循环流化床锅炉多粒度多流态炉内喷钙脱硫技术

循环流化床锅炉多粒度多流态炉内喷钙脱硫技术炉内喷钙脱硫技术杨海瑞杨海瑞1.清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室，北京2.神华宁夏国华宁东发电有限公司，宁夏银川北京2015/4/10目录目录背景…………………………………………....2多粒度多流态炉内脱硫技术简介………….....5工程实践……………………………………….8总结……………………………………………13·1·背景影响炉内脱硫效率的因素：背景床温床温Ca/SCa/S石灰石石灰石品质品质石灰石石灰石喷入位置喷入位置（更多信息可以在文献中查阅） 1000800oC900oCCSCaSO4有效反应区域内的停留时间，亦即有100CaSSO2(ppmv)效停留时间.1010010001000010CaOCO(ppmv)在石灰石品质较高的前提下，增加脱硫剂的有效停留时间可以显著提升炉内脱硫效率·3·CO(ppv)内脱硫效率.不同温度和气氛下CaS,CaSO4和CaO相图[H.Y.Fan,2004]CFB锅炉SO2排放控制关键因素CFB锅炉SO2排放控制关键因素合理的温度范围-既要提高反应速率，又要避免高温合理的温度范围既要提高反应速率，又要避免高温CaO表面烧结及SO2二次析出石灰石的反应活性及粒度-粒度影响停留时间考虑石灰石的反应活性及粒度-粒度影响停留时间，考虑石灰石的爆裂磨耗对粒度影响可靠的石灰石输送系统稳定可靠输送是炉内脱硫的可靠的石灰石输送系统-稳定可靠输送是炉内脱硫的前提的喷置免进原提前和氧气接触优化的喷口位置-避免进入还原区，提前和氧气接触CFB锅炉SO2排放控制关键因素CFB锅炉SO2排放控制关键因素合理的温度范围合理的温度范围1006080/%4060脱硫效率/200750800850900950温度/oCCFB锅炉SO2排放控制关键因素CFB锅炉SO2排放控制关键因素优化的喷口位置-避免还原气氛，尽快与氧接触优化的喷位置避免还原气氛，尽快与氧接触800oC900oCCaSO41000CaSpmv)4100COSO2(pp返料点1010010001000010CaO给煤点返料点贫氧区10100100010000CO(ppmv)给煤点石灰石喷入点要避开贫氧区石灰石喷入点要避开贫氧区石灰石注入位置的选取石灰石注入位置的选取现有石灰石注入点一般有：1.给煤管中给入-效果差2.独立开口-混合扩散差+位置过低+离给煤口近3.回料阀给入-效果较好建议给入位置建议给位置1.前墙给煤：后墙+位置上移+上二次风口(内）下开口2后墙给煤：前墙+位置上移+上二次风口（内）下开口2.后墙给煤：前墙+位置上移+上二次风口（内）下开口关键在于提高上二次风的动量和穿透能力利用二次的卷吸左关键在于提高上二次风的动量和穿透能力，利用二次的卷吸左右，强化石灰石和SO2，O2混合接触石灰石气力输送管路布置的优化石灰石气力输送管路布置的优化8CFB锅炉SO2排放控制关键因素-粒度CFB锅炉SO2排放控制关键因素粒度石灰石的反应活性及粒度控制-必须考虑爆裂过程中粒石灰石的反应活性及粒度控制必须考虑爆裂过程中粒度变化的影响d50=120～150μm神东电力石灰石活性石灰石不同气氛下爆裂特性石灰石磨耗特性粒度影响脱硫剂粒度是影响脱硫效率的关键因素之一粒度影响细石灰石颗粒新鲜石灰石表面CO2孔隙被CaSO4阻塞未反应表面细石灰石颗粒——煅烧后具有更发达的孔隙与反应活性CO2SO2已反应表面无论是细石灰石粉，还是较粗的石灰石颗粒，均有所应用，但对其粒径的选取较为随意炉内脱硫过程示意图本文通过总结现有的CFB锅炉气固流态研究成果提出了一种基于炉内流态的多粒度炉内喷钙本文通过总结现有的CFB锅炉气固流态研究成果，提出了种基于炉内流态的多粒度炉内喷钙技术，对脱硫石灰石粒径进行优化选取，充分发挥粗细石灰石颗粒各自的优势，从而显著提高了CFB炉内脱硫效率，降低了脱硫成本.·4·多粒度多流态炉内脱硫技术根据流态化理论，炉膛内流态可视为不同粒度颗粒流态的叠加，由无法参与循环的粗大颗粒在炉膛底部形成的鼓泡床流动以及参与外循环的细颗粒构成的快速床流动组成多粒度多流态炉内脱硫技术炉膛底部形成的鼓泡床流动、以及参与外循环的细颗粒构成的快速床流动组成.30401020炉膛高度m=Pr+0100100200300总悬浮浓度kg/m3二次风0100200300粗颗粒浓度kg/m3050100细颗粒浓度kg/m3床料颗粒在循环回路中的停留时间与其粒径分布相关。只有粒度适中的颗粒粒径与停留时间的典型相关曲线[杨海瑞,2003]CFB锅炉炉膛内的符合流态[苏建民，2011]颗粒可以在循环回路中获得较长的停留时间，形成所谓“循环灰”。越接近于其尖峰粒度的颗粒，就有越大的几率长时间留存在循环回路中.·5·多粒度多流态炉内脱硫技术所谓多粒度多流态炉内喷钙脱硫技术，即首先通过气力输送，向炉内喷入细石灰石粉，并通过给煤中掺混较大粒径的石灰石颗粒实现多粒度石灰石的共同给入这两种脱硫剂均具有较长多粒度多流态炉内脱硫技术给煤中掺混较大粒径的石灰石颗粒，实现多粒度石灰石的共同给入。