探讨如何提高循环流化床锅炉炉内脱硫效率的技术

杨坚

摘要：提高循环流化床锅炉炉内脱硫效率的技术一直是煤燃烧领域的重要课题，煤燃烧过程中产生的二氧化硫（SO2）排放对环境和人类健康造成了严重的威胁，循环流化床锅炉作为一种高效、灵活的燃烧设备，被广泛应用于电力、化工、钢铁等行业，目前循环流化床锅炉炉内脱硫效率普遍较低，存在着SO2排放超标的问题。因此，研究如何提高循环流化床锅炉炉内脱硫效率的技术具有重要的理论和实际意义，本文将探讨一些新的技术和方法，以期能够有效地解决这一问题。

关键词：循环流化床锅炉；脱硫效率；粒径

随着环境保护意识的增强，减少燃煤锅炉排放的二氧化硫成为当务之急，循环流化床锅炉作为一种高效、低污染的燃煤锅炉技术，其炉内脱硫效率的提升对于减少二氧化硫排放具有重要意义，本文旨在通过分析和研究不同的技术手段，探讨如何有效提高循环流化床锅炉炉内脱硫效率，为环境保护和可持续发展作出贡献。

一、循环流化床锅炉炉内脱硫技术概述

循环流化床锅炉炉内脱硫技术是一种广泛应用于减少燃烧过程中产生的二氧化硫排放的技术。这种脱硫方法主要基于石灰石干法脱硫原理，具体来说，是将炉膛内的CaCO3分解煅烧成CaO，并与烟气中的SO2发生反应生成CaSO4，随后随炉渣排出，从而达到脱硫的目的。这个过程可以进一步细分为以下几个步骤：首先，在常压流化床锅炉中，石灰石中的CaCO3遇热会煅烧分解为CaO和CO2。煅烧过程中，CO2的生成会扩大CaO中的孔隙并增加其表面积，为下一步的固硫反应做好准备。其次，煤中的硫主要以黄铁矿、有机盐和硫酸盐三种形式存在。研究表明，煤在加热并燃烧时，SO2的析出呈现明显的阶段性，例如，黄铁矿燃烧氧化后会生成SO2。最后，CaO与析出的SO2反应生成硫酸盐[1]，值得注意的是，循环流化床锅炉炉内脱硫的效率受到多种因素的影响，如煤种的含硫量、运行床温、Ca/S摩尔比和石灰石粒度等。对于不同含硫量的煤种，只要能达到国家排放标准要求，脱硫效率在70-90%都是合理的，但对于燃用高硫煤的情况，如果不能通过调整上述参数达到90%的脱硫效率，那么还需要进行尾部烟气脱硫。

二、存在的问题与挑战

（一）煤种的多样性

不同地区和国家的煤种含硫量差异较大，有些煤种的含硫量较高，对脱硫效率提出了更高的要求，需要针对不同煤种进行优化调整，以提高脱硫效率。

（二）运行参数的调整

循环流化床锅炉炉内脱硫效率受到运行床温、Ca/S摩尔比等参数的影响。合理调整这些参数可以提高脱硫效率，然而，实际操作中需要综合考虑锅炉的安全性和经济性，避免过高的床温和过低的Ca/S摩尔比导致其他问题的出现[2]。

（三）石灰石粒度的控制

石灰石粒度对脱硫效率有重要影响。过细的石灰石颗粒会导致反应表面积不足，降低脱硫效果，而过粗的石灰石颗粒则会影响床层的流动特性。

（四）设备磨损和维护

循环流化床锅炉中的石灰石煅烧和反应过程会产生大量的粉尘和颗粒物，这些物质主要包括石灰石的分解产物、未反应的石灰石颗粒以及烟气中的颗粒物。粉尘和颗粒物会对锅炉设备造成磨损，在循环流化床锅炉中，石灰石颗粒与高温烟气接触后会发生分解和反应，产生大量的固体颗粒物。这些颗粒物在炉内高速运动，与设备表面发生摩擦和碰撞，导致设备的磨损，特别是在气固分离器和除尘器等设备中，由于颗粒物的浓度较高，磨损更为严重，长期运行下去，会导致设备的使用寿命缩短，甚至出现故障。

