煤在燃燒過程中會產(chǎn)生出二氧化硫等污染性氣體，為了有效地對其的產(chǎn)出加以控制，在工業(yè)生產(chǎn)中開始大量的將脫硫技術(shù)應(yīng)用到實際的生產(chǎn)操作當中，循環(huán)流化床鍋爐便是其中之一。本文對影響循環(huán)化床鍋爐爐內(nèi)的脫硫效率的因素進行簡單論述。

　　《工業(yè)設(shè)計》于2006年經(jīng)國家新聞出版總署批準創(chuàng)刊，雜志由黑龍江省科學(xué)技術(shù)學(xué)會主管、黑龍江省工業(yè)設(shè)計協(xié)會主辦�！豆�業(yè)設(shè)計》為月刊，是目前國內(nèi)唯一專業(yè)的報道工業(yè)設(shè)計的綜合性期刊。

　　1 導(dǎo)語

　　根據(jù)國家相關(guān)法律法規(guī)的要求，燃煤在使用過程中的硫化物的排放量是有嚴格的規(guī)定的。因此，在相關(guān)的燃煤使用企業(yè)中必須進行脫硫燃煤生產(chǎn)操作，但是由于脫硫成本較高以及影響脫硫效率的因素較多，致使在很大程度上燃煤的硫化物排放量依然很高。對此，筆者將循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫效率影響因素分析為重點，對這一問題加以論述，以提高該種鍋爐的脫硫效率，降低企業(yè)成本。

　　2 鍋爐爐型的甄選

　　對于鍋爐爐型的選擇要在以該企業(yè)實際年使用燃煤量的基礎(chǔ)上進行具體的選用，其中為降低脫硫的成本，需在同容量的鍋爐上選擇具有較高熱效率和爐內(nèi)脫硫效率的鍋爐。我們一家公司的鍋爐進行脫硫?qū)嶒灧治�，為更好地降低脫硫成本，我們�(yōu)槠溥x用了SHFx35-1.27/270-P 型號的低循環(huán)倍率鍋爐，在15.8米的出口高度上鍋爐為3.8 m/s的爐膛設(shè)計煙速，采用中溫旋風分離器和袋式除塵器，除塵效率≥99.9%，可有效地將煙塵的排放濃度控制在30mg/m3。其使用燃煤為本地貧煤，工業(yè)分析值如下所示：

　　3 煤燃燒過程中SO2的析出

　　煤中硫可分為四種形態(tài)，即硫化物(以黃鐵礦硫FeS2為主)、硫酸鹽(CaSO4·2H2O，F(xiàn)eSO4·2H2O)、有機硫(CxHySz)及元素硫。其中，硫化物硫和有機硫及元素硫是可燃硫，占煤中硫分的 90%以上，硫酸鹽硫是不可燃硫，是煤中灰分的組成部分。煤在燃燒期間，所有的可燃硫在受熱過程中都從煤中釋放出來。在氧化氣氛中，又會被氧化而生成SO2，有機硫在加熱至 400 ℃時即開始大量分解，煤中有機硫和元素硫在燃燒過程中基本上都會氧化生成SO2。黃鐵礦硫在 300 ℃時即開始失去硫份，形成黃鐵礦和赤鐵礦。黃鐵礦硫的大量分解是在 650 ℃以上。

　　在氧化氣氛下，硫化物硫(以黃鐵礦硫 FeS2為主)可直接氧化生成SO2：

　　4FeS2+11 SO2→2Fe2O3+8 SO2 (1)

　　4 脫硫機理

　　煤在燃燒過程中生成的SO2如遇堿金屬氧化物CaO、MgO 等，便會反應(yīng)生成 CaSO4、MgSO4等而被固定在灰渣中。因此燃燒脫硫也常常被稱做固硫。目前循環(huán)流化床燃燒脫硫通常采用石灰石(CaCO3) 作為脫硫劑，把破碎后的粒度為 0.1~2.0mm的石灰石送入循環(huán)流化床爐膛內(nèi)，其在爐內(nèi)的脫硫反應(yīng)分兩步：首先是石灰石的煅燒分解反應(yīng)，反應(yīng)式為：

　　CaCO3=CaO+CO2-0.1794×106kJ/kg (2)

