CN107596878B

CN107596878B - 一种循环流化床锅炉炉内脱硫方法

Info

Publication number: CN107596878B
Application number: CN201710765093.0A
Authority: CN
Inventors: 蔡润夏; 张缦; 吕俊复; 杨海瑞; 刘青; 张海; 吴玉新; 张扬
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2020-04-17
Anticipated expiration: 2037-08-30
Also published as: CN107596878A

Abstract

一种循环流化床锅炉炉内脱硫方法，涉及循环流化床燃烧及脱硫技术领域。本发明通过向炉内喷入石灰石脱硫剂，并限定石灰石脱硫剂颗粒的最大粒径不超过45μm，平均粒径在5～20μm；同时要求分离器出口逃逸的颗粒粒径d₅₀<12μm，d₉₀<55μm，稀相区压差保持在1～2kPa。利用本方法，可以在钙硫摩尔比小于2的条件下，对于收到基硫含量小于2％的煤种，实现二氧化硫排放浓度低于35mg/Nm³；同时有效解决了现有循环流化床锅炉炉内脱硫效率较低的问题。

Description

一种循环流化床锅炉炉内脱硫方法

技术领域

本发明涉及一种循环流化床锅炉炉内脱硫方法，属于循环流化床燃烧及脱硫技术领域。

背景技术

循环流化床燃烧技术是当前商业性最好的清洁燃料燃烧技术，具有燃料适应强、污染物排放低等优点。循环流化床脱硫通常采用炉内喷钙的方式，以降低分离器出口二氧化硫的排放浓度。传统炉内喷钙脱硫过程中，采用的石灰石的粒度一般为小于1mm，其平均粒径大于50μm，常见为200-300μm，该粒度的要求主要综合考虑两个方面：第一，过粗的石灰石颗粒参与化学反应比表面过小，整体脱硫效率和脱硫剂利用效率较低；第二，分离器的分离效率随颗粒粒径变小而逐渐降低，过细的颗粒难以被高效捕集返回炉膛参与循环，因而停留时间较短。

由于石灰石脱硫产物CaSO₄的摩尔体积显著大于CaO，故脱硫剂表面发生脱硫反应后会形成一层致密的生成物层，封闭表面孔隙，导致SO₂无法扩散到内部，内部反应的CaO不能得到有效利用。大量的研究表明，流化床条件下生成物的厚度仅为数十微米，即大于200微米以上的颗粒必然利用率不高，因此传统炉内喷钙脱硫方法的钙硫摩尔比必然较高，通常为2.2～3.5，且脱硫效率受到限制，通常低于95％。此外，由于石灰石对于NOx的催化作用，高钙硫比条件下，NOx会大量生成，也不利于氮氧化物的排放控制，从而造成经济性和环保性下降，这样循环流化床燃烧低成本脱硫的优势将不复存在。因此必须挖掘循环流化床燃烧炉内深度脱硫的潜力，以实现高效经济的脱硫。

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脱硫方法，来解决现有循环流化床燃烧脱硫方法存在的脱硫效率不足、脱硫剂利用率低的问题，使其降低循环流化床燃烧二氧化硫排放浓度，避免配备过于昂贵的附加脱硫设备，显著提高经济效益和社会效益。

为了实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种循环流化床锅炉炉内脱硫方法，所述循环流化床锅炉包括一次风口、二次风口、炉膛、分离器和返料阀；所述炉膛包括密相区和稀相区；其特征在于，所述炉内脱硫方法是通过向炉膛内喷入石灰石脱硫剂，在向炉膛内喷入石灰石的过程中，满足以下参数要求：

