大型CFB锅炉石灰石添加系统优化方案

摘 要：440T/H级循环流化床（CFB）锅炉已在我国商业化投产，其能够很好地适应各种质量的煤型，且具备脱硫处理系统。但由于燃煤质量种类、颗粒大小不同，且各设备脱硫系统性能存在个体差异，SO2排放量超标情况时有发生。该文以兖矿济三电厂对CFB锅炉脱硫系统进行的调查、改造为例，具体论述如何弥补该系统现存的缺陷，达到良好的脱硫效果。

关键词：CFB锅炉 脱硫 技改

中图分类号：TQ050 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）09（b）-0050-02

我国电力生产中，采用先进的洁净煤发电技术是可持续发展战略对电力工业的必然要求[1]。济三电力有限公司运作两台440T/H循环流化床（CFB）型锅炉，该型锅炉具有煤种适应性强、环保特性好、负荷调节范围广等特点[2]。直接向锅炉内投入脱硫剂是目前CFB锅炉最常用的、也是最有效的脱硫方法之一[3]，石灰石是最常用的工业脱硫剂。在CFB脱硫系统中，石灰石经由母管气力输送装置，通过返料斜管与燃煤完成混合后进入炉膛。该型锅炉投产后，脱硫系统固有缺陷导致运作异常频发，造成SO2排放浓度超标。为控制排放浓度，以增投石灰石为暂行解决方案，但也造成了环保成本的上升。为充分利用环保资源，降低不必要的资源损失，笔者所在厂对CFB脱硫系统目前存在的问题进行了分析与改进。

1 问题描述与分析

济三电厂CFB锅炉投产后，多次由于磨损泄漏和堵管等原因，影响设备正常投运。对CFB局部管道的改造与被动修补也很难从根本上避免泄漏情况的再次发生。为了保证CFB设备稳定运转，降低人工及维修成本，对CFB脱硫系统进行了周密的分析与问题排查，发现脱硫系统缺陷主要有以下5点。

1.1 气力输送管道堵管

CFB锅炉气力输送管道堵管状况频发，整个系统常因气力管道堵塞而终止投运。通过与厂家共同研究及多方面考察发现，造成堵塞的原因是复杂的，具体体现在以下3点。

石灰石进出料程序设计上存在时间误差。经测算，程序进料时间长、出料时间设置相对较短。出料时间不足很容易导致脱硫剂灰料不断沉积，最终造成堵塞。

输送压力小。经调查，气力输送管道的输送压力为0.15 MPa，该值设定下很难确保管道输送过程中遇到阻力时能够维持管道通畅，造成灰料长久累积最终形成堵塞。

脱硫剂石灰石的质量未达标，石灰石中经常夹带普通石子等各类异物，导致母管道无法正常完成输送，久而久之造成阻塞。

1.2 石灰石仓下料不畅

石灰石缓冲仓在设备运作中常因石灰石受潮板结发生空仓现象。受潮板结的原因在于仓顶密封条件差，在遇到阴雨天气时，潮气极易进入仓内，导致石灰板结发生阻塞。

1.3 系统管道磨损泄漏

CFB设备管道易发生磨损泄漏情况。经统计，各管道当中炉膛石灰石进料段泄漏情况最为突出，该段的泄漏区域多集中在设备大小头、膨胀节、弯头处。管道泄漏不仅造成了脱硫剂的浪费，也使得脱硫系统在运行时无法获得足量的石灰石进料，影响脱硫效果。

1.4 局部检修妨碍整体投运

当系统局部出现故障需要检修时，往往无法进行隔离排查。其原因在于输送管道只存在唯一的支路隔离阀门，且阀门经常旋转不良卡塞无效。这导致在进行局部检修时只能中止整个系统的运作，该系统其他部分管道被迫中止运行，妨碍了设备的整体投运进度。

1.5 石灰石粉消耗量较大

CFB锅炉设备采用的是气力输送炉内喷钙脱硫模式[4]，石灰石粉粒度需控制在1 mm以下。出于上述各种原因，石灰石粉的利用效率较低。为了保证达到国家烟气二氧化硫排放控制标准，只能增加石灰石投放量，造成额外的石灰石粉消耗。

