循环流化床锅炉组合脱硫系统运行策略研究

摘要：循环流化床锅炉相对传统的锅炉表现出一些优势:对燃料具有广泛的适应性，燃烧效率高，低NOx排放、高脱硫效率等环保性能，负荷调节范围大，快速变负荷能力等。本文根据循环流化床锅炉的运行控制实践，结合在运行过程中的运行控制策略，优化总结，针对循环流化床锅炉的运行做详细分析，并结合实践提出问题的实施解决方案，说明其运行控制策略。旨在有效提高锅炉效率，延长使用寿命，经济安全运行，从而达到预期目标。

关键词：循环流化床锅炉组合;脱硫系统;运行策略

1、前言

在电力行业迅速发展，测量方法与控制技术不断进步，但是环境污染严重的今天，循环流化床锅炉作为一种高效、清洁的燃烧技术，能够有效实现超低排放，保护生态环境，成为电力事业发展的一个方向。然而.循环流化床锅炉是一个大惯性、非线性、时变、多变量耦合的被控对象，同时脱硫效率收到各个方面因素的影响。因此需要对其脱硫过程和方法进行深入研究。

2、循环流化床锅炉脱硫机理

目前，火电机组循环流化床锅炉大致分为两部分：第一部分由炉膛、分离器、返料装置等组成，共同组成一个固体燃料循环外回路;第二部分是尾部对流烟道。设有过热器、再热器、省煤器、空气预热器等，这些都是火电机组的重要设备。循环流化床锅炉的最大优点在于可以燃烧各种类型的煤，包括褐煤、煤矸石、生物质燃料以及废物等。循环流化床锅炉具体工作过程如下：

首先，当煤与脱硫剂被送到锅炉炉膛后，炉膛内的大量惰性高温物料立马将煤与脱硫剂包围，并且着火燃烧，进而发生脱硫反应，同时，烟气流上升且向炉膛上部运动，通过热辐射、热传导、热对流等传热方式对水冷壁和炉内受热面放热。其中，燃烧所需要的一次风、二次风分别从炉膛底部和侧墙通过送/引风机送入。循环流化床锅炉的燃烧室以二次风口为界可以分为两个区域，二次风入口以下部分为大粒子还原气氛燃烧区域，二次风口以上为小粒子氧化气氛燃烧区域。

以煤矸石为例，在这个过程中，当炉膛的过量空气系数d≤1.0时，其中的可燃硫就能够被氧化成为SO2，如果氧量充分时，0.5%-2%的SO2会进一步被氧化成SO3。在这个过程中，SO2析出也是受床温、过量空气系数、停留时间的影响。试验表明，当循环流化床的床温较高时，SO2的析出率也会升高：过量空气系数α和一次风、二次风的比例决定了氧浓度。进而影响炉膛中各层含硫物质的分配;试验数据表明，当0.1mm以下的煤颗粒在静止床层中的析出率可以达到98%以上，需要180-200S的时间，同时随着颗粒粒径变大，时间也会延长。试验表明，煤矸石中含硫量越高，过量空气系数越大，则反应生成的S03也会越多。

3、循环流化床锅炉组合脱硫系统运行策略

3.1 配置模式

CFB锅炉炉内脱硫+炉后烟气CFB法两级脱硫主要有3种配置模式。

(1)CFB锅炉炉内脱硫+预除尘+炉后烟气CFB法脱硫(加石灰)。已在同煤电厂二期工程2×330 MW机组亚临界CFB锅炉中应用，燃用大同原煤及中煤与矸石混煤，采用“一炉一塔”系统配置，机组已通过168 h试运。其流程为：CFB锅炉→一级电除尘器(除尘效率80%)→烟气CFB脱硫塔→脱硫低压回转脉冲布袋除尘器→引风机→烟囱。设计煤种及校核煤种的折算硫份分别为0.02，0.055%/MJ。

(2)CFB锅炉炉内脱硫+炉后烟气CFB法脱硫(加石灰)。已在华能白山煤矸石电厂新建工程2×330 MW直接空冷机组CFB锅炉中应用，燃用洗选煤矸、洗中煤、煤泥按不同比例掺配的混煤。其流程为：CFB锅炉→烟气CFB脱硫塔→脱硫低压回转脉冲布袋除尘器→引风机→烟囱。燃烧设计煤种及校核煤种，锅炉最大连续出力(boiler nlaxinlunl continuousrating，BMCR)工况，在炉内脱硫效率为60%基础上炉后脱硫设计效率不低于90%。设计煤种及校核煤种的折算硫份均为0.04%/MJ。吉林省电力科学研究院有限公司对于白山电厂2号机组脱硫设施评估结论为：2号机组脱硫设施所采用的CFB锅炉炉内喷钙脱硫结合炉后烟气CFB半干法脱硫工艺，能够满足日常脱硫设施稳定运行的要求。电厂2号机组脱硫设施试验期间(2013年3月27日-月02日)实测2号机组一级、二级脱硫装置脱硫效率分别为75.04%、92.26%(达到设计值要求)，二级脱硫效率修正到设计工况下为89.11%;2号机组二级脱硫设施出口SO2平均排放浓度为20.55 mg/m3，达到设计值及排放标准(≤400mg/m3)的要求。

