CN101311628A - 循环流化床锅炉炉内烟气喷钙脱硫工艺 - Google Patents

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马训华
张鲁生
张洪勇
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Abstract

本发明循环流化床锅炉炉内烟气喷钙脱硫工艺,其特征在于是将CaO粉送入到温度≤850℃的旋风分离器或第一级蒸汽过热器后的水平烟道或/和尾部烟道中发生脱硫反应进行脱硫。具体是将粒度为100~800目,优选200~800目的脱硫剂粉末经锅炉炉膛二次风入口或中、上部位置喷入炉膛,所述脱硫剂为石灰石粉、生石灰粉或熟石灰粉。本发明装置简单,基本不改变锅炉的内部结构。不影响锅炉正常指标的运行,脱硫效率高,投资少,运行成本低。实现了低成本脱硫的理想目标,达到了经济效益和环保减排社会效益的完美结合,极具推广价值。

Description

循环流化床锅炉炉内烟气喷钙脱硫工艺
技术领域
本发明属于锅炉炉内烟气脱硫工艺,特别涉及一种循环流化床锅炉炉内烟气喷钙脱 硫工艺。 背景技术
在我国各类型的热力发电厂中,其锅炉几乎都是以煤为燃料。由于煤中含有灰份和 矿物硫,燃烧过程会产生烟尘、S02和NOx等污染物质。循环流化床锅炉(以下简称CFB), 因其燃烧温度在850'C〜95(TC之间,有效地控制了煤在燃烧过程中N0x的生成,燃料适 应性广泛且可以直接将石灰石加入炉膛内进行脱硫,因而CFB在小型热电厂中得到广泛 的应用。但是,在已投运的几百台CFB中,真正投入石灰石脱硫的锅炉不到10%,且脱 硫后的烟气中S02含量很难降低到400PPm以下,脱硫效率极低。这些电厂投入石灰石的 方法有两种: 一种是将小于2皿的石灰石掺入燃料煤中;另一种是将小于1皿的石灰石 粉喷入炉膛。
究竟是什么原因导致脱硫效率如此低下呢?经发明者多年的研究,发现是脱硫反 应的温度选择不当,再加上CaO的颗粒粗大、比表面积小,造成CaO反应活性下降, 两个因素综合作用导致脱硫效率低下。
研究表明,CaO和S02的化合生成CaS04反应的临界温度为85(TC,当超过850'C时反 应将向逆方向进行,即朝CaS04—Ca0+S02的方向进行。结合图1,常规脱硫工艺的理论 依据是CaC03分解成CaO颗粒和C02气体,较大的CaO颗粒留在床料(ll)内与S02反应, 较小的颗粒经过炉膛(1)顶部进入旋风分离器(9)被捕捉后返回炉膛(1),在炉膛(1)和旋 风分离器(9)内实现脱硫的目的。目前通常的做法都是向炉膛(l)内送入粗颗粒的石灰石, 分解变成CaO后的颗粒质量仍然偏大,所以只能在炉膛(1)和旋风分离器(9)内循环,所 经历的路程中的温度都在85(TC以上,即使S02的浓度再高也很难发生CaO+S02—CaS04 的脱硫反应,大部分CaO颗粒只能随炉渣排出成为炉渣的一部分,这就是脱硫效率低的 根本原因之所在。常规脱硫工艺只所以还有些脱硫效果,主要还是较细的CaO粉末没被 旋风分离器(9)捕捉住,而是进入尾部烟道(5)中与S02反应的结果。在实际运行过程中,有时为了应付检查,钙硫摩尔比要达到3 : l以上才能勉强达到环保要求的排放指标,此
时锅炉的出力大大下降(下降幅度高达30%〜50%),严重影响了经济效益,最终导致大多
数CFB用户不能正常喷钙脱硫。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种循环流化床锅炉炉内烟气喷转脱硫工艺,在 保证锅炉正常运行的情况下,提高脱硫效率,降低运行成本,并且装置要简单,投资要 少。
本发明循环流化床锅炉炉内烟气喷钙脱硫工艺,其特征在于是将CaO粉送入到温度 《850'C的旋风分离器或第一级蒸汽过热器后的水平烟道或/和尾部烟道中发生脱硫反应 进行脱硫。
优选的具体技术措施为:
1、 将粒度为100-800目,优选200~600目的脱硫剂粉末经锅炉炉膛二次风入口或中、 上部位置喷入炉膛,所述脱硫剂为石灰石粉、生石灰粉或熟石灰粉。
2、 将粒度为100-800目,优选200~600目的脱硫剂粉末从旋风分离器或第一级蒸汽 过热器后的区域(水平烟道或/和尾部烟道)喷入烟道内,所述脱硫剂为生石灰粉。
