统有:烟气系统、吸收塔系统、布袋除尘器系统、石灰干式消化系统、物料再循环系统、工艺水系统、压缩空气系统等,系统布置如图1所示。设计煤种及校核煤种的折算硫份分别为0.02%/MJ、0.055%/MJ。设计炉内脱硫效率按80%,炉后脱硫率≥90%(设计效率大于92%),且净烟气中SO2浓度≤100 rag/1113(标态,干基,6%氧量)。
  3、CFB锅炉+炉后石灰石一石膏湿法烟气脱硫方案
  3.1 配置模式
  CFB锅炉炉后设石灰石一石膏湿法烟气脱硫配置模式有2种:(1)CFB锅炉炉内脱硫+炉后石灰石一石膏湿法烟气脱硫,如京能朔州右玉发电厂工程;(2)CFB锅炉炉内不脱硫,仅炉后石灰石一石膏湿法烟气脱硫,如神华煤炭伴生资源循环经济项目电厂工程。CFB锅炉炉内脱硫达不到排放标准时,可考虑增加炉后脱硫。若炉内不脱硫,仅炉后一级石灰石一石膏湿法脱硫满足环保排放要求时,有利于灰渣的综合利用,有利于提高静电除尘器的除尘效率,有利于降低投资和运行费用。
  3.2脱硫方案
  某330 MW工程采用CFB锅炉炉内脱硫+炉后石灰石~石膏湿法烟气脱硫的两级脱硫方案。炉内脱硫石灰石按混入燃煤中与燃煤一起进入炉内的方案实施。炉后石灰石一石膏湿法脱硫系统采用工程总承包(engineering procurement construction,EPC)方式建造。设计煤种及校核煤种的折算硫份分别为0.16%/MJ、0.19%/MJ。石灰石一石膏湿法脱硫工艺采用“一炉一塔”设计,全部烟气参加脱硫。整套装置在锅炉燃用设计煤质、BMCR工况条件下,在验收试验期间(连续运行14天)脱硫效率≥95%。根据工程设计及工程运行情况,电厂进行了脱硫试验及运行摸索,最终确定CFB锅炉炉内脱硫+炉后石灰石一石膏湿法脱硫的匹配关系。从电厂燃用煤质分析资料来看,燃煤的收到基含硫量1.6%~2.5%,平均约2%,电厂运行时,根据煤质含硫量情况,一般控制炉后石灰石一石膏湿法脱硫前SO2浓度为1 500~2000mg/m3,对应炉内脱硫效率一般为70%~85%(实际炉内脱硫可达90%以上),此时浆液循环泵“两运一备”,节省厂用电。若煤质含硫量增加,则3台浆液循环泵运行,满足烟囱出口SO2排放浓度的要求。
  总之,循环流化床锅炉的高效炉内脱硫技术有利于我国的节能减排、缓解煤炭市场供应压力、降低火电厂运行成本,具有巨大的社会效益、环境效益和经济效益。
相关标签:锅炉脱硝,
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