循环流化床锅炉SO2超低排放技术
1 CFB锅炉SO2的生成量
在实际运行中,CFB锅炉SO2的实际生成量一般会低于以全硫计算的理论排放量,CFB锅炉SO2的实际生成量主要取决于以下几个因素。
1.1煤的硫分中可燃硫所占比例
煤中硫分按其在空气中能否燃烧可分为可燃硫和不可燃硫。可燃硫在CFB锅炉燃烧过程中的主要产物是SO2,包括有机硫、硫铁矿硫和单质硫,都能在空气中燃烧,占煤中硫分的90%以上;不可燃硫不能在空气中燃烧,在一定的温度区间也不发生分解,可看作是惰性的,主要以硫酸钙的形式存在。硫分中可燃硫所占的比例大则燃烧过程中SO2的实际排放值高,反之亦然[7]。
1.2煤灰中CaO等碱金属氧化物含量
煤灰中含有CaO、MgO和Fe2O3等碱金属氧化物,其会与烟气中的SO2反应生成碱金属的硫化物,煤灰中还有诸多多孔介质类物质,对SO2有一定的固定作用,在定性分析时,常采用燃料自身钙硫物质
1.3锅炉运行参数
锅炉运行参数中床温和氧含量对于SO2的实际排放影响最大。在运行床温低于850℃时,随着床温的升高,煤灰中碱金属的固硫反应速度呈增长趋势。床温高于850℃时,随床温的进一步提高,固硫反应速度开始下降,另外,已经生成的碱金属硫化物还会逆相分解生成SO2,煤中以硫酸钙形式存在的不可燃硫也会发生分解反应生成SO2[10]。
固硫反应阶段需要氧气的参与,当锅炉运行氧含量过低时会限制固硫反应的进行。另外,当O2的分压过小时,CaSO4不稳定,将会发生还原反应:
CaSO4+CO→CaO+SO2+CO2(1)
实际运行中,兼顾煤的燃尽程度,CFB锅炉过量空气系数不宜低于1.1,即炉膛出口氧含量不低于2%。对于挥发分低的难燃煤种,过量空气系数需进一步提高。
2 CFB锅炉脱硫工艺
CFB锅炉常采用的脱硫工艺包括炉内干法脱硫,CFB-FGB半干法脱硫和石灰石-石膏湿法脱硫[11-13]。
2.1炉内干法脱硫
CFB锅炉通过向炉内直接添加石灰石来控制SO2排放,在流化床燃烧温度下(800~900℃),投入炉内的石灰石首先在高温条件下煅烧发生分解反应生成氧化钙,然后氧化钙、SO2和氧气经过化学反应生成硫酸钙,化学反应方程式为
