第六章 CFB锅炉炉内脱硫技术

9 23 2008 1 循环流化床锅炉脱硫技术 9 23 2008 2 主要内容 1 中国SO2排放及CFB锅炉发展 2 CFB锅炉坚持炉内脱硫 3 影响CFB锅炉炉内脱硫的主要因素 4 CFB锅炉的排放计算 5 CFB锅炉炉内脱硫改造工程实例 9 23 2008 3 中国SO2排放及CFB锅炉发展 中国原煤产量 25 4亿吨 2007年 其中电煤 12 8亿吨 占50 中国总发电量 32 6亿kWh 2007年 其中火电 27亿kWh 占83 SO2排放总量 2589万吨 2006年 其中燃煤 大于2300万吨 9 23 2008 4 中国酸雨国土面积 酸雨问题严重 酸雨频率大 于5 的国土面积为33 9 23 2008 5 我国十一五规划 1 2010年 SO2排放总量比2005年少10 2294 4万吨 其中 火电少于1000万吨 2 国家环保总局制订各地方的SO2排放总量 二氧化硫总量分配指导意见 执行 9 23 2008 6 中国SO2减排任务非常严峻 1 煤价攀升 转向高硫煤发电 2 电煤量大幅度上升 3 脱硫成本造成运营压力100 000元 MW a 4 十五回顾 目标SO2 1800万吨 实际SO2 2560万吨 中国SO2减排形式 Boilernumber 9 23 2008 7 101 4 13 132 18 0 30 906035 120 50 60 100 135 200 300 UnitCapacity MW Total 38510MW 我国CFB锅炉发展现状 中国CFB锅炉统计150 9 23 2008 8 TPRI中国CFB锅炉脱硫技术 1 炉内添加石灰石脱硫 炉内添加石灰石粉脱除SO2 世界普遍采用 但我国大部分不达标 2 炉外脱硫 在尾部烟道设置脱硫塔脱除SO2 9 23 2008 9 TPRICFB锅炉炉内脱硫技术 通过气力输送将石灰石粉输送到炉膛 9 23 2008 10 CFB锅炉炉内脱硫特点 1 系统简单 运行可靠 2 脱硫成本低 初投资 运行维护成本低 3 脱硫产物在飞灰和底渣中 不产生带水石膏 等副产物 没有二次污染问题 4 我国炉内脱硫系统不被用户重视 不注重维 护 没有考核指标 5 我国大部分CFB锅炉的炉内脱硫SO2排放不 达标 脱硫不被国家相关部门所认可 11 CFB锅炉炉外脱硫 国外CFB锅炉炉外脱硫 美国JEA CFB电站 2 300MW 石油焦 贫烟煤 含硫量 6 7 炉内脱硫 设计85 炉外脱硫 设计10 炉内 9 23 2008脱硫 实际97 5 9 23 2008 12 CFB锅炉炉外脱硫 国内CFB锅炉炉外脱硫 机组容量 130t h 入炉煤含硫量小于0 8 9 23 2008 13 CFB锅炉坚持炉内脱硫 JEA300MWCFB锅炉 Sar 6 7 炉内脱硫排放达标 我国3 460t hCFB锅炉 Sar 0 8 5 0 炉内脱硫排放达标 我国130t hCFB锅炉 S 0 8 单台半干法炉外脱硫700万元运行维护费用高昂 流化床燃烧脱硫 流化床燃烧脱硫 流化床脱硫的化学过程脱硫剂 石灰石 CaCO3 白云石 CaCO3 MgCO3 炉内化学反应流化床燃烧方式为脱硫提供了理想的环境CaSO4的摩尔体积大于CaCO3 由于孔隙堵塞 CaO不可能完全转化为CaSO4 流化床燃烧脱硫 SO2和O2下几个步骤 1 克服颗粒外部的扩散阻力 到达CaO颗粒的表面 2 从CaO颗粒的表面扩散进入颗粒中的微孔中 3 在微孔中被吸附在CaO的表面 4 扩散通过产物层CaSO4到达还没反应的CaO的表面 对于初始反应的CaO则不存在此过程 5 SO2和O2与CaO反应 生成CaSO4 一般认为 