張 峰

(大連市節(jié)能技術(shù)服務(wù)中心，遼寧 大連 116021)

石灰石法爐內(nèi)脫硫?qū)﹀仩t熱效率影響分析

張 峰

(大連市節(jié)能技術(shù)服務(wù)中心，遼寧 大連 116021)

通過(guò)石灰石脫硫改造實(shí)例對(duì)石灰石脫硫?qū)﹀仩t的影響進(jìn)行分析計(jì)算，得到各部分影響所帶來(lái)的損失量所占比重，進(jìn)而分析在不同鈣硫比條件下，對(duì)鍋爐熱效率影響的變化趨勢(shì)，以及兩者之間的相互關(guān)系，為鍋爐的減排改造提供借鑒意義。

脫硫；鍋爐效率；影響

0 引 言

近年，國(guó)家頒布實(shí)施了新的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223-2011)，對(duì)主要地區(qū)的污染物排放物標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步提高，同時(shí)，國(guó)務(wù)院也頒布了《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(國(guó)發(fā)[2013]37號(hào))，對(duì)全國(guó)主要地區(qū)的污染物排放進(jìn)行了具體規(guī)劃。所有這些都要求現(xiàn)有運(yùn)行的電廠要不同程度的根據(jù)自己的情況對(duì)減排設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。

目前，不少電站鍋爐采用的脫硫技術(shù)是爐內(nèi)噴鈣干法，該技術(shù)以其裝置簡(jiǎn)單、投資小、運(yùn)行成本低的特點(diǎn)應(yīng)用較為廣泛。爐內(nèi)噴鈣是把干的吸收劑(石灰石粉、消石灰或白云石等)直接噴到鍋爐爐膛的氣流中去，爐膛內(nèi)的熱量將吸收劑煅燒成具有活性的CaO粒子，這些粒子與煙氣中的SO2反應(yīng)生成硫酸鈣(CaSO4)和亞硫酸鈣(CaSO3)，這些反應(yīng)產(chǎn)物和飛灰一起被除塵設(shè)備所捕獲。本文以某電廠采用該工藝改造項(xiàng)目為案例，計(jì)算分析該脫硫工藝對(duì)鍋爐燃燒熱效率的影響。

1 脫硫?qū)﹀仩t的影響計(jì)算

根據(jù)我市某熱電廠改造項(xiàng)目鍋爐脫硫基本參數(shù)可知：入爐平均低位發(fā)熱值為13 782 kJ/kg，平均給煤量為47 000 kg/h，鈣硫比為4∶1，石灰石純度為90%，脫硫效率為80%，煤種含硫0.5%，石灰石含碳酸鈣純度90%，碳酸鎂純度5%。

1.1 添加的石灰石投入量

先計(jì)算需要消耗的碳酸鈣的數(shù)量：

BCaCO3=(100/32)*(Ca/S)*(Sar/100)*Bj=

3.125*4*0.005*47 000=2 937.5 kg/h

根據(jù)消耗的碳酸鈣的量可計(jì)算入爐石灰石的量為：

Bs=BCaCO3/=2 937.5/0.9=3 263.88 kg/h

1.2 石灰石對(duì)入爐熱量的影響

煤炭中除主要含有碳元素外還含有硫、鹵素等元素，所以燃燒后形成的煙氣中除CO2外還有SO2、SO3、HCl等，但煤炭中硫的含量要遠(yuǎn)大于鹵素元素，硫在燃燒過(guò)程中形成的主要是SO2，SO3的比重很少，通常只有SO2的0.5%～2.0%[1]，所以這里只考慮SO2的反應(yīng)。石灰石進(jìn)入爐內(nèi)所產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)主要為兩個(gè)，一個(gè)為放熱過(guò)稱、一個(gè)味吸熱過(guò)程，這兩個(gè)過(guò)程可對(duì)鍋爐的熱效率產(chǎn)生一定影響。

根據(jù)上述反應(yīng)方程式可得：

a) 吸熱過(guò)程

2 937.5*1 830/(47 000*13 782)=0.83%

b) 放熱過(guò)程

-0.5/100*80%*15 141/13 782=-0.44%

c) 此外，石灰石中還還有5%的MgCO3，其煅燒過(guò)程為吸熱反應(yīng)，則：

2 937.5/90*5*1 180/(47 000*13 782)=

0.03%

則綜上所述，石灰石入爐對(duì)鍋爐效率影響為：

(0.83-0.44+0.03)%=0.42%。

1.3 灰渣帶走物理熱損失

先計(jì)算入爐反應(yīng)后石灰石的重量B’s為：

B’s=(1-ηCaCO3)Bs+ηCaCO3Bs{(56/100)[(Ca/S)-ηm]+(136/100)ηm}/(Ca/S)=(1-0.9)*3 263.88+0.9*3 263.88*{(56/100)*[4-0.8]+(136/100)*0.8}/4=2 441.38 kg/h

