CN105505520B - 一种循环流化床锅炉的精准脱硫方法 - Google Patents

一种循环流化床锅炉的精准脱硫方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及循环流化床锅炉的脱硫技术领域，更具体而言，涉及一种适用于煤矸石、煤泥等低热值燃料在循环流化床锅炉燃烧过程中的精准炉内脱硫方法；提供了一种能有效降低钙硫比、有效利用石灰石细粉、减少石灰石粉逃逸率和提高固硫效率的低热值煤燃烧固硫技术；一种循环流化床锅炉的精准脱硫方法，按照以下步骤进行：a、将石灰石细粉、改性粉煤灰和煤泥配置煤泥型煤固硫剂的步骤；b、将上述配置的煤泥型煤与煤矸石和石灰石粗粉混合进行燃烧的步骤；c、监控烟气中SO2­浓度，控制喷入石灰石粗粉的步骤；本发明主要应用在脱硫方面。

Description

一种循环流化床锅炉的精准脱硫方法
技术领域
本发明涉及循环流化床锅炉的脱硫技术领域，更具体而言，涉及一种适用于煤矸石、煤泥等低热值燃料在循环流化床锅炉燃烧过程中的精准炉内脱硫方法。
背景技术
煤矸石、煤泥作为我国最大的工业废弃物之一，2013 年产生量约 8 亿吨，累积堆存近 50 亿吨，造成的环境污染和资源浪费十分严重。利用循环流化床锅炉进行燃烧发电是煤矸石、煤泥等低热值煤大规模利用的重要途径之一，然而，煤矸石和煤泥等低热值煤中的含硫量通常较高，燃烧过程中SOX的释放量较大。随着我国火电厂烟气排放新标准的实施，低热值煤发电厂的脱硫压力大大增加。
中国发明专利申请（201310339388）公开了一种带有三级脱硫系统的超低排放循环流化床锅炉，三级脱硫系统分别为位于锅炉炉前煤场区域的炉前脱硫剂添加系统、位于锅炉厂房区域的炉内脱硫剂输送系统以及位于锅炉尾部区域的深度烟气脱硫系统。炉前脱硫剂添加系统包括炉前脱硫剂仓和其下方的炉前脱硫剂称重式添加机，炉内脱硫剂输送系统包括炉内脱硫剂仓和其下方的炉内脱硫剂输送给料机，深度烟气脱硫系统上还设置有高效脱硫剂循环系统和烟气补充除尘装置。该发明虽然调节控制简便、脱硫剂利用率高，但设备改造成本较高，对脱硫剂的粒径要求严格。
中国发明专利申请（201410466872.7）公开了一种用于循环流化床锅炉的混合脱硫剂制备方法，利用煤泥与石灰石细粉搅拌混合制备混合脱硫剂，首先将石灰石细粉经星轮给料机、差速轮机搅拌后落至煤泥输送皮带，然后初步混合的物料进入双轴搅拌机搅拌后输送至煤球成型机，压制成球形混合脱硫剂，该方法系统简单，投资小，脱硫剂利用率高，掺烧煤泥比例高，但成型效果不好，在落入皮带机进入炉前，容易粉碎，同时缺乏相应的调节机制，对脱硫效率不易控制。
目前，低热值煤电厂循环流化床锅炉主要采用喷吹石灰石粉进行炉内固硫，现存的主要问题是：钙硫比高，石灰石粉逃逸率高，浪费严重，固硫率低。循环流化床锅炉对石灰石粉的粒度有着严格的要求，最佳粒径范围是0.2-0.7mm，粒径小于0.2mm的细粉进入锅炉后会直接随着风烟排走，不能有效利用，而石灰石破碎过程中产生的大量石灰石细粉（≤0.2mm，约占30%）直接使用石灰石的逃逸率高，固硫成本高，外运用于湿法固硫，额外增加成本。而且，固硫产物硫酸钙在高温还原性气氛下容易发生二次分解，重新释放出二氧化硫，使脱硫率大幅降低。
发明内容
为了克服现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种能有效降低钙硫比、有效利用石灰石细粉、减少石灰石粉逃逸率和提高固硫效率的低热值煤燃烧固硫技术。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种循环流化床锅炉的精准脱硫方法，按照以下步骤进行：
a、将石灰石细粉、改性粉煤灰和煤泥配置煤泥型煤固硫剂的步骤；
b、将上述配置的煤泥型煤与煤矸石和石灰石粗粉混合进行燃烧的步骤；
c、监控烟气中SO2浓度，控制喷入石灰石粗粉的步骤。