碳酸钙的分解速率大于氧化钙固硫反应的 燃烧过程中用石灰石脱硫时 氧化钙的利用率非常低 一般利用率低于15 20 流化床燃烧脱硫的影响因素 1 钙硫比表示脱硫剂用量的指标 影响最大的性能参数脱硫率 可以用Ca S R 近似表达 2 煅烧温度存在最佳脱硫温度范围温度低时 孔隙量少 孔径小 反应被限制在颗粒外表面温度过高 CaCO3的烧结作用变得严重 流化床燃烧脱硫的影响因素 密相区在80 左右的时间内是还原性气氛 在氧化性气氛下 CaSO4是最稳定的 在很强的还原性气氛下 CaS是最稳定的 在还原性气氛下 CaSO4的分解可按下式进行 床温高于850 时上述反应比较十分明显 焦炭的存在会对CaSO4的分解起催化作用 当床温低于850 时 煅烧反应的速度明显下降 石灰石煅烧产生CaO的速度限制了脱硫反应的进行 因而使脱硫效率较低 3 脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构颗粒尺寸小于临界尺寸时发生扬析 并非越小越好颗粒孔隙结构应有适当的孔径大小 既保证一定孔隙容积 又保证孔道不易堵塞4 脱硫剂的种类白云石的孔径分布和低温煅烧性能好 但易发生爆裂扬析 且用量大于石灰石近两倍 脱硫剂的再生 不同温度下的再生反应 一 脱硫剂的反应活性 影响循环流化床锅炉脱硫的其它因素 二 脱硫剂的颗粒分布 四 燃料挥发份的含量的影响 五 烟气在炉内停留的时间 六 飞灰再循环 七 烟气再循环 八 钙硫比的限制 三 炉膛温度 9 23 2008 14 CFB锅炉炉内脱硫主要问题 1 石灰石品质差 纯度 粒度和活性 2 煤含硫量高 石灰石不足 3 炉膛温度过高 4 石灰石输送系统故障 5 运行技术低 9 23 2008 15 石灰石品质对脱硫的影响 石灰石粒度对 脱硫的影响 0 15 0 5mm 与分离器分离 效率有关 9 23 2008 16 石灰石品质对脱硫的影响 石灰石脱硫 1 CaCO3煅烧CaO体积减小 孔隙率增加 2 CaO转化CaSO4体积增加 孔隙率降低 煅烧前 煅烧后 脱硫后 21 煤含硫量高 石灰石不足 煤设计含硫量低 实际含硫量过高 石灰石投系统出力不足 最终表现为 CFB锅炉SO2排放不达标 22 炉膛温度过高 最佳脱硫温度 850 900 煤质变化及设计不够成熟 炉膛温度980 以上 石灰石脱硫效果差 9 23 2008 23 石灰石输送系统故障 下料管不下料 阀门不正常 密封圈故障 旋转给料机漏粉 旋转给料机卡塞 料位开关故障 到位开关故障 管道堵塞 9 23 2008 24 落料管堵塞 通过锤击松动排堵 9 23 2008 25 落料管堵塞解决办法 气 化 板电动震打 压缩空气吹堵 9 23 2008 26 旋转给料机漏粉 旋转给料机漏粉 更换盘根 9 23 2008 27 密封圈破损 密封圈冲压密封 密封圈卸压开阀门进料 9 23 2008 28 旋转给料机卡塞 未投运的叶片 投运3个月后的叶 片 9 23 2008 29 料位开关故障 料位开关 参与逻辑控制 料位高 停止进料料位低开始进料 9 23 2008 30 阀门及到位开关故障 石灰石输送系统 2套平衡阀 1套进气阀 2套圆顶阀 一套排堵阀 动作周期 小于60秒 9 23 2008 31 管道堵塞 含水率 颗粒度 长距离管道 大量弯头 管道分叉变径 9 23 2008 32 运行技术水平 石灰石输送系统要求 1 监视是否正常进料 料位计和输送压力 2 监视输送压缩空气 母管压力 3 监视仪用压缩空气 母管压力 4 给料机的密封 9 23 2008 33 SO2排放及钙硫摩尔比计算实例 理论SO2排放浓度计算 34 SO2排放量的计算实例 理论空气量 0 0889 