加入石灰石后灰渣物理熱損失，包括飛灰和爐渣，已知排煙溫度900℃飛灰焓值和爐渣焓值分別為170kJ/kg和874kJ/kg，則可得：

q’6=100*[as(ct)1+(1-as)(ct)2]B’s/BjQar=100*[0.05*170+0.95*874]*2 441.38/(47 000*13 782)=0.32%

1.4 煙氣量增加造成的損失

石灰石煅燒過(guò)程中釋放出CO2氣體，使煙氣量增加，同時(shí)CaO吸收SO2使煙氣量減少。

石灰石煅燒放出的氣體量：

0.891*4*0.5*25.2/(0.95*74.8)=

0.631 95(m3/kg煤)

原煙氣中被吸收掉的SO2氣體量為：

0.002 8(m3/kg煤)

q’2={0.891*(Ca/S)*Sar*n1*(Cθ)CO2/(nCaO(100-n1)-7*10-5ηm*Sar*(Cθ)SO2}*100/Qar=0.01%

2 對(duì)鍋爐效率影響結(jié)果

通過(guò)上述計(jì)算可知添加石灰石進(jìn)行爐內(nèi)脫硫?qū)?duì)鍋爐產(chǎn)生如下影響：

(a)化學(xué)反應(yīng)吸熱造成0.42%的影響；

(b)灰渣和飛灰?guī)ё呶锢頍嵩斐?.32%的影響；

(c)煙氣量增量帶走熱造成0.01%的影響。

綜合上述計(jì)算結(jié)果，合計(jì)造成鍋爐效率影響為0.75%。

但從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上講，煙氣帶走部分的熱量可以在尾部的余熱回收裝置進(jìn)行熱量回收，可以基本抵消此部分損失，因此，此部分構(gòu)成損失的主要因素是其化學(xué)反應(yīng)熱損失及其產(chǎn)生的灰渣帶走熱。

3 測(cè)算結(jié)果分析

按照文獻(xiàn)[2]中的爐內(nèi)脫硫試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別計(jì)算了各個(gè)參數(shù)的變化趨勢(shì)圖。

(1) 煤含硫量增大，對(duì)鍋爐熱效率影響成正比提高，兩者變化趨勢(shì)幾乎同步，說(shuō)明含硫量對(duì)鍋爐熱效率影響較為主要。

(2) 按照不同的鈣硫比分別計(jì)算，隨著鈣硫比增大，爐膛內(nèi)煙氣中的脫硫劑顆粒濃度增加，脫硫反應(yīng)表面積成比例增大，脫硫相率隨之增高[3]， 但可以看到本案例中脫硫效率在鈣硫比為3之后增加變得緩慢，而影響鍋爐的熱效率值是持續(xù)增大，說(shuō)明適當(dāng)?shù)拟}硫比是平衡脫硫效果和鍋爐熱效率影響的關(guān)鍵點(diǎn)。

圖1

圖2

[1] 林宗虎.實(shí)用鍋爐手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

[2] 楊玉環(huán).鈣硫比對(duì)CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫效率的影響研究[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2013(6)，28-32.

[3]MARKRSTOUFFER.Aninvestigationofthemechanismoffluegasdesulfurizationbyin-ductdrysorbentinjection[J].IndEngChemRes,1989,28(1):20-27.

Analysis of the Thermal Efficiency of the Boiler Furnace Desulfurization Limestone Method Effect

ZHANG Feng

(Dalian City Energy Saving Technology Service Center, Dalian 116021, Liaoning Province, China)

Through analyzing the influence of boiler limestone desulfurization of limestone desulfurization transformation example analysis and calculation, obtains the loss quantity of each part of the influence of proportion, then the analysis in different calcium sulfur ratio condition, the change trends of the boiler thermal efficiency effects, and their mutual relations, provides the reference for emission reduction transformation of the boiler.

Desulfurization; The efficiency of the boiler; Influence

2014-11-28

2015-01-10

張 峰，男，大連市節(jié)能技術(shù)服務(wù)中心，主要從事節(jié)能技術(shù)與管理工作。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.02.008

TK229.5

B

1009-3230(2015)02-0027-03