★★电石渣用于循环流化床锅炉脱硫工艺的探讨_陈军田

★★电石渣用于循环流化床锅炉脱硫工艺的探讨_陈军田

热电技术　　2007年第2期(总第94期)

电石渣用于循环流化床锅炉脱硫工艺的探讨

陈军田

(山东恒通化工股份有限公司热电厂,山东郯城276100)

摘　要　简要介绍了公司热电厂循环流化床锅炉运行现状,针对电石渣脱硫工艺进行了试验与分析,论证了电石渣应用于流化床锅炉脱硫的可行性。关键词　脱硫　电石渣

后炉内实现脱硫。目前锅炉采用本地烟煤和白煤沫

掺烧,含硫量较高,达到2%,如果不进行脱硫,二氧化硫排放浓度将远远高于国家排放标准,若用石灰石脱硫,根据理论计算,按每年消耗煤炭100万吨,S含量2%计,需要石灰石约15～20万吨,石灰石的采购成本很高,另外,石灰石的制粉与输送系统动力消耗及设备维护费用也较高。

1　前言

煤炭是主要矿物燃料,煤炭燃烧将带来污染物排放的问题,其中二氧化硫是主要的大气污染物。二氧化硫对大气环境危害是很严重的,在阳光的催化作用

下,二氧化硫与水蒸气进行复杂的化学反应,生成硫酸,经雨淋降至地面,形成酸雨。我国二氧化硫的排放90%以上来自于煤炭燃烧,特别是燃用高硫煤的地区,降低二氧化硫排放已成为当务之急。国家对大气排放物的排放进行了严格的控制,根据国家标准《火电厂大气污染物排放标准》GB13223-2003,火力发电燃煤锅炉第三时段二氧化硫最高允许排放浓度为400mg/m,开展二氧化硫的治理工作已成为当前火电厂的重要任务。

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3　脱硫机理及脱硫影响因素

循环流化床燃烧技术自80年代研究和开发以来,迅速发展成为新一代高效、低污染的清洁燃烧技术得以广泛应用。循环流化床锅炉独特的流体动力特性、燃烧与传热特性、结构特性、脱硫脱销特性使其具备许多独特的优点,主要有:燃料适应性广。即可以燃用优质煤,也可以燃用劣质燃料;燃烧效率高,截面热负荷高,约为3.5～4.5MW/m2,大量物料在炉内强烈返混燃烧,燃料的燃尽度高,燃烧效率可以达到97%以上,可以与煤粉炉相媲美;易于实现高效脱硫,脱硫剂中的Ca与燃料中的S摩尔比为1.5～2.5时,脱硫效率可以达到90%,循环流化床锅炉具有的气固分离设备和固体物料再循环设备使得脱硫剂在循环流化床锅炉中停留时间延长,可以达到3～4秒,另外流化床燃烧的温度850～900℃也是脱硫反映的适宜温度;氮氧化物排放低,由于使用低温燃烧和分段燃烧,氮氧化物生成量少。另外还有负荷调节范围大,灰渣可以实现综合利用等优点。

煤燃烧过程中,燃煤中的硫可以分为有机硫和黄铁矿硫两大部分,硫分在加热时析出,如果环境中的氧浓度较高,则大部分被氧化为SO2而很少部分残存于炉渣中。循环流化床锅炉的燃烧脱硫过程是将脱硫剂(石灰石或白云石或消石灰)送入炉内,脱硫剂进入炉内首先煅烧生成氧化钙,氧化钙再与燃料燃烧生成的二氧化硫气体反应。

(石灰石)CaCO3※CaO+CO2(白云石)CaCO3.MgCO3※CaO+MgO+2CO2

2　现状

山东恒通化工股份有限公司是集化肥、化工、热电联产与一体的大型化工企业集团,目前化工厂用于生产乙炔的副产品电石废渣每天达到近1000吨,电

石渣是电石(CaC2)与水反应生成乙炔气体(C2H2)后遗留下来的工业废渣,其化学反应式如下:CaC2+H2O=Ca(OH)2+C2H2←。电石渣的主要成分是Ca(OH)2,易溶于水,另外含有水分及其它杂质,水分与杂质占到30～40%的比例。电石废渣长期露天堆放会污染土壤和浅层地下水,使土壤盐渍化和盐碱化,污染了环境,另外大量电石渣的堆放还挤占宝贵的土地资源。