Car 0 375 Sar 0 265 Har 0 0333Oar 理论干烟气量 0 01866 Car 0 375 Sar 0 008 Nar 0 79 理论空气量 SO2 Sar 20000 理论干烟气量 0 4 理论空气量 标 9 23 2008准状态 烟气含氧量6 干烟气 理论SO2排放浓度计算 标准 9 23 2008 35 标准烟气状态 烟气含氧量6 干烟气 标态烟气需要空气量 21 21 6 1 4 其中烟气中的过量空气量为0 4的理论空气量 含氧量为X的SO2浓度转化为标态烟气SO2的浓度为 SO2 标 SO2 实测 21 6 21 X 理论SO2排放浓度计算 SO2排放量的计算实例 9 23 2008 36 SO2排放量的计算实例 现有数据 收到基含硫量Sar 煤的低位发热量Qnet MJ kg 计算理论SO2 理论SO2排放浓度计算 SO2 6607 27 78 Qnet Sar 3 3 9 23 2008 37 135MWCFB锅炉计算 收到基含硫量Sar 1 75 煤的低位发热量Qnet 19 5MJ kg 机组负荷 135MW 燃煤量 62 3t h 石灰石耗量 12 5t h 纯度 85 SO2排放浓度 385mg Nm3 理论SO2 4991mg Nm3 脱硫效率 De so2 100 385 4991 100 92 3 9 23 2008 38 Ca S 12 5 85 100 100 62 3 1 75 100 32 3 1 年SO2排放量 6000小时 6000 62 3 1 75 100 2 100 92 3 100 1007吨 年石灰石耗量 12 5 6000 75000吨 135MWCFB锅炉计算 9 23 2008 39 CFB锅炉炉内脱硫改造实例 CFB锅炉SO2排放现状 很多电厂不达标 燃煤含硫量大幅度增加 石灰石输送系统出力低 故障率高 石灰石脱硫特性差 排放要求提高 9 23 2008 40 3 460t hCFB锅炉改造前脱硫系统 二级输送 3炉2石灰石库 炉前进石灰石 SO2超标 9 23 2008 41 TPRI脱硫系统改造前运行数据 锅炉设计及改造前数据 9 23 2008 42 炉内脱硫改造措施 一炉配两套脱硫系统 1 Sar 2 5 一用一备 2 Sar 2 5 两套投运 系统的投运率和SO2 的排放达标率高 9 23 2008 43 炉内脱硫改造措施 改造后系统 9 23 2008 44 二级输送改为一级输送 1 系统简单 2 输送距离120米降为40米 3 输送高度35米降为16米 4 压缩空气输送 炉内脱硫改造措施 Rear P 21 Primarystorage FurnaceSurgebin 9 23 2008 45 TPRI 石灰石投入口 炉前改到回料腿 1 石灰石预热 2 炉内分布改善 3 脱硫时间增加 炉内脱硫改造措施 9 23 2008 46 TPRI 石灰石选型 脱硫活性好的石灰石 炉内脱硫改造措施 煤的收到基含硫量 5月13日 5月15日 5月17日 5月19日 5月21日 5月23日 5月25日 5月27日 5月29日 5月31日 6月2日 6月4日 6月6日 6月8日 6月10日 6月12日 9 23 2008 47 TPRI 改造后入炉煤含硫量 5 04 03 02 01 00 0 含硫量 0 7 4 8 平均值2 21 理论SO2排放浓度mg Nm3 5月13日 5月15日 5月17日 5月19日 5月21日 5月23日 5月25日 5月27日 5月29日 5月31日 6月2日 6月4日 6月6日 6月8日 6月10日 6月12日 9 23 2008 48 TPRI 理论SO2排放 150001