循環(huán)流化床鍋爐添加石灰石脫硫?qū)﹀仩t效率的影響

1、PAGE 1PAGE 166循環(huán)流化化床鍋爐爐添加石石灰石脫脫硫?qū)﹀佸仩t效率率的影響響上海鍋爐爐廠有限限公司 周一一工內(nèi)容摘摘要 本文文闡述了了循環(huán)流流化床鍋鍋爐添加加石灰石石脫硫?qū)﹀仩t效效率的影影響，指指出了影影響因素素，并定定量分析析了各種種影響因因素的影影響程度度。關(guān) 鍵鍵 詞 循環(huán)環(huán)流化床床鍋爐 石石灰石脫脫硫 鍋爐爐效率 影影響因素素 前言循環(huán)流化化床鍋爐爐發(fā)展的的核心問問題是環(huán)環(huán)保問題題和效率率問題，即在保保證效率率的同時(shí)時(shí)，降低低污染物物排放。目前，對循環(huán)環(huán)流化床床鍋爐環(huán)環(huán)保問題題的研究究已進(jìn)行行得非常常深入，不僅對對低NOOX排放、爐內(nèi)石石灰石脫脫硫等重重大問題題有了深深入的

2、了了解，而而且對NN2O、CCO、CCXHY等原來來不太被被人們重重視的問問題也給給予了充充分關(guān)注注，同時(shí)時(shí)，對如如何保證證和提高高循環(huán)流流化床鍋鍋爐效率率也有了了一定的的認(rèn)識。但是，添加石石灰石脫脫硫?qū)ρh(huán)流化化床鍋爐爐效率的的影響目目前僅有有一些定定性的認(rèn)認(rèn)識，尚尚未進(jìn)行行過定量量分析。本文將將對這一一問題進(jìn)進(jìn)行專門門研究。 添加石石灰石脫脫硫的石石灰石投投入量計(jì)計(jì)算首先，我我們列出出石灰石石脫硫的的化學(xué)反反應(yīng)方程程式：CaCOO3 CaaO + COO2CaO + SSO2 + 1/22 O22 CaSSO4理論上講講，加入入1mool(1100gg) CCaCOO3后，將將減少11m

3、oll(644g，或或0.002244Nm33) SSO2，多消消耗0.5 mmol(16gg，或00.01112NNm3) OO2，多生生成1mmol(44gg，或00.02224NNm3) CCO2。但是，從從爐內(nèi)的的實(shí)際工工況考慮慮，以上上兩個(gè)化化學(xué)反應(yīng)應(yīng)都是不不能全部部正向完完成的。為將其其量化，存在CCa/SS（摩爾爾）比和和脫硫效效率兩個(gè)個(gè)衡量參參數(shù)，即即在一定定Ca/S比下下脫硫效效率為mm。在考慮脫脫硫的情情況下，加入爐爐內(nèi)的CCaCOO3重量為為：B CaaCO33=(1100/32)(Caa/S)(Saar/1100)Bj kg/h其中： Sarr為收到到基硫份份； Bj為

4、為給煤量量，kgg/h。注意：這這里指的的是CaaCO33重量，而非石石灰石重重量。石石灰石重重量應(yīng)為為：BS = B CaCCO3CaCCO3 =(1100/32)(Caa/S)(Saar/1100)BjCaCCO3 kkg/hh其中：CCaCOO3為石石灰石中中CaCCO3含量。說明：以以上進(jìn)行行的石灰灰石投入入量計(jì)算算中未考考慮煤灰灰中金屬屬氧化物物的自脫脫硫能力力，也未未考慮石石灰石中中MgOO、Fee2O3等金屬屬氧化物物參與脫脫硫的影影響，原原因是總總體上它它們對爐爐內(nèi)脫硫硫反應(yīng)的的影響不不大，所所以將它它們作為為計(jì)算裕裕量。但但是，在在使用MMgCOO3含量較較高的白白云石作作脫

5、硫劑劑時(shí)，需需考慮它它對脫硫硫的影響響。添加石灰灰石脫硫硫?qū)θ霠t爐熱量的的影響添加石灰灰石脫硫硫的熱化化學(xué)反應(yīng)應(yīng)包括CCaCOO3煅燒的的吸熱反反應(yīng)和硫硫酸鹽化化反應(yīng)的的放熱反反應(yīng)兩部部分，其其熱化學(xué)學(xué)反應(yīng)方方程式如如下：CaCOO3 CaaO + COO218830 KJ/kg CaCCO3CaO + SSO2 + 1/22 O22 CaSSO41551411 KJJ/kgg S顯然，CCaCOO3煅燒熱熱損失 qqCaCCO3 = BB CaaCO331.883105Bjj Qaar,nnet,p %硫硫酸鹽化化放熱 qCaaSO44 = Saarm1.55106Qaar,nnet,p %