a).石灰石脱硫剂颗粒最大粒径不超过45μm，平均粒径为5～20μm；

b).分离器出口逃逸的颗粒粒径d₅₀<12μm，d₉₀<55μm；

c).稀相区压差保持在1～2kPa。

优选地，所述向炉膛内喷入石灰石脱硫剂脱的方法是从二次风口或返料阀注入炉膛，或与燃料混合后注入炉膛。

优选地，分离器的出口处烟气氧含量至少为2.85％；当氧浓度低于2.85％时，通过增大燃烧风量提高氧浓度。

优选地，所述炉膛的平均温度保持在830-870℃，密相区和稀相区之间温差不超过30℃。

优选地，保持稀相区压差的方法采用增大循环流率的方法，其中包括降低给煤粒度、提高分离器分离效率或增大排渣粒度。

优选地，当稀相区的压差低于1kPa时，通过增大一次风口风量来提高差压。

本发明具有以下优点及突出性的技术效果：①粒径小于45μm的细颗粒石灰石脱硫剂反应的比表面积显著大于粗颗粒，因此，石灰石利用率和炉内脱硫效率都会得到明显提高。②循环流化床分离器性能的提升，细颗粒石灰石炉内保存效率提高，在炉膛内的停留时间显著升高；稀相区压差增大，细颗粒石灰石相互作用力增强，团聚为较大颗粒团，停留时间进一步提高，可以满足石灰石炉内脱硫的时间要求。③由于钙硫摩尔比下降，即单位燃料的石灰石使用量减少，石灰石对于氮氧化物的催化作用减弱，也有利于氮氧化物的减排。因此本发明能够提升循环流化床燃烧的经济性和环保性。

附图说明

图1是本发明的循环流化床锅炉的结构示意图。

图2是本发明的循环流化床锅炉炉内脱硫方法与传统方法所要求的石灰石粒径的对比图。

图标记说明：1-一次风口；2-二次风口；3-炉膛；4-分离器；5-返料阀；6-密相区；7-稀相区；A为本发明要求的石灰石粒径范围；B为传统方法要求石灰石粒径范围。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本实发明。

本发明提供的一种循环流化床锅炉炉内脱硫方法，是通过向炉膛内喷入石灰石脱脱硫剂脱除二氧化硫。如图1所示，所述循环流化床锅炉包括一次风口1、二次风口2、炉膛3、分离器4和返料阀5，所述炉膛3包括密相区6和稀相区7。所述炉内脱硫方法是通过向炉膛内喷入石灰石脱硫剂，在向炉膛内喷入石灰石的过程中，满足以下参数要求：

b).分离器4出口逃逸的颗粒粒径d₅₀<12μm，d₉₀<55μm；

c).稀相区7压差保持在1～2kPa。

图2所示为本发明所采用石灰石脱硫剂与传统方法使用脱硫剂的粒径对比，图中A为本发明要求的石灰石粒径范围，B为传统方法要求石灰石粒径范围。本发明的原理是利用细石灰石脱硫剂比表面积大，反应速率快的特点，提高脱硫效率和脱硫剂的利用率，达到降低钙硫比的目的。

石灰石脱硫过程是石灰石在炉内循环的过程，因此在脱硫过程中，石灰石脱硫剂加入位置没有严格限制，可以从二次风口2或返料阀5注入炉膛，也可以与燃料混合后给入炉膛。

在运行过程中，稀相区7的压差应保持在合理的范围内，一般通过增大循环流率来实现，主要手段包括降低给煤粒度、提高分离器分离效率或增大排渣粒度。稀相区压差增大，细颗粒的团聚效果增强，因此颗粒停留时间会大大提高。此外，当实际运行中稀相区的压差低于1kPa时，还可以通过增大一次风量提高差压。

脱硫过程主要包括以下两个反应：

CaCO₃→CaO+CO₂ (1)

CaO+SO₂+0.5O₂→CaSO₄ (2)

反应式(1)为石灰石煅烧反应，反应式(2)为二氧化硫吸收反应。

脱硫反应需要氧气参与，因此需要严格控制分离器4出口处烟气氧含量不低于2.85％。氧气含量过低，脱硫效率大大降低。因此通过控制燃烧风量控制，当氧浓度低于2.85％，增大燃烧风量提高氧浓度。

所述炉膛3的平均温度保持在830-870℃，密相区6和稀相区7之间温差不超过30℃。温度是影响脱硫反应的重要因素，温度过低反应式(1)石灰石煅烧速率降低影响氧化钙生成。而温度过高，煅烧产生的CaO会发生孔隙烧结，生成的脱硫产物CaSO₄也会分解释放出已经脱除的SO₂，影响脱硫效果，因此需要严格控制炉膛温度。在运行中炉膛温度的调节，主要是通过改变燃烧一次风风量实现，当温度低于830℃时，减少一次风量；温度高于870℃时，增大一次风量。