以上两种技术方式,更优选的是第一种,实施起来更方便,更符合常规的操作。 本发明的钙硫摩尔比为1.1~1.8: 1,可以达到脱硫指标要求。
一般循环流化床锅炉锅炉炉膛内的烟气流速为5~8m/s, 一次风配风量不超过70%。
本发明不影响公知结构的循环流化床锅炉的运行方式。
本发明的主要依据如下: 1、循环流化床锅炉(CFB)运行特点:
CFB与其它型号锅炉相比,结合图1说明,炉膛(l)受热面、辅机等没有多少区别, 所不同的是CFB有一套带有气固分离器的物料循环系统,炉膛(l)的下部设有布风板,布 风板上铺有适量的床料(ll)。煤进入炉膛(l)后与床料(ll)混合并燃烧,具有一定温度和 速度的空气(12)经布风板将这些物料吹起呈流化状态并向上运动,质量大的颗粒会逐渐 降低落回到布风板上,其余颗粒被气流携带到炉膛(l)顶部, 一部分沿炉膛(l)四周水冷 壁滑落回布风板,在水冷壁表面形成一层向下运动的颗粒流称为内循环物料,另一部分 被气流带入旋风分离器(9), 98%以上的颗粒被分离经回料阀返回炉内布风板上,完成一 次物料循环称为外循环物料,剩余的细颗粒随气流进入锅炉的尾部烟道(5)换热后,被除尘器(6)收集做为建筑材料利用。煤在上升的过程中爆裂发生无火焰燃烧,炉膛(l)内携 带颗粒的气流温度在85(TC〜1100'C之间,所以向炉膛(l)内喷钙(脱硫剂)不会结渣, 这是因为CaO在1200'C以下时对灰渣没有助熔作用。 2、炉内加钙脱硫机理:
煤中含有的硫成份,在燃烧过程中与氧气发生化学反应生成S02气体,随烟气排入大 气后,对空气造成污染。炉膛(1)内加入石灰石(7)可以除去烟气中的S02成份,具体的
反应为:
CaC03+热量一CaO+C02 (1)
Ca0+02+S02—CaS04+热量 (2) (《850。C时)
CaS04+热量一CaO+S02 (3) (〉850。C时)
从(2)和(3)式可直观地看出,脱硫反应是可逆的,只有满足温度条件(即《85(TC), 脱硫反应才可正常的进行下去。
本发明所要解决的技术问题是将CaO+S02—CaS04的反应置于温度低于850°C的条件 下完成,也就是把常规炉内喷钙脱硫工艺要求的在炉膛(l)下部料层(ll)中进行的 CaO+S02反应转移至水平烟道及尾部烟道中进行,从根本上解决了常规脱硫工艺炉膛(l) 及床料(ll)层温度高难以进行CaS04化合反应的难题,且在旋风分离器(9)内好不容易生 成的CaS04在返回炉膛(1)后又重新分解成CaO和S02的问题也不存在了 。而要实现CaO+S02 —CaS04反应区域的转移这一目标就必须降低脱硫剂(7)(石灰石粉、CaO粉等)的粒度, 至少要小于100目,最好小于200目。同时也是加快反应速度、降低脱硫剂用量和成本 的需要。
本发明的要点就是脱硫剂要细,喷入位置要正确。
本发明的技术特点在于CaO和S02反应过程是在锅炉内部的烟气侧。对于循环流化 床锅炉来讲,由于床料(ll)中一次风鼓入量不能太大,煤炭在床料中的燃烧属于缺氧燃 烧,煤中的可燃物和硫大部分转化成CO、 H2和H2S,还有少量的C02、 H20和S02,且炉床 的温度在900'C左右。当上述气体遇到二次风后,燃烧才充分了。从二次风口(10)往上, C0变为C02、 H2变为H20、 H2S变为S02和H20,并大量放热。炉膛(1)中上部的烟气温度高 达IOO(TC以上,CaO和S02不能反应生成CaS04。在烟气通过蒸汽过热器吸热降温至850 'C后,CaO和S02的化合反应才开始发生,主要的脱硫反应在水平烟道(4)和尾部烟道 (5)内, 一直到除尘器(6)结束。根据设计,锅炉的烟气流速为5〜8m/s ,也就是自第一级蒸汽过热器(3)后开始至 除尘器(6)入口处为止,CaO粉末与S02接触的时间一般为8〜10秒,这大大长于常规的 除尘器后烟气脱硫的时间,再加上CaO粉的粒度极小,比表面积很大,反应极其彻底, 脱硫效果极佳。经实测,烟气中的S02浓度可达200ppm以下(国标为400ppm),而锅炉的 出力没有受到影响。
由于石灰石粒度细,反应彻底,用量较常规的工艺大幅度降低,烟气的比电阻没有 明显变化,对于静电除尘器的除尘效果无明显的影响。对于使用布袋除尘器的锅炉来讲, 除尘效果更不受影响。