所述a步骤具体为：依据入炉煤含硫量，以钙硫比为1：1配入粒径小于0.2mm的石灰石细粉、改性粉煤灰与含水量小于25%的煤泥搅拌均匀，控制混合料中的含水量小于10%，经过对辊成型机进行冷压成型，制得煤泥型煤，实现超前脱硫控制。
所述b步骤具体为：依据煤矸石中的含硫量，以钙硫比为1：1.5配入粒径为0.2mm至0.7mm之间的石灰石粗粉，然后配合粒径小于10mm的煤矸石及其煤泥型煤，分层平铺于传送带上，进入循环流化床锅炉中燃烧，实现超前脱硫控制和炉前物料稳定输送。
所述c步骤具体为：通过实时监测出口烟气中SO2的浓度，以烟气中SO2量为基准，按钙硫比为1：1调节回料仓中粒径为0.2mm至0.5mm之间的石灰石粗粉的喷入量，实现炉前脱硫控制，保证脱硫的效率。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果为：
1、以煤泥为载体、石灰石细粉为脱硫剂，提高了固硫效率，减少了脱硫剂的逃逸率。有效地利用了电厂石灰石脱硫剂制备的石灰石粗粉和细粉，同时可以改善煤泥水分对加料的影响，降低了脱硫剂成本，通过改性粉煤灰的添加，减少了固硫产物硫酸钙的二次分解，从而使系统脱硫率大幅提高，
2、通过石灰石和煤提前混合的超前脱硫控制系统、炉前物料输送系统和炉前脱硫控制系统三种方式的协调控制，整个炉内脱硫系统形成了一个多点、多种方式的脱硫剂加入系统，保证脱硫剂与燃料的均匀混合，抗干扰控制能够满足不同工况的要求，保证了脱硫效率的稳定性。系统运行达到了SO2排放浓度的国家现行标准。炉内协同脱硫系统，SO2排放浓度小于200mg/Nm3。
附图说明
下面通过附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明试验现场日运行截图；
图2为本发明试验现场运行7天烟道SO2浓度小时均值；
图3为现有技术中试验现场运行烟道SO2浓度月均值。
具体实施方式
下面实施例结合附图对本发明作进一步详细的描述。
利用低热值煤电厂石灰石过破石灰石细粉（粒径≤0.2mm）和改性粉煤灰为脱硫剂和粘结剂，利用搅拌机将其与煤泥搅拌均匀，采用对辊成型机进行冷压成型，制备煤泥型煤。煤矸石、煤泥型煤和石灰石粗粉分层平铺于传送带，通过传送带进入循环流化床锅炉燃烧。石灰石粗粉直接分解生成氧化钙，其与二氧化硫结合生成硫酸钙；煤泥型煤中的水分、石灰石细粉受热后分别蒸发，分解为比表面积较大的氧化钙，促进煤泥型煤爆裂，氧化钙与二氧化硫结合生成硫酸钙，石灰石细粉分解得到的氧化钙比粗粉得到的氧化钙颗粒小，比表面积大，而且，以煤泥为燃料载体，对石灰石细粉进行固定，不仅减少了石灰石细粉的逃逸，而且增加了石灰石细粉在炉内的停留时间，因此脱硫率大幅增加；通过实时监测出口烟气中的二氧化硫浓度，调节回料仓中石灰石粗粉的喷入量，从而实现对出口烟气中二氧化硫浓度的实时控制。固硫产物硫酸钙在800-1000oC容易与改性粉煤灰中的活性硅反应生成Ca5(SiO4)2(SO4)，其在1000oC以下较稳定，从而减少了硫酸钙的二次分解。通过上述的脱硫剂多点进料、抗干扰控制和改性粉煤灰的添加等手段，使钙硫比由原来的2.5降至2.0以下，炉内脱硫率由原来的86%提高至95%。通过监测烟气中的二氧化硫浓度，在返料仓中实时调整石灰石粗粉的喷入量，保证了脱硫效率的稳定性。
利用电厂自制的石灰石粗粉和细粉作为脱硫反应剂，石灰石粗粉与煤矸石通过传送带入炉，入炉后石灰石粗粉受热分解为氧化钙颗粒（反应①），其与硫氧化物反应生成固硫产物硫酸钙（反应②）；石灰石细粉与煤泥混合，并配入少量的改性粉煤灰制备成煤泥固硫型煤，在煤泥中水分和石灰石的作用下，其入炉后在炉床中爆燃，石灰石细粉受热分解形成比表面积较大的氧化钙煤泥小颗粒，氧化钙颗粒与二氧化硫发生脱硫反应，粉煤灰中的活性硅与固硫产物硫酸钙反应生成复合物Ca5(SiO4)2(SO4)（反应③），减少了硫酸钙的二次分解。脱硫剂多点进料，大大提高了脱硫效率。
CaCO3→CaO+CO2 ①
CaO+SO2→CaSO4 ②