6、其中：QQar,nett,p為為燃料低低位發(fā)熱熱量，KKJ / kgg。需要注意意的是，以上的的計(jì)算是是以CaaCO33給料量量，而不不是石灰灰石給料料量為基基準(zhǔn)的。另外，在石灰灰石中含含有少量量MgCCO3，一般般情況下下，含量量很少（小于55%），可忽略略不計(jì)。但是，在使用用MgCCO3含量較較高的白白云石作作脫硫劑劑時(shí)，需需考慮這這部分的的熱量變變化。MMgCOO3煅燒反反應(yīng)的熱熱化學(xué)反反應(yīng)方程程式：MgCOO3 MggO + COO211180 KJ/kg MgCCO3因此，MMgCOO3煅燒熱熱損失 qq MggCO33 = B MMgCOO31.118105Bjj Qaar,nne

7、t,p %其中：BB MggCO33為 MMgCOO3給料量量，kgg/h 。對灰渣物物理熱損損失的影影響加入石灰灰石后灰灰渣物理理熱損失失（q66）的變變化包括括飛灰和和大渣兩兩部分。嚴(yán)格地地說，飛飛灰部分分因加入入石灰石石引起的的熱損失失應(yīng)計(jì)算算在排煙煙熱損失失中（即即排煙焓焓發(fā)生變變化）。為了計(jì)計(jì)算方便便，我們們將其統(tǒng)統(tǒng)一歸于于灰渣物物理熱損損失中，并將加加入石灰灰石后增增加的灰灰渣物理理熱損失失稱為附附加灰渣渣物理熱熱損失（q6）。q6=1100as(ctt)1+(11- aas ) (ctt)2 BBSBjj Qaar,nnet,p %其中：aas為石灰灰石飛逸逸份額；(ct)1為排

8、煙煙溫度下下的飛灰灰焓，KKJ / kgg；(ct)2為排渣渣溫度下下的灰渣渣焓，KKJ / kgg；BBS為石灰灰石脫硫硫反應(yīng)后后的重量量，kgg。床內(nèi)脫硫硫反應(yīng)后后，石灰灰石組份份變化引引起了重重量變化化。向爐爐內(nèi)加入入的石灰灰石主要要成分是是CaCCO3(1000g/moll)，經(jīng)經(jīng)分解反反應(yīng)和硫硫酸鹽化化反應(yīng)后后主要成成分變?yōu)闉镃aOO(566g/mmol)和CaaSO44(1336g/moll)。另另外，石石灰石中中CaCCO3以外的的物質(zhì)在在爐內(nèi)也也可能存存在復(fù)雜雜的化學(xué)學(xué)反應(yīng)過過程，但但因各種種成分反反應(yīng)后重重量有增增有減，總體變變化不大大，含量量又相對對很少，所以在在重量計(jì)計(jì)算

9、中可可以認(rèn)為為它們是是惰性的的。反應(yīng)應(yīng)后石灰灰石的重重量BSS為：BS= (1- CaaCO33) BBS + CaCCO3 BS (56/1000)(Ca/S) -m + (1136/1000) mm/(Ca/S)對排煙熱熱損失的的影響添加石灰灰石脫硫硫?qū)ε艧煙煙釗p失失的影響響可分為為兩個(gè)方方面，一一是脫硫硫反應(yīng)使使煙氣量量增加，造成排排煙熱損損失的增增加；二二是脫硫硫后煙氣氣露點(diǎn)溫溫度下降降，可使使設(shè)計(jì)排排煙溫度度降低，從而減減小排煙煙熱損失失。煙氣量增增加造成成排煙熱熱損失增增加的計(jì)計(jì)算計(jì)算脫硫硫反應(yīng)使使煙氣量量增加造造成排煙煙熱損失失的增加加，最重重要的是是要計(jì)算算出煙氣氣容積的的變化

10、。4.1.1 煙氣容容積計(jì)算算的經(jīng)典典公式根據(jù)前蘇蘇聯(lián)熱力力計(jì)算標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)（119577年版和和19773年版版），燃燃燒產(chǎn)物物計(jì)算的的經(jīng)典公公式如下下：理論空氣氣量 V0=0.08889(CCar+0.3375SSar)+0.2655Harr-0.03333Oaar理論氮容容積 V0N2=00.799V0+0.8Naar/1100三原子氣氣體容積積 VRRO2=1.8866(Carr+0.3755Sarr)/1100理論水蒸蒸汽容積積 V00H2OO=0.1111 Haar+00.01124WWar+0.001611V0水蒸汽容容積 VH22O= V0H2OO +00.01161( -11)V0