根据实测,选用200目的石灰石粉,钙硫摩尔比达到1. 5 : 1就可以达到脱硫指标要 求。如果选用更细的石灰石粉(达到600目),钙硫摩尔比1. 3 : 1就可以达到脱硫指标要 求,这样就大大降低了石灰石粉的消耗,同时也减少了因分解CaC03带来的C02排放量。
从以上分析可以看出,本发明的第二种技术方案直接采用生石灰粉时,因不会象石灰 石粉那样先要分解,原则上可以直接进入锅炉第一级蒸汽过热器或旋风分离器后的区域。 当然直接按照第一种技术方案实施起来更简单和方便。采用熟石灰的原理与石灰石相似。
本发明的优点:
装置简单,基本不改变锅炉的内部结构。不影响锅炉正常的运行指标,脱硫效率高, 投资少,运行成本低。实现了低成本脱硫的理想目标,达到了经济效益和环保减排社会 效益的完美结合,极具推广价值。 附图说明
图l为本发明的结构示意图。
图中:l炉膛2炉膛出口 3第一级蒸汽过热器4水平烟道5尾部烟道6除尘 器7、 8脱硫剂入口 9旋风分离器IO二次风11床料12—次风 具体实施方式
以下结合实施例附图说明。
图1除了脱硫剂入口 7和脱硫剂入口 8外为现有循环流化床锅炉的大致结构示意图。 同时示意脱硫剂入口 7和脱硫剂入口 8 (在水平烟道上,也可以设置在尾部烟道上,优 选水平烟道位置)是为了描述上的方便。实际上对于循环流化床锅炉, 一般选择脱硫剂 入口 7或与之部位相近的其它入口 (不设脱硫剂入口8),不论脱硫剂选择石灰石粉、生 石灰粉还是熟石灰粉。而脱硫剂入口 8只有脱硫剂为生石灰粉时才有可能从此位置喷入。在循环流化床锅炉炉膛1内脱硫剂从脱硫剂入口 7随二次风IO或通过单独设置的入 口 (位于炉膛中或上部的位置均可)用机械或压縮空气喷入炉膛1内。CaO与S02的化合 反应应发生在第一级蒸汽过热器3以后的区域至除尘器6将粉煤灰过滤后为止。从CaC03 分解开始的反应路径为:锅炉炉膛1的中上部一炉膛出口 2—水平烟道4—尾部烟道5—除 尘器6。这样反应路径和时间都大大延长,从而使反应充分,脱硫效率高。由于石灰石 的颗粒小,进入炉膛l遇到900'C以上的高温后能迅速分解为CaO和C02, CaO颗粒的质 量进一步变小。这意味着:在循环流化床锅炉中几乎不被旋风分离器9捕捉,从而使CaO 颗粒不参与物料循环。由于石灰石的分解反应发生在炉膛1的中部,对炉膛1下部的床 料11不产生降温影响,只会对炉膛1内的烟气温度有影响,但由于发生在水平烟道4 和尾部烟道5内的Ca0+S02—CaS04的反应放出的热量被给水和一次风12及二次风10带 回了炉膛l内,总热量是相当的。
在正常情况下锅炉炉膛内的烟气流速为5〜8m/s, 一次风进气量不超过总风量的 70%。钙硫摩尔比为1. 1~1.8: 1。
整套装置简单、投资少、运行费用低,在同样脱硫效果的前提下,石灰石用量比常 规的减少50%以上,脱硫成本低,经济效益和社会效益显著,具有极高的推广价值。
经试验,当脱硫剂(可以是石灰石粉、生石灰粉或熟石灰粉)的粒度为200目时, 转硫摩尔比为1.8: 1,锅炉排放的烟气中SCh含量为300ppm。当脱硫剂的粒度为400 目时,钙硫摩尔比为1.5: 1,锅炉排放的烟气中S02含量为260ppm。当脱硫剂的粒度 为600目时,钙硫摩尔比为1.3: 1,锅炉排放的烟气中S02含量为200ppm。当脱硫剂 的粒度为800目时,钙硫摩尔比为1.1: 1,锅炉排放的烟气中S02含量为150ppm以下。

Claims (5)

1、 一种循环流化床锅炉炉内烟气喷钙脱硫工艺,其特征在于将CaO粉末送入到温 度《850'C的第一级蒸汽过热器或旋风分离器后的水平烟道或/和尾部烟道中发生脱硫反 应进行脱硫。
2、 根据权利要求1所述的烟气喷钙脱硫工艺,其特征在于是将粒度为100-800目的 脱硫剂粉末经锅炉炉膛二次风入口或中、上部位置喷入炉膛,所述脱硫剂为石灰石粉、 生石灰粉或熟石灰粉。
3、 根据权利要求1所述的烟气喷钙脱硫工艺,其特征在于是将粒度为100~800目的 脱硫剂粉末从第一级蒸汽过热器或旋风分离器后的水平烟道或/和尾部烟道喷入炉内,所 述脱硫剂为生石灰粉。
4、 根据权利要求1~3之一所述的烟气喷钙脱硫工艺,其特征在于钙硫摩尔比为1.1~1.8: 1。
5、 根据权利要求2或3所述的烟气喷钙脱硫工艺,其特征在于所述脱硫剂的粒度为 200~600目。
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