热电厂现有240t/h循环流化床锅炉五台,型号为YG-240/9.8-M1,并配有石灰石脱硫系统一套。石灰石经振磨机磨成粒度适当的石灰石粉,然后经刮板输送机、圆盘给料机输送到给煤皮带和燃料煤混和

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(消石灰)Ca(OH)2※CaO+H2O

CaO+SO2+1/2O2※CaSO4

影响循环流化床锅炉脱硫效率的主要影响因素:Ca/S摩尔比的影响,Ca/S摩尔比被认为是影响脱硫

效率和SO2排放的首要因素,根据试验表明,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,而继续增加Ca/S比或脱硫剂量时,脱硫效率增加的较小,不仅如此,继续增加脱硫剂的投入量会带来其它副作用,如增加物理热损失,影响燃烧工况等,因此,存在一个较为经济的Ca/S比,对于循环流化床锅炉Ca/S比一般控制在1.5～2.5之间;床温的影响,床温的影响主要在于改变了脱硫剂的反应速度、固体产物分布及孔隙堵塞特性,从而影响脱硫效率和脱硫剂的利用率,有关文献表明,床温控制在850～900℃时,能够达到较高的脱硫效率;脱硫剂粒度的影响,采用较小的脱硫剂粒径时,脱硫效果好,故一般采用0～2mm,平均100～500μm的脱硫剂粒度为宜;循环倍率的影响,循环倍率越大,飞灰的再循环延长了脱硫剂在床内的停留时间,提高了脱硫剂的利用率,脱硫效率越高。

公司热电厂经过广泛的论证,认为利用电石渣作为锅炉脱硫剂是可行的,决定对脱硫系统进行改造。改造后的脱硫系统,不再运用石灰石磨成粉末进行脱硫,而是利用化工厂生产的电石渣直接加入炉膛进行脱硫。具体方案是,新上一套电石渣输送系统,电石渣经料斗、给料机、输送带、卸料器输送到给煤皮带,和给煤一起进入炉内实现脱硫,采用变频器来控制电石渣量,另外,在输送带上部装有电子皮带秤,用来对物料进行计量。

4.1　利用电石渣脱硫的理论计算用量

按照给煤含硫量2%,Ca、S摩尔比2.5计算,电石渣中含水、杂质比例35%(其中含水30%,杂质5%),其余成分Ca(OH)2,计算电石渣量/给煤量=17.8%。

按照全年总耗煤100万吨量计算,需要消耗电石渣17.8万吨。4.2　脱硫试验

为了验证脱硫效果,对四台正在运行的锅炉同时加电石渣进行了脱硫试验,并选择了煤质和工况相对稳定的三天时间作为考核对象,以便于比较与分析。其中11日未加电石渣,12日与13日则按照一定的比例加入了电石渣。脱硫试验的有关数据统计见表1。

表1　脱硫试验的有关数据统计

　　　时　间11日(未加电石渣)12日(加电石渣)13日(加电石渣)

SO2浓度(除

3892365347

给煤总243824742634

煤低位发208662085419554

产汽176811789817921

吨煤产汽(吨)7.257.236.80

锅炉效88.488.488.6

煤中含2.011.982.02

电石渣—392524

电石渣中含

—3335

4　电石渣脱硫工艺

尘器后)mg/m3量(吨)热量(kJ/kg)量(吨)率(%)硫量(%)总量(吨)水、杂质量(%)

　　　时　间11日(未加电石渣)12日(加电石渣)13日(加电石渣)

电石渣/给煤量(%)