三、提高循环流化床锅炉炉内脱硫效率的关键技术

（一）合适的炉内温度和氧浓度控制

控制炉内温度和氧浓度是提高循环流化床锅炉脱硫效率的重要手段，在炉内进行燃烧过程时，适当提高炉内温度可以增加石灰石与燃烧产生的二氧化硫(SO2)之间的反应速率，从而促进脱硫反应，高温条件下，石灰石活性组分更易与SO2发生反应，提高了脱硫效率。燃烧过程中，控制炉内的氧浓度可以促进石灰石的氧化反应，氧化反应将石灰石转化为更活性的氧化钙(CaO)形式，进一步增加了石灰石与SO2之间的反应速率，较高的氧浓度有助于使氧化反应得以充分进行，从而提高脱硫效率。需要注意的是，温度和氧浓度的调控需要综合考虑燃料特性、石灰石反应特点以及锅炉运行条件等因素，在实际应用中，可以通过调整风量、燃料供给方式、石灰石喷射位置等手段来实现温度和氧浓度的控制[3]。

（二）优化石灰石喷射位置和喷射量

石灰石喷射位置的合理选择和喷射量的优化是提高循环流化床锅炉炉内脱硫效率的关键。将石灰石喷射位置放在循环流化床锅炉炉内气固分离器下部附近是一个合理的选择，这是因为在循环流化床锅炉中，煤燃烧产生的烟气会经过气固分离器进行气固分离，而SO2主要存在于烟气中。将石灰石喷射位置放在气固分离器下部附近，可以使石灰石与烟气中的SO2充分接触，从而提高脱硫效率，这个位置也有利于石灰石颗粒在高温下迅速分解煅烧成CaO，并与烟气中的SO2发生反应生成CaSO4。根据煤燃烧产生的SO2浓度和石灰石消耗的情况，优化喷射量也是提高脱硫效率的重要手段，煤燃烧过程中产生的SO2浓度会受到多种因素的影响，如煤种的含硫量、运行床温等。因此，需要根据实际情况对喷射量进行优化调整，如果SO2浓度较高，可以适当增加石灰石的喷射量，以增加脱硫剂的供给量；反之，如果SO2浓度较低，可以减少石灰石的喷射量，以避免浪费资源。还需要根据石灰石的消耗情况进行调整，如果石灰石消耗较快，说明脱硫效果较好，可以适量增加喷射量；反之，如果石灰石消耗较慢，说明脱硫效果较差，可以适量减少喷射量。

（三）选择合适的石灰石粒径和比表面积

石灰石的粒径和比表面积会影响脱硫效率。一般来说，较小的石灰石粒径和较大的比表面积能够提高反应速率，从而提高脱硫效率，根据炉内情况选择合适的石灰石粒径和比表面积，可有效提高脱硫效率[4]。

（四）控制循环流化床锅炉炉内气体速度和固体循环率

控制循环流化床锅炉炉内气体速度和固体循环率可以提高脱硫效率。适当增加气体速度可以增强气固两相间的传质和传热，有利于脱硫反应的进行，调控固体循环率可以保证石灰石在炉内的停留时间，提高脱硫效率。

结论：

综上所述，通过综合运用以上关键技术，可以有效提高循环流化床锅炉炉内脱硫效率，提高炉内SO2的去除率，减少环境污染，这些技术的不断研究和改进将进一步推动循环流化床锅炉脱硫技术向更高效、更环保的方向发展。

参考文献：

[1]高新宇,张鑫,王刚.提高循环流化床锅炉炉内脱硫效率的技术探讨[J].电站系统工程,2023,39(04):29-30.

[2]折建刚,郭瑞,贺晓勇等.300 MW CFB锅炉炉内脱硫提效优化技术研究[J].能源科技,2021,19(06):88-92.

[3]张容.循环流化床锅炉炉内脱硫降低Ca/S技术研究[J].内蒙古科技与经济,2020(18):89-91.

[4]刘洪朋.浅谈如何提高循环流化床锅炉炉内脱硫效率[J].黑龙江科技信息,2011(33):35+7.