11、0理論煙氣氣容積 VV0= VV ROO2+ V0N2+ V0H2OO煙氣容積積 V= V RO22+ VV0N2+ VH22O+( -11)V00以上的計(jì)計(jì)算公式式是對燃燃料燃燒燒特性的的一般規(guī)規(guī)律進(jìn)行行理論總總結(jié)的基基礎(chǔ)上得得出的，因此，對于不不加石灰灰石脫硫硫的循環(huán)環(huán)流化床床鍋爐，以上的的計(jì)算公公式基本本是適用用的。但但是，循循環(huán)流化化床鍋爐爐內(nèi)加入入石灰石石后，打打破了爐爐內(nèi)的氣氣體平衡衡。4.1.2 加入石石灰石對對煙氣容容積的影影響首先，我我們研究究一下加加入石灰灰石后幾幾種氣體體成分的的實(shí)際變變化情況況：CaCOO3的分解解反應(yīng)生生成COO2的容積積為：VCO22=(222.44

12、/1000)(Caa/S )(Saar/1100) NNm3/kgg脫硫反應(yīng)應(yīng)使SOO2容積減減少了：VSO22= m(222.4/32)(Saar/1100) Nm33/kgg脫硫反應(yīng)應(yīng)將消耗耗O2容積為為：VO2= m(222.4/32)(Saar/1100)/2 Nmm3/kgg脫硫反應(yīng)應(yīng)消耗OO2的空氣氣容積為為：Vairr=(1100/21)m(222.4/32)(Saar/1100)/2 NNm3/kgg另外，還還有一個(gè)個(gè)因素不不能忽視視，就是是石灰石石的含水水量WSS對水蒸蒸汽容積積的影響響。從分分析可以以得出，1kgg燃料將將增加水水蒸汽容容積：VH2OO=(222.44/18

13、8)(Caa/S)(Saar/1100)(WS/1000) NNm3/kgg下面，我我們可以以得出加加入石灰灰石后的的燃燒產(chǎn)產(chǎn)物計(jì)算算公式：理論空氣氣量 DV0= VV0+ VVairr =0.008899Carr+(00.03333+0.001677m)Saar+00.2665Haar-00.03333OOar理論氮容容積 DV0N2=00.799DV00+0.8Naar/1100三原子氣氣體容積積 DVVRO22= VVRO22+ VVCO22 - VSOO2 =0.0018666Caar+0.0002224(CCa/SS)+00.0007(11-m)SSar理論水蒸蒸汽容積積 DVV0H

14、2OO=V0H2OO+ VVH2OO =0.1111 Harr+0.01224Waar+00.01161DDV0+0.00001244(Caa/S)SarrWS水蒸汽容容積 DVH22O= DV0H2OO+0.01661( -1)DV0理論煙氣氣容積 DDV0= DVVRO22+ DVV0N2+ DV0H2OO煙氣容積積 DVV= DVV ROO2+DV0N2+ DVH22O+( -11)DVV04.1.3 鍋爐出出口當(dāng)量量過量空空氣系數(shù)數(shù)dl的計(jì)計(jì)算用上面的的公式可可求出加加入石灰灰石脫硫硫前后一一定過量量空氣系系數(shù)下鍋鍋爐出口口（即空空氣預(yù)熱熱器出口口）煙氣氣容積的的變化。以此為為基礎(chǔ)，可

15、計(jì)算算出加入入石灰石石情況下下的當(dāng)量量過量空空氣系數(shù)數(shù)dl（即即將加入入石灰石石情況下下的煙氣氣容積DDV折算算到不加加入石灰灰石時(shí)的的過量空空氣系數(shù)數(shù)）。DV= DV RRO2+DV0N2+ DVH22O+( -11)DVV0= VV ROO2+ V0N2+ VH22O+(dl -1)VV0dl= 1+( DDV RRO2 -V RO22) +( DDV0N2 - V00N2) +( DVH22O - VHH2O) +( -11)DVV0VV04.1.4 加入石石灰石脫脫硫前后后排煙熱熱損失計(jì)計(jì)算加入石灰灰石脫硫硫前排煙煙熱損失失計(jì)算加入石灰灰石脫硫硫前排煙煙熱損失失 qq2=( Iyxx