—1619.8

Ca、S摩尔比—2.322.77

脱硫效率—90.691.0

除尘灰量(吨)407511572

炉渣量(吨)221316357

返料器放灰量(吨)19.5116161

风机总电流(A)734272707436

b.　锅炉效率与风机耗电量没有明显的变化。

4.3　数据分析

a.　按照一定的比例加入电石渣,Ca、S摩尔比2.5左右时,脱硫效率可以达到90%,能够将二氧化硫的排放浓度降到国家环保要求的400mg/m3以下。

c.　锅炉的除尘器灰量、返料器放灰量、炉渣量都有所增加,三种灰渣的增加比例约为1:1:1,其中返

料器放灰量增加幅度较大。4.4　存在问题

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a.　由于电石渣中含水量较大,需加入电石渣量也较大,造成锅炉返料器放灰量增多,炉膛差压较高,床温下降,调整负荷时比较困难。

b.　电石渣的含水量较高,粘性较大,造成了锅炉给煤系统落料斗蓬煤,易产生堵塞。振动筛的筛分效率下降,环锤式破碎机的出力增加。

4.5　建议

a.　控制进厂煤的含硫量。进厂煤的含硫量要控制在1.5%以下,加入的电石渣与入炉煤的比例可以控制在15%以下,每天电石渣的使用量减少,对锅炉的放灰量,给煤系统、输煤系统存在的问题,均能有所减轻。

b.　控制电石渣的含水量。若电石渣中的水分控制在20%以下,电石渣的加入量相对减少20%,电石渣与入炉煤的比例可以控制15%以内,这样,锅炉的工况、电石渣的给料、输煤系统存在的问题,基本能够解决。

a.　加入电石渣应用于循环流化床锅炉脱硫的方法是可行的,脱硫效果能够达到国家环保要求。b.　按照每年用煤炭100万吨计算,可以消耗近

20万吨电石废渣。开发对废电石渣的综合利用,不仅减少了这些废渣对环境的污染,而且为以废治废开辟了新的途径。实现了“变废为宝、化害为利”的目标。c.　利用废电石渣作为脱硫剂,不再采购石灰石,降低了热电厂的生产成本。电石渣的粒度能够达到脱硫要求,不需要制粉设备,减少了设备的运行和维护费用。

d.　电石渣脱硫工艺简单,只需要一套给料和输送设备,投资小,技术可靠,便于调控。

e.　恒通化工热电厂电石渣作为脱硫剂运用于烟流化床锅炉脱硫工艺是经济、可行的,具有一定的推广意义。

5　结论

(上接第7页)

　　预防的具体事项如下:

a.　司炉人员务必了解燃烧爆炸四要素。在点火和运行操作过程中防止产生大量的可燃气体。点火和压火启动之前必须清除可能产生的可燃气体。

b.　锅炉燃烧室上部要设计防爆门,这样至少可减轻燃烧爆炸对设备的损坏。煤粉燃烧锅炉都设计有防爆门,但有些循环流化床锅炉厂家没有布置防爆门。

c.　风室要布置防爆门。过去设计的循环流化床锅炉没有布置防爆门。风室燃烧爆炸已发生过数起,建议布置防爆门。

d.　要有健全的点火操作规程,严格的防爆炸措施。

e.　操作人员要严格按操作规程操作。

f.　运行人员要求安全第一,宁可点火时间长一些,宁可多耗些油,也要防止燃烧爆炸。

g.　正确处理燃烧过程中事故,如床料放多、熄火等事故,防止燃烧爆炸。

h.　点火时床料中引子煤不要加入过多。达到着火温度后,加煤要加加停停,断定加入的煤着火之后,随床温的上升逐渐加大给煤量,防止点火过程中加煤过多,引起爆燃或爆炸。参考文献

1.刘德昌,陈汉平,陈世红,等.循环流化床锅炉运行和事故处理.中国电力出版社,2006年.

2.党黎军.循环流化床锅炉的启动调试与安全运行.中国电力出版社,2002年

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