以煤矸石为主要燃料的循环流化床(CirculatingFluidizedBed,CFB)锅炉发电技术已日渐成熟,燃用煤矸石等劣质煤时可达到很高的燃烧效率,同时采用炉内喷钙脱硫工艺达可到90%以上的脱硫效率｡然而随着国民对环保要求日益提高,燃煤电厂SO2的防治与控制已成为当前迫切需要解决的问题｡CFB锅炉过分依赖炉内脱硫工艺不仅会增大脱硫成本,影响锅炉效率,增大灰渣排量,还不利于粉煤灰的综合利用｡本文在1台以混矸煤(洗中煤60%,煤矸石40%)为燃料的300MW循环流化床锅炉上,进行了工业热态脱硫试验,研究其在炉内喷钙脱硫的基础上,增加尾部煤灰增湿活化二级脱硫工艺的效果及其影响因素,以及该工艺对煤灰综合利用的影响｡
1 煤灰增湿活化脱硫的机理及其影响因素
传统的炉内喷钙脱硫工艺中,CaO的利用率较低｡煅烧后多孔的CaO与SO2发生反应,其固硫产物CaSO4的摩尔体积增大而使空隙堵塞,导致一半以上的CaO无法参与脱硫反应｡炉内喷钙加尾部增湿活化烟气脱硫工艺早有应用,其尾部增湿环节的理论依据为:
(1)飞灰中未反应的CaO外面往往包裹着一层硫酸盐化的外壳,水能渗透这层外壳并与内部的氧化钙反应生成氢氧化钙｡由于氢氧化钙的摩尔容积
(33.1cm3/mol)比氧化钙的摩尔容积(16.9cm3/mol)大,它发生膨胀使部分硫酸盐化外壳破裂,从而能与烟气中的SO2接触发生进一步反应;
(2)水在Ca(OH)2颗粒表面形成一层液膜,使脱硫反应从气固反应转变为液膜中的离子反应,在低温条件下,大大加快了反应的进行｡
宋玉宝等人运用热天平研究了高钙煤灰增湿脱硫的特性,自由水分的存在是高钙煤灰进行低温固硫反应的首要条件｡IRIBARNEJ等人认为脱硫灰的低温增湿脱硫能力与水活化过程产生的
Ca(OH)2质量分数成正比关系,而水合过程受活化
温度､活化水量､CaO质量分数以及灰分的影响｡
由煤灰增湿活化脱硫工艺的原理可知,其反应过程中的宏观因素主要受增湿Ca/S摩尔比､活化水量､出口温度与热饱和温度的差值､液滴的蒸发停留时间等因素的影响｡本文在把液滴的蒸发停留时间控制在一定范围内的基础上,主要研究增湿Ca/S摩尔比､活化水量､出口温距对煤灰增湿活化脱硫工艺的影响规律,及该工艺对煤灰综合利用的影响｡
2 试验系统､方法设计及数据分析
2.1 试验系统介绍
尾部煤灰增湿活化脱硫装置的系统流程如图1所示｡图1中,左边为喷水系统,电动往复泵保证系统压力为2.5MPa,单流体压力式自动喷枪插入点位于空预器出口处水平烟道上表面,并排均匀布置32个,喷射方向与烟气方向一致,并与烟道上壁成60°角,雾化液滴粒径控制在200μm以下｡通过水箱液位计量试验喷水量｡喷入点处均匀布置5个温度传感器,实时监测系统工作温度,当温度小于设定的酸露点温度时,系统自动停止,以保证生产锅炉的安全运行｡此处烟道截面积为3240×13050mm2,从空预器出口到布袋除尘器入口烟道有近30m长｡按表1试验煤种额定工况(煤耗量220t/h)的烟气量90.86×104m3/h(过量空气系数α=1.2)计算,增湿烟气在这段烟道中的停留时间为6s｡
2.2 试验方法设计
为保证烟道温度不低于酸露点温度,喷水量是一个重要的参数｡不考虑散热和反应热,按式(1)计算最大喷水量:
试验煤种通过式(2)估算出的烟气酸露点为102.28℃,但因为喷水后烟气中水蒸汽分压增大,其酸露点相应升高,所以我们按喷水后烟气温度降到120℃计算,并假设喷入的水在6s内能完全汽化,由式(1)算出每燃烧1kg燃料,烟道增湿活化脱硫装置喷入0.054kg的水时,喷水后烟气温度降120℃,即240~300MW负荷范围(煤耗180~220t/h)内的系统最大允许喷水量为:9.65~11.80t/h｡
本试验采用单一变量法,研究Ca/S摩尔比､水钙摩尔比､饱和温距对煤灰增湿活化脱硫效果的影响,及该工艺与钙利用率的关系｡试验共分为I､Ⅱ､Ⅲ､Ⅳ､Ⅴ､Ⅵ组,其中I和Ⅱ组共取用1个煤样,表1为每组试验燃煤采样的的工业分析及脱硫剂石灰石纯度的化验结果｡每组试验过程中,维持投入锅炉的物料及运行参数基本不变,记录喷水前后SO2排放浓度的数据,每5min1组｡在烟囱进口烟道上开设小孔进行温度测量及烟气负压取样,测量SO2浓度的仪器为日本HORIBA公司生产的型号为ENDA-600ZG分析仪(试验前用标气校准,误差≤1%),煤硫分分析仪选用长沙瑞祥科技有限公司生产的型号为WS-S200的WS自动测硫仪,测硫分辨率为0.001%｡
