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作者：孔凡新 宋凤霞 高延存 李平方 肖翠香
摘要:循环流化床锅炉对煤种的适应范围广,可以燃用各种烟煤、无烟煤及低热值燃料。当用高硫燃料时,通过向炉内填加石灰石,能显著降低SO2和NOx排放量,添加石灰石脱硫剂对锅炉的效率有影响,本文指出了影响因素,并根据实际分析了各种影响因素的影响程度。
关键词:循环流化床锅炉;石灰石脱硫;锅炉效率;影响因素
1、前言
华聚能源济东新村电厂使用的35t/h循环流化床锅炉,是济南锅炉厂和中国科学院工程热物理所,联合开发的一种高效,低污染的新型锅炉。当燃用高硫燃料时,通过向炉内填加石灰石,能显著降低SO2和NOx排放量。
目前,对循环流化床锅炉环保问题的研究已进行得非常深入,不仅对低NOX排放、炉内石灰石脱硫等重大问题有了深入的了解,而且对N2O、CO、CXHY等原来不太被人们重视的问题也给予了充分关注,但是,添加石灰石脱硫对循环流化床锅炉效率的影响目前仅有一些定性的认识,尚未进行过定量分析。本文着重通过实例分析向炉内加石灰石脱硫剂对锅炉效率的影响。
2、添加石灰石脱硫的石灰石投入量计算
石灰石脱硫的化学反应方程式为:
S+O2——→SO2
CaCO3——→CaO+CO2
CaO+SO2——→CaSO3
CaSO3+1/2O2——→CaSO4
CaSO4+CO——→CaO+O2+CO2
由上述反应式中可以看出,一摩尔的硫(32kg)需要一摩尔的碳酸钙(100kg)进行反应,燃烧时,煤中的硫大约有28.5%的硫分残留于灰渣中,71.5%则以气体形势排放出来。根据工业循环流化床锅炉的运行数据表明,随着Ca/S比的增加,脱硫效率在Ca/S比低于2.5时,增加很快,而当继续增加Ca/S比时,脱硫效率增加的很少,正常设计的Ca/S比为2～2.5。脱硫反应在不同的气氛中反应方向不同。在氧化性气氛中,CaO和SO2结合占主导地位,而在还原性气氛中CaSO4的分解占主导地位。济东新村电厂锅炉设计耗煤量为8726.4kg/h,燃煤含硫量平均为0.5%,取Ca/S比为2.5,计算得出每小时需要加入的石灰石量为366.5kg。 3、添加石灰石脱硫对入炉热量的影响
添加石灰石脱硫的热化学反应包括CaCO3煅烧的吸热反应和硫酸盐化反应的放热反应两部分,其热化学反应方程式如下:
CaCO3——→CaO+CO2-1830KJ/kgCaCO3
CaO+SO2+1/2O2——→CaSO4+15141 KJ/kgS
一开始石灰石从给煤机绞龙添加进入炉膛后,床温均明显降低,这是因为石灰石进入炉膛后在高温下首先发生煅烧分解反应,这个反应是吸热过程,同时由于石灰石与燃煤混合后进入炉膛,在螺旋给煤机转速不变时,加石灰石后入炉煤量肯定减少了,放热量也减少,这两方面因素必然导致床温降低,而且加入的石灰石越多,即Ca/S越高,床温下降越大也越快,当Ca/S:2.5时,10分钟内床温由1000℃下降到980℃,降幅达20℃。然后温度回升至990℃,由于石灰石分解成氧化钙后与二氧化硫进行的硫酸盐化反应是放热过程,加上一部分氧化钙粒子经旋风分离器分离下来重新回到炉床上继续硫酸盐化的放热反应,使床温升高。每小时加入的石灰石量变成CaO需要吸收的热量为670695kj,按照脱硫效率为80%进行计算硫酸盐化反应的放热量为528505kj,损失热量为142190kj。
4、对灰渣物理热损失的影响
向炉内加入的石灰石主要成分是CaCO3(100g/mol),经分解反应和硫酸盐化反应后主要成分变为CaO(56g/mol)和CaSO4(136g/mol),随渣和飞灰排出锅炉。根据实际测量,灰渣中未完全利用的CaO含量达到12.3%,另外,石灰石中CaCO3以外的物质在炉内也可能存在复杂的化学反应过程,但因各种成分反应后重量有增有减,总体变化不大,含量又相对很少,所以在重量计算中可以认为它们是不变的。灰渣经过冷却将部分热量吸收后以150℃的温度排出。366.5kg石灰石经过反应后的重量为未完全反应CaO为25.3kg,CaSO4重量为437kg。炉渣的比热为0.96kj/kg,损失热量为66571.2kj。
5、对排烟热损失的影响
由脱硫公式可以看出,CaCO3反应后产生的CO2为82m3,SO2[1] [2] 下一页 |
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