爐內(nèi)噴鈣爐后活化脫硫工藝的脫硫率及對鍋爐影響的分析

1、浙江電力ZHEJIANG ELECTRIC POWER2002年 第21卷 第6期爐內(nèi)噴鈣爐后活化脫硫工藝的脫硫率及對鍋爐影響的分析周曉耘1，徐小瓊1，徐紹平2（1浙江省電力試驗研究所，浙江杭州；2浙江省電力公司，浙江杭州） 摘 要：簡單的介紹爐內(nèi)噴鈣和爐后增濕活化的干法脫硫工藝，分析了這一工藝對脫硫率影響的關(guān)鍵因素和對鍋爐運行影響，對這一脫硫工藝今后的設(shè)計和調(diào)試有一定的參考價值。 關(guān)鍵詞：煙氣脫硫；爐內(nèi)噴鈣；爐后活化；效率；影響 爐內(nèi)噴鈣和爐后增濕活化的干法脫硫工藝，具有占地較小、建設(shè)周期短、投資費用省，適用于中低硫煤脫硫的特點，一般CaS25，脫硫率6080。由芬蘭FORTUM公司開發(fā)的爐

2、內(nèi)噴鈣和爐后增濕活化脫硫系統(tǒng)，即LIFAC工藝（Limestone Injection into the Furnace and Activation ofCalcium），工藝簡圖見圖1。在國內(nèi)南京下關(guān)電廠125 MW機組投產(chǎn)2套，紹興錢清電廠125 MW機組投產(chǎn)一套，現(xiàn)結(jié)合錢清電廠調(diào)試和生產(chǎn)時的一些實踐，談?wù)勥@一工藝影響脫硫率的幾個關(guān)鍵點，及爐內(nèi)噴鈣對鍋爐的影響，以供類似脫硫工藝的系統(tǒng)在設(shè)計和調(diào)試時借鑒。1工藝基本原理 LIFAC工藝分2個階段進(jìn)行，即爐內(nèi)噴鈣和爐后增濕活化。第一階段，磨細(xì)的石灰石細(xì)粉用氣力噴射到爐膛上部溫度為8001200的區(qū)域，CaCO3受熱分解成CaO和CO2，其中部

3、分CaO與鍋爐煙氣中一部分SO2和幾乎全部SO3反應(yīng)生成CaSO4，未反應(yīng)的CaO與飛灰隨煙氣（包括未被吸收的SO2）一起排到鍋爐下游，這一階段的脫硫率在2535。其主要反應(yīng)式如下：第二階段，煙氣進(jìn)入爐后一個專門設(shè)計的活化器中噴水增濕。在活化器中煙氣中未反應(yīng)的CaO與水反應(yīng)生成在低溫下有較高活性的Ca（OH）2，這些Ca（OH）2與煙氣中剩余的SO2反應(yīng)生成CaSO3，而CaSO3在正常運行條件下氧化成CaSO4是微不足道的。其主要反應(yīng)式如下： 脫硫灰基本是干的粉末，主要是6070的飛灰及爐膛內(nèi)生成的CaSO4、活化反應(yīng)器內(nèi)生成的CaSO3和未反應(yīng)的CaO、Ca（OH）2。由于有未反應(yīng)的CaO

4、、Ca（OH）2，脫硫灰部分再循環(huán)使用，提高吸收劑的利用率?；罨鞒鰜淼脑鰸駸煔鉁囟仍?557，為了防止在ESP和煙囪中因煙溫降低到露點以下而產(chǎn)生腐蝕問題，在活化塔出口和ESP入口之間增加了用熱空氣再加熱煙氣裝置。2影響脫硫率的幾個因素21石灰石噴入系統(tǒng)石灰石噴入爐內(nèi)，影響其脫硫率的有煤質(zhì)、石灰石的質(zhì)量和數(shù)量及粒度、石灰石噴入處的溫度、氧化鈣在過熱器區(qū)域的停留時間、石灰石與煙氣的混合程度等。脫硫率隨著石灰石的增加而提高，但是當(dāng)CaS大于30時，脫硫率提高得很慢，石灰石的最佳利用率約在CaS2530之間。石灰石噴入處的溫度在9001100較佳，重要的是噴入爐膛形成的氧化鈣沒有過燒，在反應(yīng)器中具有

5、活性。CaSO4開始分解的溫度是1200，而CaSO3為722，因此，在溫度高于1200時，即使?fàn)t膛內(nèi)同時存在SO2和CaO等堿性氧化物，兩者之間化合成硫酸鹽的可能性也很小。錢清發(fā)電廠1號機負(fù)荷70125 MW時，用紅外高溫計在上層石灰石噴嘴標(biāo)高處兩側(cè)測得1號爐爐膛煙溫峰值為9041123，負(fù)荷高爐溫也高，下層石灰石噴嘴處爐溫會更高，基本達(dá)到了石灰石噴射點對溫度的要求。石灰石在爐內(nèi)停留時間與脫硫率的關(guān)系也有一最佳值，試驗表明，在CaS30，石灰石顆粒直徑為86m和噴入點溫度1000時，停留時間0305 s為佳，所以選擇的石灰石噴入位置距爐頂距離或爐型也很重要，一般氧化鈣粒子在爐內(nèi)停留時間在05

