CFB锅炉掺烧高钙煤矸石自脱硫性能试验研究.doc

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1、CFB锅炉掺烧高钙煤矸石自脱硫性能试验研究洁净煤发电技术中,循环流化床锅炉以其煤种适应性强燃烧效率高环保性能好负荷调节范围广和灰渣能综合利用等优点脱颖而出,成为行业领域内鼓励发展的一种锅炉类型2011年国家颁布的火电厂污染物排放标准中对SO2排放要求更加严格,2014年7月1日起现有火电厂必须达到SO2排放量200mg/m以内要达到新标准的要求,只能燃用低硫煤,或者加大石灰石的投入量但是当石灰石投量增加时,脱硫剂的利用率会下降约50%,炉内的灰渣量和飞灰量也会增加,而且还会造成燃料不能充分燃尽,从而降低锅炉的燃烧效率,使经济效益变差;各地的研究学者们都开始寻求深度脱硫方式;宋树亮等人建议采用炉

2、内投石灰石加简易石膏法结合的两级组合脱硫方式;郭新法等人提出采用湿式氨法脱硫法;广东云浮电厂建立的世界上首台CFB锅炉石灰石-石膏湿式深度脱硫装置湿法烟气脱硫虽然脱硫效率高,但存在初投资大,对老电厂机组改造困难,脱硫后烟气对烟道和烟囱腐蚀性等问题;有文献指出煤自身中的CaO与SO2发生反应的可能性远大于外来石灰石;陈鸿伟等人分析了床温钙硫比对混矸煤自脱硫性能的影响机理针对上述问题,以某电厂200MWCFB锅炉为实验对象,进行了不同配比混矸煤种自脱硫性能和在炉内喷钙工况下脱硫性能的试验研究,以便寻求更为科学规范的掺烧配比方式,为CFB锅炉的高效低成本脱硫提供参考1、试验系统和方法1.1研究对象该

3、厂CFB锅炉采用自然循环一次中间再热平衡通风固态排渣;锅炉汽水系统中过热蒸汽采用六级加热,二级减温方式,炉膛外集中下降管布置结构;循环物料的分离采用高温分离器,立管处采用汽冷形式共设有4台给煤机和1台石灰石给料机设计混矸煤成分组成为烟煤20%煤矸石60%煤泥20%;采用循环流化床燃烧方式,通过在石灰石投运系统,石灰石粉和混矸煤一起送入炉内实现燃烧中脱硫,图1为CFB锅炉示意图,表1为锅炉主要技术参数1.2试验方法试验方法主要涉及烟气流量的测量及烟气成分的测量烟气流量的测量是用切贝切夫法在除尘器入口前烟道通流截面上选点测量各点处的烟气动压静压和温度,然后根据下列公式求出烟气流量:式中:v烟道内气

4、体流速,m/s;k修正系数;Pd动压平均值,Pa;sj实际烟气密度,kg/m;0标况下烟气密度,kg/m3;tsj实际烟气温度,;Pact环境大气压力,Pa;psj实测烟气静压,Pa;A烟道截面积,m2;qv实测烟气体量,m3/h;qv0标况下烟气体积流量,Nm3/h图2为除尘器入口前烟道中烟气成分测试系统示意图,在两侧烟道上采用网格法分别抽取烟气样品,烟气样品经烟气混合器混合后通过微型真空泵被送入前置烟气预处理器除水除灰处理后,分别进入二氧化硫分析仪ROSEMOUNTNGA2000和烟气分析仪TEST350中分析其SO2O2氧气浓度,每15min测量一次TEST350在每次试验前后都使用标准

5、气体进行标定,必要时可对所测氧量进行修正对脱硫效率的计算中,为了便于对比分析,假设煤种中的硫在燃烧的过程中全部转移到挥发分中试验主要分为3组共7种工况,第1组是改变混矸煤小汗矸石的种类,观察不同煤矸石掺烧工况下烟气中的SO2浓度,计算自脱硫效率;第2组是改变混矸煤中原煤种类,观察掺烧不同原煤工况下SO2浓度的变化趋势;第3组是同时改变原煤煤种煤矸石的掺烧比例,观察对CFB锅炉脱硫性能的影响试验主要涉及3种原煤2种煤矸石原煤为吴家山煤皇楼沟煤安顺煤,吴家山煤热值比皇楼沟煤与安顺煤稍高煤矸石为青沟煤矸石小汗煤矸石青沟煤矸石中CaO含量为20.48%,硫含量为0.44%;小汗煤矸石中CaO含量仅为3