这两种脱硫剂均具有较长的停留时间。石灰石类型喷入方法颗粒粒径（一般）流态石灰石类型喷入方法颗粒粒径（一般）流态石灰石粉气力输送200~500μm快速流态石灰石粉的峰值粒度应与循环灰峰值粒度重合或接近石灰石粉的峰值粒度应与循环灰峰值粒度重合或接近粗石灰石颗粒混入给煤1~2mm湍动流态粗石灰石颗粒煅烧后的脱硫剂应处于湍动流态，以延长其在密相区粗石灰石颗粒煅烧后的脱硫剂应处于湍动流态，以延长其在密相区上部的停留时间在此过程中需考虑石灰石的爆裂特性以保证煅烧后的石灰石不致偏离该粒径范围当在此过程中，需考虑石灰石的爆裂特性，以保证煅烧后的石灰石不致偏离该粒径范围.当然，随着时间推移，石灰石颗粒由于磨耗导致粒径减小，过细的颗粒因逃逸而结束脱硫历程.·6·多粒度多流态炉内脱硫技术密相区产生的SO2首先被长期处于湍动状态的脱多粒度多流态炉内脱硫技术密相区产生的SO2首先被长期处于湍动状态的脱硫剂颗粒“过滤”，加之二次风的补入，改善了脱硫反应条件，因此在该区域完成初步脱硫.残余的SO再与炉膛中上部较高反应活性的细脱可构成循环的残余的SO2再与炉膛中上部较高反应活性的细脱硫剂粉接触反应，实现深度脱除.至于细石灰石粉与石灰石颗粒的比例，需针对不同锅炉进行调整以实现优化配置可构成循环的细脱硫剂湍动状态的 同锅炉进行调整，以实现优化配置.——多粒度多流态炉内脱硫技术优势——处于湍动状态的粗脱硫剂  充足的停留时间粗石灰石颗粒由于湍动作用而更均匀分布氧化性气氛优良粗、细脱硫剂在炉膛内的分布示意图·7·工程实践国华宁东330MWeCFB机组工程实践·8·工程实践国华宁东330MWeCFB机组工程实践wt,%CarHarOarNarSarAarMarVarFCarQar,net,p,kJ/kg国华宁东330MWeCFB锅炉燃用煤种工业和元素分析元素质量分数%元素质量分数%样品48.514.309.910.721.9019.4715.1925.7539.5916242国华宁东330MWeCFB锅炉脱硫石灰石XRF分析元素质量分数,%元素质量分数,%O43.435Fe0.265Ca38.863K0.155C14.069Sr0.034Mg2.058Cr0.029Si0.680S0.021Al0.373Mn0.017该机组入炉煤的含硫量在1.9%左右，SO2原始排放约1300ppm（约合3800mg/Nm3）.改造前采用气力输送石灰石粉从前墙下二次风给入，然而即使钙硫比在2.5以上，脱硫效率仅有70%左右·9·仅有70%左右.工程实践 10样品1工程实践668份额(%)样品2样品3平均分布46份额(%)煅烧前煅烧后24体积份2体积份宁东CFB机组循环灰粒度宁东CFB机组石灰石爆裂忒性(850oC马弗炉烧灼30min)11010010000粒度(m)11010010000粒度(m)(马弗炉灼)利用多粒度炉内脱硫技术，改造后在给煤中掺入1~2mm粒度的石灰石颗粒，同时维持部分石灰石粉经气力输送进入下二次风，严格控制细石灰石粉粒度在300~500μm石灰石粉经气力输送进入下二次风，严格控制细石灰石粉粒度在300500μm.在流化状态下爆裂性能会进一步加强[王进伟,2006].，该粒度细石灰石粉经煅烧爆裂后，其粒度会处于循环灰的峰值粒度附近，从而有效增加其停留时间.·10·工程实践国华宁东330MWeCFB锅炉脱硫测试工况中部分锅炉参数工程实践参数负荷,MWe投煤量,t/h平均床温,oC一次风流量,kNm3二次风流量,kNm3平均床压,kPa原始SO2排放,ppm数值3251818963455307.21300 30石灰石粉100在满负荷条件下，单纯加入石灰石颗粒15t/h（钙硫比约1.2）就可以达到75%以上的脱硫效率.同时再通过气力输送加入细颗粒14t/h（钙硫比约152025石灰石颗粒脱硫效率入量(t/h)8090率(%)同时再通过气力输送加入细颗粒14t/h（钙硫比约2.3），脱硫效率大幅度提高，最高可以达到95%以上，此时排放可以控制在45~60ppm，脱硫效果优异.510石灰石投入7080脱硫效率优异123456780测试数据编号60国华宁东锅炉脱硫测试效果·11·国华宁东330MWeCFB锅炉脱硫测试效果总结通过分析石灰石粒度对脱硫效率的影响提出了种基于炉内气固流态的多粒度喷钙脱硫技术通过分析石灰石粒度对脱硫效率的影响，提出了一种基于炉内气固流态的多粒度喷钙脱硫技术.在保证床温、石灰石品质的前提下，使用气力输送向炉膛内喷入石灰石粉，使其煅烧爆裂后的粒度接近循环灰峰值粒度，以增加其在炉内的循环次数；同时，在给煤中掺混一定粒度的石灰使流态停间流态度灰给石颗粒，使其处于湍动流化状态以延长停留时间。依托炉内流态，多粒度石灰石的配置给入，避免了单纯石灰石粉在空间分布不均导致效率不足，充分发挥了各自优势，以实现CFB锅炉的深度脱硫.该技术通过在国华宁东330MWeCFB机组测试检验，证明脱硫效果优异.·13·