炉内喷钙脱硫的影响因素

摘要：为达到国家要求的污染物排放标准，烟气脱硫是燃煤锅炉减排过程中必不可少的一项重要措施，文中以循环流化床锅炉为例，就炉内喷钙脱硫技术的影响因素进行分析介绍。

关键词：二氧化硫；脱硫；炉内喷钙

中图分类号： 文献标识码：A文章编号：

我国的煤炭资源储量丰富，2009年全国煤炭产量达到29．1亿吨，在我国目前的能源结构中，煤炭占据了总体能源消耗的70%左右，而在这其中有84%的煤炭作为动力燃料和发电燃料进行直接燃烧，在燃烧过程中，煤中所含的碳、氮、硫等部分元素会和氧发生反应，转化为有害物质并产生大量粉尘，其中以SO2和NOX对大气的污染危害最为严重，空气中过量的SO2和NOX会造成酸雨、光化学烟雾等环境污染，严重影响人类正常生活和健康。随着工业的发展，大气污染也日趋严重，2009年，我国的二氧化硫排放总量为2214.4万吨，烟尘排放总量为847.2万吨，虽然分别比2008年下降了4.6%和6.0%，但在全球排放总量中仍占较大的比例。

在《国家环境保护“十五”重点工程项目规划》中，削减工业污染物排放总量作为工业污染防治的主要任务，要求二氧化硫排放量控制在1800万吨，氨氮排放量控制在165万吨，尘（烟尘和工业粉尘）排放量控制在2000万吨，这就意味着降低污染物排放，有效提高燃煤锅炉的脱硫效率将成为煤炭燃烧行业中必不可少的一项重要举措。

循环流化床锅炉以它良好的燃料适应性、高燃烧效率、低污染物排放量、灵活的负荷调节以及灰渣的可利用性等优点，得到了广泛使用，在锅炉的脱硫工艺上，可大致分为湿法脱硫、干法脱硫和半干法脱硫，这三种脱硫方式中都可以采用石灰石做脱硫剂来减少SO2的排放。

湿法脱硫是环保脱硫中比较成熟的技术，但是，湿法烟气脱硫存在废水处理问题、初投资大、运行费用高、占地面积大、系统管理操作复杂、磨损腐蚀现象较为严重、加上脱硫副产物石膏在我国很难找到大规模的用途，所以对于中小型企业，湿法脱硫并不经济适用。

干式烟气脱硫工艺始于80年代，与常规的湿法工艺相比投资费用较低、脱硫产物易处置、节省了除雾器和换热器安装和运行成本、设备不易腐蚀、不易发生结垢及堵塞，尤其适用于煤种含硫量低于2%的机组或200MW以下老机组。干法脱硫的方法也有很多种，喷雾干燥法、活性炭法、电子射线辐射法、填充电晕法、荷电干式吸收剂喷射脱硫法、炉内喷钙尾部增湿法、烟气循环流化床技术、循环流化床炉内喷钙技术等多种脱硫技术在近些年来的应用中都在不断的改进和创新。相比起湿法脱硫，干式、半干式脱硫技术相对更为经济。

本文以循环流化床炉内喷钙法为例，从技术方面寻求解决对策，在提高循环流化床锅炉脱硫效率的问题上进行分析探讨。

炉内喷钙法是在锅炉燃烧过程中，在炉膛适当部位喷入石灰石（CaCO3），该物质在锅炉内高温煅烧会迅速分解产生CaO，可与烟气中的SO2发生反应生成硫酸钙（CaSO4）即石膏，可随灰渣一起排出，从而达到脱硫的目的。

整个过程反应方程式如下：

CaCO3CaO＋ CO2－178.98 KJ/mol

细小的CaO颗粒与SO2气体发生下列反应：

CaO ＋ SO2＋1/2O2CaSO4＋501.83 KJ/mol

脱硫率是指烟气经过脱硫后除去的SO2量占烟气脱硫前SO2量的比率，是衡量脱硫设备及方式有效性的一个主要指标。实际运行中，会有很多因素影响到循环流化床锅炉脱硫效率，例如锅炉床温、脱硫剂粒度、燃料含硫量、钙硫比等。下面就一些主要影响因素进行简要分析。

锅炉床温。

锅炉运行的床温对脱硫效率影响较大，脱硫反应的最佳反应温度在850摄氏度左右，如果炉膛温度过高，CaO表面反应生成的一层薄硫酸钙的晶体会被烧结，微孔会被迅速堵塞而阻止SO2向内部扩散，影响脱硫剂的使用效率，当温度超过1000℃后，这一现象尤为严重。但炉膛温度低则不利于石灰石的煅烧反应，使脱硫效率下降。