6、.00%,硫含量为1.10%,2种煤矸石成分差别较大表2为3种原煤和2种煤矸石元素和工业分析情况表3为7种掺烧工况下的混矸煤种成分当CFB锅炉在设计负荷范围内运行时,一般认为负荷在相当大的范围内变化时脱硫效率基本恒定或略有升降,试验主要考虑煤矸石种类及掺烧比例对脱硫效果的影响2、试验结果分析2.1煤矸石种类对脱硫效率的影响表4为吴家山煤和3种工况下的混矸煤的自脱硫效率,吴家山煤中CaO含量为18.18%其中自脱硫效率较高的是掺烧青沟煤矸石的混矸煤,出口烟气SO2浓度降到148mg/m,已经满足环保排放要求,脱硫效率达到96.5%脱硫率较低的为掺烧了小汗煤矸石的混矸煤,出口烟气SO2浓度2034

7、mg/m3,脱硫效率只有54.6%青沟煤矸石中CaO含量比小汗煤矸石高出约17%,这部分CaO可以有效地与SO2反应合成CaSO4使SO2被吸收目前国内CFB锅炉的炉内脱硫效率都较低的最大原因就是燃烧过程中石灰石掺烧不均反应石灰的孔隙结构被反应产物堵塞阻止了CaO与SO2继续接触反应,使CaO随飞灰被浪费此外,在计算脱硫效率时假定了混矸煤中的硫全部会转化为SO2,所以掺烧吴家山煤不起运炉内喷钙系统的工况下,锅炉自脱硫效率较高,仍有85.5%的脱硫效率表5为投运石灰石系统后3种工况下的脱硫效率,可见在炉内喷入石灰石后,所有工况的脱硫率都超过95%,出口烟气SO2浓度都达到了环保排放要求,SO2浓

8、度小于200mg/m2.2原煤种类对脱硫效率的影响表6为吴家山煤皇楼沟煤掺烧青沟煤矸石工况下的脱硫效率,可以看出掺烧吴家山煤青沟煤矸石时脱硫效率较高达到96.5%,而掺烧皇楼沟煤时也可达到78%,平均脱硫率达到87.3%启用炉内喷钙后,工况2加喷钙脱硫效率为98.9%,SO2浓度降到44.7mg/m3,Ca/S比为1.6,石灰石消耗量为4.5t/h;工况4加喷钙脱硫效率为96.9%,SO2浓度降到47.4mg/m3,Ca/S比为2.0,石灰石消耗量为5.5t/h脱硫效果较为明显,可见青沟煤矸石对原煤适应性较好2.3不同原煤种类煤矸石掺烧比例下的CFB脱硫效率从表7中可以看出掺烧小汗煤矸石的工况

9、3工况5工况6下的烟气中SO2浓度都达到2000mg/m3以上,脱硫率均较低,最低为37.8%,最高为54.6%,平均脱硫率也只用48.2%,还可以看出混矸煤中,小汗煤矸石掺烧量越少,脱硫率越低在掺烧青沟煤矸石的工况7中,脱硫率达到85%,SO2浓度依然较高达到861mg/m,在投入石灰石系统后,SO2排放浓度依然达到263.7mg/m,这是由于一方面混矸煤中含硫量较高生成的SO2量较多,SO2转化后浓度为6039.8mg/m,另一方面青沟煤矸石的掺烧量较少,高钙煤矸石的作用不甚明显3、结论以200MWCFB锅炉为实验对象,进行了不同配比高钙混矸煤种自脱硫性能试验研究,试验结果得出:(1)不同煤种不同掺烧比例情况下理论计算的炉内脱硫效率在37.8%96.5%之间,自脱硫效率变化较大,反映了CFB锅炉炉内自脱硫效果受不同煤种的煤质特性(热值含硫量钙基含量等)和掺烧方式影响较大其中,掺烧高钙煤矸石的混矸煤种的平均自脱硫效率可达到87.3%,相比于普通混矸煤种的48.2%高出39.1%;(2)投入石灰石系统后,脱硫率都达到95%以上,都达到环保要求,脱硫效果显著;(3)CFB锅炉采用以掺配高钙煤矸石为主炉内喷石粉调节为辅的脱硫运行方式可以使石粉单耗下降,节约脱硫材料费用具有在全国同类型机组推广应用价值,示范意义重大,更具有重要的经济效益和社会效益7