该方法在床温860℃条件下，对于收到基硫含量小于2％的煤种，钙硫摩尔比小于2时，可以满足SO₂排放浓度小于35mg/Nm³，实现SO₂超低排放。

为了保证细颗粒石灰石脱硫剂在循环流化床内的停留时间，分离器4需提高分离效率，可以通过分离器进口段下倾、分离器中心筒偏心或立管减小流化风速增强气密性等方法来实现

实施例1

1)将石灰石粉碎成平均粒径为14μm，最大粒径为43μm的石灰石粉末，随燃料混合后引入循环流化床的炉膛中；所述锅炉为蒸发量220t/h，主蒸汽压力12.5MPa的循环流化床锅炉；

2)所述锅炉分离器已经过改造，满负荷工况条件下获得的飞灰逃逸粒径：d₅₀＝11μm，d₉₀＝52μm；

3)调整总燃烧风量和给煤量，使得所述分离器出口氧含量为2.95％。

4)控制炉膛平均温度为845℃，稀相区温度为830℃，密相区温度为860℃。

5)增大一次风风量，调整一次风和二次风风量比例至1.1:1，使得所述稀相区压差达到1.16kPa.

本实例中所用燃料为平均硫含量为1.05％的煤泥与高硫煤混合燃料，SO₂理论计算排放浓度为3800mg/Nm³，在炉内石灰石钙硫比为1.60的条件下，实际排放为10mg/Nm³，脱硫效率为99.7％。而现有的CFB锅炉炉内脱硫技术，通常在钙硫摩尔比为2.5的条件下，仅能达到95％的脱硫效率。本技术能够以更少的石灰石实现更高的脱硫效率，具有明显的优势。

实施例2

1)将石灰石粉碎成平均粒径为10μm，最大粒径为35μm的石灰石粉末。燃料注入二次风管中，随二次风进入循环流化床的炉膛中；所述锅炉为蒸发量240t/h，主蒸汽压力13.73MPa的循环流化床锅炉；

2)所述锅炉分离器已经过改造，满负荷工况条件下获得的飞灰逃逸粒径：d₅₀＝10μm，d₉₀＝49μm；

3)所述循环流化床锅炉安装有选择性排渣装置，排渣口远离回料阀布置，以增大排渣粒度，提高循环流率；

4)调整总燃烧风量和给煤量，使得所述分离器出口氧含量为3.05％。

5)控制炉膛平均温度为850℃，稀相区温度为840℃，密相区温度为860℃。

6)保持总燃烧风量不变，增大一次风风量，减小二次风风量，调整一次风和二次风风量比例至2.3:1，使得所述稀相区压差达到1.50kPa.

本实例中所用燃料为平均硫含量为1.65％的烟煤，SO₂理论计算排放浓度为4800mg/Nm³，在炉内石灰石钙硫比为1.82的条件下，实际排放为23mg/Nm³，脱硫效率达到99.5％。

Claims

1.一种循环流化床锅炉炉内脱硫方法，所述循环流化床锅炉包括一次风口(1)、二次风口(2)、炉膛(3)、分离器(4)和返料阀(5)；所述炉膛(3)包括密相区(6)和稀相区(7)；其特征在于，该炉内脱硫方法是通过向炉膛内喷入石灰石脱硫剂，在向炉膛内喷入石灰石的过程中，满足以下参数要求：

b).分离器(4)出口逃逸的颗粒粒径d₅₀<12μm，d₉₀<55μm；

c).稀相区(7)压差保持在1-2kPa。

2.根据权利要求1所述的一种循环流化床锅炉炉内脱硫方法，其特征在于：向炉膛内喷入石灰石脱硫剂的方法是从二次风口(2)或返料阀(5)注入炉膛，或与燃料混合后注入炉膛(3)。

3.根据权利要求1或2所述的一种循环流化床锅炉炉内脱硫方法，其特征在于：分离器(4)的出口处烟气氧含量至少为2.85％；当氧浓度低于2.85％时，通过增大燃烧风量提高氧浓度。

4.根据权利要求1或2所述的一种循环流化床锅炉炉内脱硫方法，其特征在于：所述炉膛(3)内的平均温度保持在830-870℃，密相区(6)和稀相区(7)之间温差不超过30℃。

5.根据权利要求4所述的一种循环流化床锅炉炉内脱硫方法，其特征在于：保持稀相区(7)内压差的方法采用增大循环流率，其中包括降低给煤粒度、提高分离器分离效率或增大排渣粒度。

6.根据权利要求1或2所述的一种循环流化床锅炉炉内脱硫方法，其特征在于：当稀相区(7)的压差低于1kPa时，通过增大一次风口(1)的风量来提高压差。