2 优化方案与效果

针对以上发现的5项问题，该厂对其逐一进行了研究实验，并联系厂家合作分析，最终确定了以下优化方案。

为避免气力输送管堵塞，通过修改程序以消除气力输送时间误差，确保下料前管道内部输送干净，降低行程阻力。同时为避免单次输送量过高的情况发生，通过调节石灰石仓底部给料阀，降低石灰石给料频率，并在易发生堵管的炉后侧支管加设压风系统对管道进行吹扫，防止小规模灰料沉积造成的气力输送管堵塞。

对于石灰石仓下料不畅的问题，通过重焊密封仓顶焊缝，确保输送压力稳定充足。同时更换石灰石管道逆止阀、旋转仓顶安全阀以保证其封锁严密，防止潮气渗透入仓。在遇到潮湿天气时关闭位于仓顶的布袋收尘器，避免潮气因仓内负压进入石灰石仓形成板结。

为避免管道磨损泄漏，根据管道泄漏状况多发的调查分析，我们将系统管道分配器弯头及后支管用内衬陶瓷材料重建，并以内部不锈钢式导流板代替管道膨胀节。为了降低管道输送过程中的磨损，将石灰石进料管重新设计为垂直模式（原为斜式管道），避免因管道设计缺陷带来的不必要磨损，同时取消石灰石进料管大小头。

在需要进行局部检修时，为了对故障实现局部隔离，从而避免处理过程延误整个系统进程，同样出于方便查验的目的，于输送管道处加设内衬陶瓷式插板门，以达到分散隔离的效果。内衬陶瓷式插板门的具置为分配器后、各支路前端以及入炉端。

为降低石灰石消耗量，需要提高石灰石使用效率。除了CFB设备本身的脱硫系统，我们额外向锅炉燃料中添加粒径1～3 mm的石屑，使其在燃煤燃烧过程中辅助石灰石粉共同脱硫。此举降低了大约50%左右的石灰石粉投入，钙硫摩尔比由改造前的6.0左右下降至3.0以内，钙使用效率大大提升，脱硫效果同样得到了保证。

通过上述一系列改造方案的实行，CFB锅炉暴露出来的几项缺陷得到了明显改善，目前运行效果良好。与改造前的具体改善情况如下。

堵塞、磨损问题得到了很好的改善。经过管道改良，堵塞问题基本消失；通过规避磨损及对设备的合理改造，管道泄漏情况基本绝迹，系统的正常投运与长时间持续运行得到了保证。

石灰石仓下料通畅得到了保证。通过更新石灰石管道逆止y，确保了设备质量；通过排查仓顶密封性，设定合理的设备使用章程，避免了可能的潮气渗透，确保下料通畅。

石灰石用量显著降低。通过锅炉燃料添加石屑系统和另两套气力输送系统相结合的创造性举措，提高了石灰石中钙元素的使用效率，从而显著降低了石灰石使用量。排放气体中二氧化硫浓度保持在50～100 mg/m3以内，使CFB设备的环境效益和经济效益得到显著增强。

3 结语

由于每台CFB锅炉脱硫系统内部结构存在不同，控制系统各异，设备运行方式存在区别，导致各设备投运力度不尽相同，对二氧化硫排放量的控制方法也因现实情况而异。济三电厂通过不断的研究与实验，提出了上述针对CFB设备的优化方案，并通过实践达到了改造的预期效果。系统原有局部缺陷带来的负面影响被控制到了最低。此外，通过更科学的脱硫处理方案，提高石灰石使用效率，降低环保成本的同时也降低了二氧化硫排放量。

参考文献

[1] 张志伟，张缦，姜孝国，等.大型CFB锅炉增设脱硝设备必要性和可行性探讨[J].锅炉制造，2010（2）：39-41.

[2] 孙献斌.CFB锅炉热效率与环保特性及可靠性分析[J].中国电力，2008，41（10）：44-48.

[3] 王晓龙，李寒冰.增加石灰石的量对CFB锅炉性能的影响[J].应用能源技术，2015（1）：15-18.

[4] 赵学，随晶晶，吴明亮，等.脱硫石灰石粉控制系统的设计[J].机械与电子，2011（5）：68-70.