　　石灰石在煅燒過程中，由于 CO2的析出，使生成的 CaO 具有多孔的結(jié)構(gòu)。除 CaO 表面完成對 SO2的吸附外，其多孔結(jié)構(gòu)使 CaO 對 SO2的吸附表面增加，從而加大 CaO 對 SO2的反應(yīng)接觸面積，促進反應(yīng)的進行，最終反應(yīng)生成 CaSO4。發(fā)生的脫硫反應(yīng)如下：

　　CaO+SO2+1/2O2=CaSO4+0.502×106kJ/kg (3)

　　式(3)是燃燒脫硫反應(yīng)的主要步驟，特別是在溫度較高時式(2)反應(yīng)速度很快，但需要注意式(3)反應(yīng)存在最佳溫度范圍，該溫度范圍為840~870 ℃。流化床在這個溫度范圍內(nèi)進行燃燒脫硫時可以得到較高的脫硫效率，溫度低于或高于該溫度范圍后，脫硫效率都會降低。

　　5 影響脫硫效率的主要因素

　　脫硫效果通常用脫硫效率來表示，而脫硫效率通常用煙氣中的 SO2被石灰石吸收的百分數(shù)來表示。

　　式(4)中 ηSO2———脫硫效率，%

　　C0———SO2原始理論排放濃度，mg/m3

　　C1———加入石灰石后 SO2排放濃度，mg/m3

　　影響脫硫效率的因素眾多，其中主要因素有:脫硫劑的特性、Ca/S 摩爾比、石灰石的顆粒分布、床溫、飛灰循環(huán)倍率、煤的性質(zhì)等。

　　5.1 石灰石的反應(yīng)活性

　　要保證脫硫運行的效果和經(jīng)濟性，石灰石品質(zhì)的選擇是關(guān)鍵，石灰石質(zhì)量要求 CaCO3含量大于 70%，選用的脫硫試驗石灰石成份分析見表 2 所示;再者，就是購買反應(yīng)活性高和脫硫性能好的品種。 一般說來，晶體型石灰石主要由大塊的碳酸鈣晶體組成，結(jié)構(gòu)致密，煅燒后生成的石灰的微孔結(jié)構(gòu)很不理想，反應(yīng)面積小，因此反應(yīng)活性差。非晶體型石灰石是由小塊碳酸鈣晶體黏結(jié)在一起形成的非晶體結(jié)構(gòu)，煅燒后形成的微孔比較理想，可參與反應(yīng)面積大，所以其活性好，由此可見，對于燃燒高硫燃料，為保證高的脫硫效率，用作脫硫劑的石灰石選擇十分重要。

　　5.2 Ca/S摩爾比的影響

　　一般情況下，要求的脫硫效率越高，那么 Ca/S摩爾比也越高，因而要消耗更多的石灰石，且在飛灰中未反應(yīng)的 CaO 含量越高，脫硫運行成本也就越高。鍋爐燃用的原料煤中 Sf平均為 1.28%，我們用德國約克儀器公司的 S2000 型煙氣分析儀在煙道分別測試了不同 Ca/S 摩爾比下 SO2排放濃度，圖 2 是當濃相區(qū)溫度在 860 ℃時，測試得到的 Ca/S 摩爾比與脫硫效率的數(shù)據(jù)關(guān)系，從圖 2 可以看出，隨著 Ca/S摩爾比增大，脫硫效率增大，當 Ca/S 摩爾比大于 2.5時脫硫效率增加趨勢緩慢。當 Ca/S 摩爾比為 2.5時，SO2的排放濃度 G'SO2=548 mg/m3，脫硫效率為78.6%。