6、3 s，其在“流化區(qū)”停留時間增長，脫硫率提高。石灰石與煙氣的快速混合和在煙氣中的快速擴散，是石灰石爐內(nèi)噴射脫硫的關(guān)鍵點之一。石灰石能否與煙氣快速混合取決于：噴射點數(shù)量、噴嘴型式、噴嘴位置、輸送介質(zhì)與石灰石質(zhì)量比、石灰石噴射氣流與爐膛主煙氣流的動量比等。下面著重從實際試驗情況，就石灰石與煙氣的混合程度對脫硫率的影響進(jìn)行討論。錢清電廠的LIFAC系統(tǒng)原設(shè)計的爐內(nèi)噴鈣系統(tǒng)用羅茨風(fēng)機（25 m3min、30 kPa）輸送石灰石粉，石灰石噴嘴為一直徑50 mm的圓筒，共10只，分上、下排布置在爐前，石灰石上、下排噴嘴距上排一次風(fēng)距離1625、131 m，距頂棚845、116 m，運行時只有一排噴嘴工作

7、，沒有助推風(fēng)系統(tǒng)。2000年1月11日對石灰石粉噴嘴不投石灰石而只投入輸送風(fēng)時斷開的皮管處接頭的風(fēng)速進(jìn)行了測量，數(shù)值如下表1。由于噴嘴出口直徑小，擴散快，感覺風(fēng)只能噴射12 m遠(yuǎn)。2000年2月份根據(jù)FORTUM的初步設(shè)計，中方自己加工了石灰石噴嘴的助推風(fēng)系統(tǒng)并安排在下排噴嘴處，助推風(fēng)的風(fēng)源取自空壓機送出備用的風(fēng)量。對中方加工的助推風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行試驗，投入助推風(fēng)且在助推風(fēng)母管壓力達(dá)05 MPa左右時，脫硫效率可提高57（絕對值），并同時改善了爐內(nèi)兩側(cè)煙溫偏差的情況。2000年3月中旬，在下排石灰石噴嘴安裝上了FORTUM提供的助推風(fēng)系統(tǒng)，F(xiàn)ORTUM提供的助推風(fēng)系統(tǒng)使用風(fēng)量較少，而風(fēng)速可達(dá)較高值。

8、對FORTUM提供的助推風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行試驗，助推風(fēng)系統(tǒng)噴嘴處就地壓力015 MPa，此時的助推風(fēng)量比中方系統(tǒng)試驗時的少40 m3min左右，對脫硫率提高影響不明顯。因要控制脫硫設(shè)備用電功耗不能超過合同值，并且FORTUM提供的助推風(fēng)系統(tǒng)也不適應(yīng)大的助推風(fēng)量，所以試驗時的助推風(fēng)量較少。錢清電廠在2001年7月的大修中，改造了石灰石噴射系統(tǒng)，石灰石從鍋爐四角切向噴入爐膛，噴嘴帶助推風(fēng)系統(tǒng)。在改造后9月份進(jìn)行的脫硫效率測試中，機組負(fù)荷80100，系統(tǒng)正常投入時，測得脫硫率為6872，有較明顯的提高。 綜上所述，石灰石噴嘴噴射的風(fēng)量（輸送介質(zhì)）必須達(dá)到足夠值，才能使石灰石與煙氣充分混合，從而達(dá)到較高的爐內(nèi)

9、脫硫效率。22爐后增濕活化系統(tǒng)影響爐后增濕活化系統(tǒng)的脫硫率主要有進(jìn)入活化塔飛灰中的活性CaO含量、活化塔進(jìn)口煙溫、噴水量大小、水滴大小及在活化塔中停留時間、活化塔出口煙溫等，現(xiàn)把主要影響因素敘述如下。 活化塔進(jìn)口煙溫越高脫硫率越高。在其它條件不變的情況下，活化塔進(jìn)口煙溫提高，能使增濕水量提高，活化塔脫硫率提高。試驗表明，吸收劑活化的主要原因是吸收劑與水滴的碰撞。增濕水量增加，提高了吸收劑的活化程度，使與SO2反應(yīng)機會增加，脫硫率提高。錢清電廠的試驗表明，在煙溫100以上時，活化塔進(jìn)口煙溫提高10，脫硫率約提高510，排煙溫度與脫硫率的關(guān)系如圖2所示。水滴大小影響著脫硫率的高低，在小型試驗中水滴

