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循環(huán)流化床鍋爐添加石灰石脫硫劑對鍋爐效率的影響
（作者未知） 2010/8/14
摘要:循環(huán)流化床鍋爐對煤種的適應(yīng)范圍廣,可以燃用各種煙煤、無煙煤及低熱值燃料。當(dāng)用高硫燃料時(shí),通過向爐內(nèi)填加石灰石,能顯著降低SO2和NOx排放量,添加石灰石脫硫劑對鍋爐的效率有影響,本文指出了影響因素,并根據(jù)實(shí)際分析了各種影響因素的影響程度。
關(guān)鍵詞:循環(huán)流化床鍋爐;石灰石脫硫;鍋爐效率;影響因素
1、前言
華聚能源濟(jì)東新村電廠使用的35t/h循環(huán)流化床鍋爐,是濟(jì)南鍋爐廠和中國科學(xué)院工程熱物理所,聯(lián)合開發(fā)的一種高效,低污染的新型鍋爐。當(dāng)燃用高硫燃料時(shí),通過向爐內(nèi)填加石灰石,能顯著降低SO2和NOx排放量。
目前,對循環(huán)流化床鍋爐環(huán)保問題的研究已進(jìn)行得非常深入,不僅對低NOX排放、爐內(nèi)石灰石脫硫等重大問題有了深入的了解,而且對N2O、CO、CXHY等原來不太被人們重視的問題也給予了充分關(guān)注,但是,添加石灰石脫硫?qū)ρh(huán)流化床鍋爐效率的影響目前僅有一些定性的認(rèn)識,尚未進(jìn)行過定量分析。本文著重通過實(shí)例分析向爐內(nèi)加石灰石脫硫劑對鍋爐效率的影響。
2、添加石灰石脫硫的石灰石投入量計(jì)算
石灰石脫硫的化學(xué)反應(yīng)方程式為:
S+O2——→SO2
CaCO3——→CaO+CO2
CaO+SO2——→CaSO3
CaSO3+1/2O2——→CaSO4
CaSO4+CO——→CaO+O2+CO2
由上述反應(yīng)式中可以看出,一摩爾的硫(32kg)需要一摩爾的碳酸鈣(100kg)進(jìn)行反應(yīng),燃燒時(shí),煤中的硫大約有28.5%的硫分殘留于灰渣中,71.5%則以氣體形勢排放出來。根據(jù)工業(yè)循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行數(shù)據(jù)表明,隨著Ca/S比的增加,脫硫效率在Ca/S比低于2.5時(shí),增加很快,而當(dāng)繼續(xù)增加Ca/S比時(shí),脫硫效率增加的很少,正常設(shè)計(jì)的Ca/S比為2～2.5。脫硫反應(yīng)在不同的氣氛中反應(yīng)方向不同。在氧化性氣氛中,CaO和SO2結(jié)合占主導(dǎo)地位,而在還原性氣氛中CaSO4的分解占主導(dǎo)地位。濟(jì)東新村電廠鍋爐設(shè)計(jì)耗煤量為8726.4kg/h,燃煤含硫量平均為0.5%,取Ca/S比為2.5,計(jì)算得出每小時(shí)需要加入的石灰石量為366.5kg。
3、添加石灰石脫硫?qū)θ霠t熱量的影響
添加石灰石脫硫的熱化學(xué)反應(yīng)包括CaCO3煅燒的吸熱反應(yīng)和硫酸鹽化反應(yīng)的放熱反應(yīng)兩部分,其熱化學(xué)反應(yīng)方程式如下:
CaCO3——→CaO+CO2-1830KJ/kgCaCO3
CaO+SO2+1/2O2——→CaSO4+15141 KJ/kgS
一開始石灰石從給煤機(jī)絞龍?zhí)砑舆M(jìn)入爐膛后,床溫均明顯降低,這是因?yàn)槭沂M(jìn)入爐膛后在高溫下首先發(fā)生煅燒分解反應(yīng),這個(gè)反應(yīng)是吸熱過程,同時(shí)由于石灰石與燃煤混合后進(jìn)入爐膛,在螺旋給煤機(jī)轉(zhuǎn)速不變時(shí),加石灰石后入爐煤量肯定減少了,放熱量也減少,這兩方面因素必然導(dǎo)致床溫降低,而且加入的石灰石越多,即Ca/S越高,床溫下降越大也越快,當(dāng)Ca/S:2.5時(shí),10分鐘內(nèi)床溫由1000℃下降到980℃,降幅達(dá)20℃。然后溫度回升至990℃,由于石灰石分解成氧化鈣后與二氧化硫進(jìn)行的硫酸鹽化反應(yīng)是放熱過程,加上一部分氧化鈣粒子經(jīng)旋風(fēng)分離器分離下來重新回到爐床上繼續(xù)硫酸鹽化的放熱反應(yīng),使床溫升高。每小時(shí)加入的石灰石量變成CaO需要吸收的熱量為670695kj,按照脫硫效率為80%進(jìn)行計(jì)算硫酸鹽化反應(yīng)的放熱量為528505kj,損失熱量為142190kj。
4、對灰渣物理熱損失的影響
向爐內(nèi)加入的石灰石主要成分是CaCO3(100g/mol),經(jīng)分解反應(yīng)和硫酸鹽化反應(yīng)后主要成分變?yōu)镃aO(56g/mol)和CaSO4(136g/mol),隨渣和飛灰排出鍋爐。根據(jù)實(shí)際測量,灰渣中未完全利用的CaO含量達(dá)到12.3%,另外,石灰石中CaCO3以外的物質(zhì)在爐內(nèi)也可能存在復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程,但因各種成分反應(yīng)后重量有增有減,總體變化不大,含量又相對很少,所以在重量計(jì)算中可以認(rèn)為它們是不變的�；以�(jīng)過冷卻將部分熱量吸收后以150℃的溫度排出。366.5kg石灰石經(jīng)過反應(yīng)后的重量為未完全反應(yīng)CaO為25.3kg,CaSO4重量為437kg。爐渣的比熱為0.96kj/kg,損失熱量為66571.2kj。
5、對排煙熱損失的影響
由脫硫公式可以看出,CaCO3反應(yīng)后產(chǎn)生的CO2為82m3,SO2在與CaO反應(yīng)的過程當(dāng)中,多消耗的氧量為15.26m3,需要增加的空氣量為73m3,整體增加的煙氣量為140m3,造成排煙熱損失增加量為30458kj。煙氣密度ρg=1.295 kg/Nm3,煙氣比熱Cpg=1.12 kJ/(（未完，下一頁）
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