　　5.3 循環(huán)流化床鍋爐床溫的影響

　　床溫的變化不僅直接影響循環(huán)流化床鍋爐的著火和穩(wěn)定燃燒，還影響石灰石的反應(yīng)速度、固硫產(chǎn)物分布以及孔隙堵塞特性，從而對脫硫效率和脫硫的使用量有重要影響，因此，對床溫控制應(yīng)考慮：在該溫度下不會軟化，保證鍋爐的燃燒效率較高，脫硫劑使用較少，脫硫效率高，NOx排放低。當床溫低于800 ℃時，石灰石煅燒生成 CaO 速度減慢，減少了可供反應(yīng)的表面積，脫硫效率下降且鍋爐不能穩(wěn)定運行。當床溫大于 870 ℃，CaO 內(nèi)部分布均勻的小晶粒會逐漸融合為大晶粒。溫度越高，晶粒越大，單位質(zhì)量內(nèi)晶粒數(shù)量減少，CaO 比表面積下降。經(jīng)過反復(fù)試驗表明，床溫對于脫硫效率有重要影響，循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫最佳溫度應(yīng)控制在 840~900 ℃之間，床溫在這個溫度范圍運行時，在同樣 Ca/S 摩爾比的情況下，可以得到較高的脫硫效率，如果低于820 ℃或高于 920 ℃，在保證一定的脫硫效率的情況下，Ca/S 摩爾比需增加許多。床溫過低則不利于石灰石煅燒反應(yīng)進行，相反若床溫過高，CaO 內(nèi)的微孔會被迅速堵塞而阻止了脫硫劑的進一步利用。此外，床溫過高還會造成 CaSO4分解，也影響脫硫效率。由此可見，為得到較高的脫硫效率，控制燃燒溫度，并使整個床溫分布均勻具有重要意義。

　　5.4 揮發(fā)分含量的影響

　　由于煤中揮發(fā)分的析出和燃燒速度比焦炭的燃燒速度快得多，因此揮發(fā)分中的硫分會迅速析出，在煤入爐點會形成一個 SO2高濃度和低氧濃度的區(qū)域，而且在煙氣的帶動下很快向爐膛上部擴散。在循環(huán)流化床鍋爐中，特別在稀相區(qū)中，氣體和固體的橫向混合比較差，由于揮發(fā)分中硫產(chǎn)生的 SO2會向上穿過爐膛，使脫硫效率降低，通常燒揮發(fā)分高的煤時，只有采用較高的 Ca/S 摩爾比，才能得到較高的脫硫效率。

　　5.5 煤的性質(zhì)對脫硫效率的影響

　　煤的性質(zhì)指煤中可燃硫的含量和燃煤灰渣堿金屬氧化物的含量。在氧化性氣氛中，煤在燃燒過程中的可燃硫全部生成SO2�？扇剂蛘济褐泻�硫量的絕大部分，因此，可以根據(jù)煤中的含硫量大致估算煤在燃燒過程中SO2的生成量。煤中的硫燃燒后生成兩倍于煤中硫質(zhì)量的 SO2。因此，煤中每 1%的含硫就會在煙氣中生成約 2000 mg/m3(標準狀態(tài)下)的SO2。

　　當煤中含硫量為 2%時，煙氣中 SO2的原始生成濃度為 4000 mg/m3(標準狀態(tài)下)。如果要求煙氣中SO2的排放標準為 400 mg/m3(標準狀態(tài)下)，則燃燒過程中的脫硫效率必須達到 90%。在相同 Ca/S 摩爾比的情況下，含硫量越高的煤，其脫硫率也越高。這是因為高硫煤會使爐膛內(nèi)產(chǎn)生較高的 SO2濃度，因而提高了脫硫的反應(yīng)速度。

　　煤中含有 CaO、MgO、Fe2O3等堿性金屬氧化物，也具有一定的脫硫能力。它們和煙氣中的 SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而脫除SO2，這叫煤灰中堿性氧化物的自脫硫能力。

　　6 結(jié)論

　　綜上所述，影響爐內(nèi)脫硫效率的因素眾多，通過多年的實踐摸索，建議：①對采購石灰石品質(zhì)嚴格把關(guān)，選擇反應(yīng)活性高、脫硫性能好的石灰石;②石灰石破碎的粒徑分布的要求符合“兩頭小，中間大”，平均粒徑控制在 126 mm 的范圍內(nèi), 石灰石與煤同點給入;③優(yōu)化控制鍋爐運行技術(shù)參數(shù)，特別是床溫的最佳溫度應(yīng)控制在840~900 ℃之間;④在原料煤中摻燒低硫的無煙煤。通過以上措施的落實就可以發(fā)揮循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)勢，實現(xiàn)循環(huán)流化床鍋爐低成本脫硫和SO2的達標排放。

　　參考文獻：

　　[1]岑可法.循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計與運行[M].北京：中國電力出版社，1998.

　　[2]劉德昌, 陳漢平等.循環(huán)流化床鍋爐運行及事故處理[M].北京:中國電力出版社.