(3)CFB锅炉炉内脱硫+炉后烟气CFB法脱硫(不加石灰)。此方式即采用CFB锅炉炉内脱硫+炉后烟气CFB法脱硫的两级脱硫方式，完全利用CFB锅炉炉内脱硫后的剩余石灰，即炉后烟气CFB法脱硫不加石灰而达到预期的脱硫效率。目前国内电厂系统设置暂无此种模式，只是在模式(2)的基础上，运行过程中按实际情况少投石灰或不投石灰。

3.2脱硫方案

采用CFB锅炉炉内脱硫+炉后烟气CFB法脱硫的两级脱硫方式，在烟气CFB法脱硫塔前加装预除尘器，炉后烟气CFB法脱硫设石灰系统。炉内脱硫剂采用外购的粒径小于1mm石灰石，用空气送人炉膛。炉后烟气CFB法脱硫主要工艺系统有：烟气系统、吸收塔系统、布袋除尘器系统、石灰干式消化系统、物料再循环系统、工艺水系统、压缩空气系统等，系统布置如图1所示。设计煤种及校核煤种的折算硫份分别为0.02%/MJ、0.055%/MJ。设计炉内脱硫效率按80%，炉后脱硫率≥90%(设计效率大于92%)，且净烟气中SO2浓度≤100 rag/1113(标态，干基，6%氧量)。

4、CFB锅炉+炉后石灰石一石膏湿法烟气脱硫方案

4.1 配置模式

CFB锅炉炉后设石灰石一石膏湿法烟气脱硫配置模式有2种：(1)CFB锅炉炉内脱硫+炉后石灰石一石膏湿法烟气脱硫，如京能朔州右玉发电厂工程;(2)CFB锅炉炉内不脱硫，仅炉后石灰石一石膏湿法烟气脱硫，如神华煤炭伴生资源循环经济项目电厂工程。CFB锅炉炉内脱硫达不到排放标准时，可考虑增加炉后脱硫。若炉内不脱硫，仅炉后一级石灰石一石膏湿法脱硫满足环保排放要求时，有利于灰渣的综合利用，有利于提高静电除尘器的除尘效率，有利于降低投资和运行费用。

4.2脱硫方案

某330 MW工程采用CFB锅炉炉内脱硫+炉后石灰石～石膏湿法烟气脱硫的两级脱硫方案。炉内脱硫石灰石按混入燃煤中与燃煤一起进入炉内的方案实施。炉后石灰石一石膏湿法脱硫系统采用工程总承包(engineering procurement construction，EPC)方式建造。设计煤种及校核煤种的折算硫份分别为0.16%/MJ、0.19%/MJ。石灰石一石膏湿法脱硫工艺采用“一炉一塔”设计，全部烟气参加脱硫。整套装置在锅炉燃用设计煤质、BMCR工况条件下，在验收试验期间(连续运行14天)脱硫效率≥95%。根据工程设计及工程运行情况，电厂进行了脱硫试验及运行摸索，最终确定CFB锅炉炉内脱硫+炉后石灰石一石膏湿法脱硫的匹配关系。从电厂燃用煤质分析资料来看，燃煤的收到基含硫量1.6%～2.5%，平均约2%，电厂运行时，根据煤质含硫量情况，一般控制炉后石灰石一石膏湿法脱硫前SO2浓度为1 500～2000mg/m3，对应炉内脱硫效率一般为70%～85%(实际炉内脱硫可达90%以上)，此时浆液循环泵“两运一备”，节省厂用电。若煤质含硫量增加，则3台浆液循环泵运行，满足烟囱出口SO2排放浓度的要求。

5、结语

总之，循环流化床锅炉的高效炉内脱硫技术有利于我国的节能减排、缓解煤炭市场供应压力、降低火电厂运行成本，具有巨大的社会效益、环境效益和经济效益。

参考文献

[1]刘宏丽，靳智平，卫国，等.1025t/h循环流化床锅炉深度脱硫方式选择研究[J].热力发电，2009，38(3)：5-9.

[2]陶佩军.CFB+FGD联合脱硫效率选择的计算方法[J].上海电力，2007(5)：468-471.