脱硫剂粒度

脱硫剂的颗粒分布也会对脱硫效率产生影响，石灰石的颗粒分布与它的有效反应面积及其在炉膛里的停留时间有关。从反应面积来看，颗粒的粒径越小，它的反应面积越大，脱硫的转化率越高，石灰石粒度大时其反应表面小，在SO2扩散到颗粒内部之前，颗粒表面反应生成的硫酸钙已堵塞了扩散通道，使内部未参与反应的石灰石不能得到有效利用，降低了脱硫效率。

脱硫剂的粒度也与分离器的分离效率有关，当石灰石粒径过细，在进入炉膛后，则会直接被烟气带出炉膛，来不及与SO2发生反应。如果采用飞灰循环的话，可适当提高钙的利用率，在分离器分离效率的影响下，含CaO的飞灰会被分离出来重新返回炉膛，分离器效率越高，返回炉膛的CaO越多，也就越能提高钙的利用率，对于那些不能被分离出的颗粒则会随飞灰一起被排放，达不到脱硫的目的，形成了浪费。循环流化床脱硫的石灰石最佳颗粒度一般为0.2～1.5mm，平均粒径一般控制在0.1～0.5mm范围。

燃料含硫量及挥发份含量

在实际运行中，很多锅炉的脱硫效率都达不到设计值，这跟燃料成分也有关系，设计所需的燃料参数值会和实际燃用的燃料成分有所不同，燃烧工况也就会所不同。由于燃料中挥发份的析出和燃烧速度要比焦碳的燃烧速度快，所以挥发份中的硫也会迅速析出，含硫越高的燃料在燃烧时就会在炉膛内产生越高浓度的SO2，在同等钙硫比的情况下，高硫煤的脱硫率也就越高。对于燃烧挥发份含量较高的燃料时，采用较高的钙硫比会得到较高的脱硫效率。

钙硫比

从脱硫的角度考虑，所有性能参数中，钙硫比的影响最大，在一定的条件下，根据燃料中的含硫量，钙硫比的大小是调节SO2排放量的重要因素。

理论上而言，脱出1mol的S，需要加入1mol的CaCO3，多消耗0.5mol的O2，再多生成1mol的CO2，但实际反应的过程中，会受反应条件的影响，使得CaCO3不能100%的参与反应，这就需要增加CaCO3的量来保证一定的脱硫效率。

一般情况下，要求的脱硫效率越高，就会消耗越多的脱硫剂，钙硫比也就会相应的越高。钙硫比的大小可通过燃料的含硫量和脱硫剂的反应活性来计算。计算公式如下：

Ca/S=（32/100）×CaCO3/（S%×耗煤量）

这里值得注意的是，公式中CaCO3的重量并不是指脱硫剂的投入重量，而是指参与反应的有效CaCO3的重量，具体数值要看脱硫剂中CaCO3的含量，脱硫剂的反应活性越高，钙硫比越低。

在要求同等脱硫效率的条件下，含硫量低的燃料比含硫量高的燃料需要更高的钙硫比，通常来讲，钙硫比都采用1.5~2.5，但当燃料的含硫量低于1%的时候，钙硫比可能需要3~5，但因为要脱除的硫总量小，所以加入的石灰石总量相对高硫煤还是较少。

此外，影响脱硫效果的因素还有很多。如石灰石反应活性的大小，以及脱硫剂在炉膛内的停留时间等。

脱硫效率的高低是工况运行中的一个重要指标，但就环保角度而言，其排放浓度和排放量必须要达到《锅炉大气污染物排放标准》等国家规定的限值才算合格。

在烟气监测中所测得的SO2浓度并不是准确实际的排放浓度。因为烟气体积的大小会对排放浓度的高低产生影响，在燃烧过程中，燃料完全燃烧所需的空气量为理论空气量，但在实际运行中，受温度、时间及湍流的影响，燃料要想达到完全燃烧，就必须供给过量的空气，空气过剩系数就是指实际供给的空气量和理论空气量的比值，是折算排放浓度的一个重要参数，可用烟气中的含氧量计算得出。过量空气系数越大，烟气的体积也越大，烟气中的SO2浓度被过量的空气稀释，就会越小，这个数值不能直接用来和国家规定的排放值做对比，要通过折算来确定标准空气量中SO2的实际排放浓度。

目前，由于我国经济发展的地区差异较大，对污染的治理水平也各不相同，各地都应与实际生产相结合，加大对炉内脱硫技术的研究，在运行中摸索，总结各个因素与脱硫之间的关系，简化控制因素，不断提高参数控制的可操作性，更好的提高企业污染治理的积极性，加强管理和监督，实施动态监测，随时进行调整，以获得连续稳定的脱硫效果。

参考文献：

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