16、- I0)(1100- q44)QQar,nett,p其中：IIyx為鍋鍋爐出口口過量空空氣系數(shù)數(shù)及排煙煙溫度yx狀況況下的煙煙氣焓；II0 為冷冷空氣理理論空氣氣焓；qq4 為機(jī)機(jī)械不完完全燃燒燒熱損失失。加入石灰灰石脫硫硫后排煙煙熱損失失計(jì)算加入石灰灰石脫硫硫后排煙煙熱損失失 qq2=( Iyxx - dll I0)(1100- q44)QQar,nett,p其中：IIyx為鍋鍋爐出口口當(dāng)量過過量空氣氣系數(shù) dl及及排煙溫溫度yx狀況況下的煙煙氣焓。顯然，qq2與q2的差就就是脫硫硫反應(yīng)使使煙氣量量增加造造成的排排煙熱損損失增加加。4.2 煙氣氣露點(diǎn)溫溫度降低低減小排排煙熱損損失煙氣露點(diǎn)點(diǎn)

17、溫度ttp的計(jì)算算公式為為：tp =1255(SZZS)1/331.05EEXP(ayhh AZS)tk其中：SSZS為收收到基折折算硫份份； AAZS為收收到基折折算灰份份； aayh 為飛灰灰份額； ttk 為煙煙氣的水水蒸氣露露點(diǎn)。加入石灰灰石后，煙氣露露點(diǎn)溫度度用以上上公式計(jì)計(jì)算時(shí)，需注意意以下幾幾個(gè)問題題：收到基折折算硫份份應(yīng)考慮慮脫硫的的影響，即： SSZS = (1-mm)SZSS = (1-m)41886.88SarrQaar,nnet,p收到基折折算灰份份應(yīng)考慮慮石灰石石脫硫產(chǎn)產(chǎn)物的影影響，即即： AAZS = 441866.8(Aaar+1100 BS/Bjj)QQar,n

18、ett,p飛灰份額額應(yīng)考慮慮石灰石石飛逸份份額的影影響，即即： aayh = ayhh(Bjj Aaar/1100) + asBS(Bj Aarr/1000+ BS)煙氣的水水蒸氣露露點(diǎn)需考考慮石灰灰石含水水量的影影響。根據(jù)以上上公式，可計(jì)算算出加入入石灰石石脫硫前前后煙氣氣露點(diǎn)溫溫度下降降的數(shù)值值，從而而分別確確定加入入石灰石石脫硫前前后合適適的排煙煙溫度，并以此此計(jì)算出出加入石石灰石后后排煙熱熱損失減減小的數(shù)數(shù)值。但是，煙煙氣露點(diǎn)點(diǎn)溫度下下降并不不構(gòu)成排排煙溫度度降低的的必然結(jié)結(jié)果。在在不加入入石灰石石脫硫而而具有較較高煙氣氣露點(diǎn)溫溫度的情情況下，也可以以采用其其它方法法降低排排煙溫度度，

19、如加加裝暖風(fēng)風(fēng)器、末末級空氣氣預(yù)熱器器采用耐耐腐蝕鋼鋼、采用用熱管空空氣預(yù)熱熱器等?？墒牵陨线@這些降低低排煙溫溫度的方方法不可可避免地地造成初初投資增增加。因因此，從從深層次次分析，加入石石灰石脫脫硫降低低煙氣露露點(diǎn)溫度度以減小小排煙熱熱損失不不僅是一一個(gè)鍋爐爐熱效率率問題，而且是是一個(gè)復(fù)復(fù)雜的綜綜合經(jīng)濟(jì)濟(jì)性評價(jià)價(jià)問題。定量分析析結(jié)果用以上計(jì)計(jì)算方法法，我們們對二十十多種燃燃料進(jìn)行行了計(jì)算算和定量量分析，得出以以下結(jié)論論：石灰石煅煅燒吸熱熱和硫酸酸鹽化反反應(yīng)的放放熱是影影響循環(huán)環(huán)流化床床鍋爐效效率的最最主要因因素。綜綜合兩個(gè)個(gè)熱反應(yīng)應(yīng)，鍋爐爐效率是是升高的的。燃料料含硫量量越高，鍋爐效效率升

20、高高越多。對于含含硫量44%以上上的高硫硫燃料，鍋爐效效率升高高可達(dá)一一個(gè)百分分點(diǎn)以上上。加入石灰灰石引起起的附加加灰渣物物理熱損損失也是是影響循循環(huán)流化化床鍋爐爐效率的的重要因因素。燃燃料含硫硫量越高高，附加加灰渣物物理熱損損失越大大。對于于含硫量量4%以以上的高高硫燃料料，附加加灰渣物物理熱損損失造成成的鍋爐爐效率降降低可接接近0.8個(gè)百百分點(diǎn)左左右。加入石灰灰石引起起的煙氣氣量增加加造成排排煙熱損損失增加加對循環(huán)環(huán)流化床床鍋爐效效率的影影響相對對較小。其影響響程度也也與燃料料含硫量量密切相相關(guān)。燃燃料含硫硫量越高高，影響響程度越越大。對對于含硫硫量4%以上的的高硫燃燃料，煙煙氣量增增加造成成的鍋爐爐效率