CaSO4+SiO2→Ca5(SiO4)2(SO4) ③
实施例1
选用山西平朔安太堡露天煤矿的煤矸石和洗煤泥，以山西平朔煤矸石发电有限公司自制的石灰石粗粉和细粉为脱硫剂，在该公司的50MW发电机组， 235t/h循环流化床锅炉上开展实验。
取23kg的石灰石细粉（粒径≤0.2mm）和0.3kg的改性粉煤灰为脱硫剂和粘结剂，利用搅拌机将其与30kg的煤泥搅拌均匀，采用对辊成型机进行冷压成型，制备煤泥型煤，然后将其与270kg的煤矸石、23kg石灰石粗粉分层平铺于传送带，通过传送带进入循环流化床锅炉燃烧，再利用循环流化床回料仓根据烟道口的SO2浓度，控制喷入少量石灰石。上述配料和方法钙硫比约为2.0计，日消耗煤矸石约810吨，煤泥约91吨，石灰石粗粉约68吨，石灰石细粉约20吨，粉煤灰约1吨，经监测，除尘器后废气中二氧化硫的浓度为200mg/m3，脱硫率达95%。
实施例2
选用山西平朔安太堡露天煤矿的煤矸石和洗煤泥，以山西平朔煤矸石发电有限公司自制的石灰石粗粉和细粉为脱硫剂，在该公司的50MW发电机组，1065t/h循环流化床锅炉上开展实验。
取28kg的石灰石细粉（粒径≤0.2mm）和2kg的改性粉煤灰为脱硫剂和粘结剂，利用搅拌机将其与150kg的煤泥搅拌均匀，采用对辊成型机进行冷压成型，制备煤泥型煤，然后将其与1350kg的煤矸石、120kg石灰石粗粉分层平铺于传送带，通过传送带进入循环流化床锅炉燃烧，再利用循环流化床回料仓根据烟道口的SO2浓度，控制喷入少量石灰石。采用上述配料和方法按钙硫比约为2.0计，日消耗煤矸石约4050吨，煤泥约450吨，石灰石粗粉约360吨，石灰石细粉约83吨，改性粉煤灰约5吨，经监测，除尘器后废气中二氧化硫的浓度为200mg/m3，脱硫率达95%。
实施例3
选用山西平朔安太堡露天煤矿的煤矸石和洗煤泥，以山西平朔煤矸石发电有限公司自制的石灰石粉为脱硫剂，在该公司的235t/h循环流化床锅炉上开展实验。
将270kg的煤矸石、46kg石灰石粗粉分层平铺于传送带，通过传送带进入循环流化床锅炉燃烧。再利用循环流化床回料仓根据烟道口的SO2浓度，控制喷入少量石灰石。采用上述两种进料方法按钙硫比约为2.5计，日消耗煤矸石约890吨，石灰石粉约90吨，经监测，除尘器后废气中二氧化硫的浓度为248mg/m3，脱硫率为86%。
图1为实施例2的循环流化床精准脱硫试验现场运行截图，图2为实施例2的循环流化床精准脱硫试验现场运行烟道SO2浓度均值，图3为实施例3的现有技术中循环流化床试验现场运行烟道SO2浓度均值，结合实施例2和实施例3及附图可知，现有技术的废气中含有的SO2浓度高，脱硫率低，而本专利的废气中含有SO2浓度低，脱硫率高，其现场运行效果远低于排放标准。

Claims (1)

1.一种循环流化床锅炉的精准脱硫方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
a、将石灰石细粉、改性粉煤灰和煤泥配置煤泥型煤固硫剂的步骤；
b、将上述配置的煤泥型煤与煤矸石和石灰石粗粉混合进行燃烧的步骤；
c、监控烟气中SO2浓度，控制喷入石灰石粗粉的步骤；
所述a步骤具体为：依据入炉煤含硫量，以钙硫比为1：1配入粒径小于0.2mm的石灰石细粉、改性粉煤灰与含水量小于25%的煤泥搅拌均匀，控制混合料中的含水量小于10%，经过对辊成型机进行冷压成型，制得煤泥型煤；
所述b步骤具体为：依据煤矸石中的含硫量，以钙硫比为1：1.5配入粒径为0.2mm至0.7mm之间的石灰石粗粉，然后配合粒径小于10mm的煤矸石及其煤泥型煤，分层平铺于传送带上，进入循环流化床锅炉中燃烧；
所述c步骤具体为：通过实时监测出口烟气中SO2的浓度，以烟气中SO2量为基准，按钙硫比为1：1调节回料仓中粒径为0.2mm至0.5mm之间的石灰石粗粉的喷入量，保证脱硫的效率。
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