10、的最佳粒度是100m，全尺寸裝置試驗中較小水滴對活化反應(yīng)器運行更為有利，但也并非霧化的水滴越細(xì)越好。由空預(yù)器來的煙氣在活化塔頂部分成9股進(jìn)入活化塔，每一股通道中有一個噴嘴組，每個噴嘴組頭部設(shè)有5只噴嘴，使得霧化水從噴嘴呈扇狀水平噴出，煙氣必須穿過水霧層才能進(jìn)入活化塔。試驗時，當(dāng)全部噴嘴投入運行時，霧化水粒度較強，脫硫率51，后關(guān)掉左邊三組噴嘴組，水量等其它條件不變，霧化水粒增大，脫硫率反而上升到57，可見合適的水滴才能得到更高的脫硫率。煙氣在活化塔中停留時間是影響脫硫率的因素之一，一般停留時間在515 s，這就要求設(shè)計時考慮煙氣量、活化塔高度直徑等相聯(lián)關(guān)系。活化塔出口煙氣溫度，也即活化塔運行溫

11、度是決定活化塔脫硫率的重要因素，活化塔出口煙氣溫度距水露點溫度越接近時，活化塔脫硫率越高，但因要考慮到濕壁等問題，不能太接近水露點溫度。LIFAC的一般試驗表明，當(dāng)CaS20時，脫硫率為5585，55、85分別為對應(yīng)高于露點205時的脫硫率。試驗表明，活化塔出口的煙溫從12070時，脫硫率沒有什么變化，出口煙溫在70以下時，活化塔才起較大的作用，脫硫率提高，如圖3所示。3對鍋爐及除塵器的影響31結(jié)渣和結(jié)灰 低硫煤噴射石灰石后，灰開始軟化的溫度下降較多，而高硫煤下降較少。這就表明噴鈣后對低硫煤來說，其結(jié)渣性大于高硫煤。另有研究認(rèn)為，在爐內(nèi)溫度下，石灰石被迅速煅燒，分解的部分CaO與飛灰中的鋁硅酸

12、鹽發(fā)生凝硬反應(yīng)，形成含有水泥成分的改性飛灰，因此灰渣中CaO增多時產(chǎn)生的凝硬特性可能會引起排渣困難。LIFAC是在過熱器標(biāo)高噴入石灰石，基本避免了爐膛結(jié)渣。 結(jié)灰是指鍋爐對流煙道中，煙氣溫度低于灰熔融溫度時，灰以干態(tài)形式沉積在受熱管子表面上。由于石灰石大部分被帶到對流煙道中，灰量會成倍增加，導(dǎo)致在過熱器、再熱器、省煤器、空預(yù)器等受熱面結(jié)灰加重，據(jù)介紹用常規(guī)的吹灰器較易清除。但錢清電廠的鍋爐由于原布置的吹灰器較少，在使用了LIFAC后，結(jié)灰較嚴(yán)重。加裝了吹灰器后，對流受熱面的結(jié)灰有很大的改善，但空預(yù)器的結(jié)灰有所增加。32影響爐內(nèi)輻射傳熱爐內(nèi)噴鈣投入后，主蒸氣溫度降低約5左右，分析認(rèn)為主要是受熱面

13、結(jié)渣結(jié)灰引起，并噴入石灰石后，灰量增多和粒子尺寸變小，影響了爐內(nèi)輻射傳熱。還有噴入石灰石后，左右溫差增大，這與石灰石的噴射方式有關(guān)。改為石灰石四角噴入，并加裝助推風(fēng)機以增加助推風(fēng)量，將會改善左右溫差和提高脫硫率。33鍋爐效率有所降低爐內(nèi)噴入石灰石脫硫后，大約會使鍋爐效率降低071。主要是噴入石灰石后會增加飛灰中的含碳量，從而增加機械未完全燃燒損失Q4；灰負(fù)荷增加也會增加灰渣物理熱損失Q6；還有就是噴入冷空氣，為提高脫硫率而提高排煙溫度，使排煙熱損失Q2增加等。34對電除塵器影響 噴入石灰石后，使電除塵器的進(jìn)口粉塵較原來增加近一倍，并飛灰比電阻增加，這對電除塵不利。但由于LIFAC有爐后增濕部分

14、，提高了煙氣濕度和降低煙溫，增加了飛灰的導(dǎo)電率，又促進(jìn)了除塵效率的提高。兩者因素相比較，總的是提高了除塵效率，LIFAC脫硫后測得的三電場電除塵器除塵效率為9969。4結(jié)論 影響LIFAC技術(shù)脫硫率的主要因素爐內(nèi)噴鈣方面有煤質(zhì)、石灰石的質(zhì)量和數(shù)量及粒度、石灰石噴入處的溫度、氧化鈣在過熱器區(qū)域的停留時間、石灰石與煙氣的混合程度等；活化增濕方面有進(jìn)入活化塔飛灰中的活性CaO含量、活化塔進(jìn)口煙溫、噴水量大小、水滴大小及在活化塔中停留時間、活化塔出口煙溫等。對鍋爐影響方面主要有結(jié)灰和結(jié)渣、傳熱、鍋爐效率、除塵器運行等。LIFAC系統(tǒng)的主要優(yōu)點是經(jīng)濟、所需設(shè)備占地少、不產(chǎn)生廢水、最終產(chǎn)物是干灰，在進(jìn)一步提高脫硫率、完善設(shè)備