煤泥循环流化床锅炉So2超低排放的制约因素分析

煤泥循环流化床锅炉SO2超低排放的制约因素分析DOI ： 10.16558/j.cnki.issnl004-8774.2019.01.012煤泥循环流化床锅炉so2超低排放的制约因素分析刘忠攀I,刘学冰2,杨晓辉I,谭波’(1.兖矿科技有限公司，山东济南250100；2.山东华聚能源股份有限公司，山东济宁273500)Analysis of SO2 Ultra Low Emission

Restrictive Factors of Circulating

Fluidized Bed Boiler Firing Coal SlimeLIU Zhongpan1 , LIU Xuebing2, YANG Xiaohui1 , TAN Bo1(1. Yankuang Technology Company Ltd., Jinan 250100, Shandong, China ；2.Shandong Huaju Energy Co., Ltd., Jining 273500,Shandong,China)摘要:在广泛调研全煤泥、掺烧煤泥循环流化床锅炉的脱硫效果基础上,分析了

煤泥循环流化床超低排放的主要制约因素，提出了强化炉膛岀口脱硫反应、提高脱硫剂

第一作者：刘忠攀(1985-),男，工

程师，兖矿科技有限公司工业锅炉

的循环利用效率是实现S02超低排放的关键。关键词:循环流化床锅炉;煤泥;脱硫效率；制约因素研发室主任，主要研究方向为煤炭

高效清洁利用和循环流化床锅炉

高效清洁燃烧。中图分类号:TK229.6+6 文献标识码：B0引旨煤泥作为煤炭洗选过程中产生的一种小粒径、 高粘度、低热值的副产品，是资源综合利用电厂的主 要发电燃料之一。但是,燃用煤泥会引起控制SO2

钙硫比O本文在充分研究兖矿集团所属煤泥循环流化床 锅炉的燃烧特性基础上，分析了煤泥循环流化床锅

炉SO2的析出特性和煤泥循环流化床锅炉超低排放

排放的难度大幅增加[，'2]0已有研究表明，采用炉 内脱硫方式，在保证石灰石品质和合理粒度的前提

的制约因素，从而为煤泥的洁净燃烧提供参考性建

议。下，当钙硫比为3.19时，掺烧煤泥的SO2排放浓度 可控制在100 mg/m3以内⑵。对于异比重煤泥循 环流化床锅炉的工业脱硫试验表明，石灰石替代石

1煤泥的SO2析出特性图1为典型煤泥循环流化床锅炉so2的排放浓

度变化图。1600

英砂作床料可有效降低so2排放浓度，在钙硫比为

3.3时脱硫效率可达79.9%,平均排放浓度为272 mg/m3左右⑶。李丽峰等的掺烧煤泥型煤⑷、孙立 强等的流化床燃烧试验装置脱硫试验⑸、刘洪朋的 掺烧煤泥试验⑷均表明炉内脱硫能降低SO2排放 浓度。但上述煤泥燃烧技术的SO2排放浓度均高于

^£1

15001400悭

髯1200轻造

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现有超低排放值35 mg/m3的要求。近期，对兖矿集 团煤泥循环流化床锅炉脱硫调研结果显示，在采用

d's

11001000

炉外脱硫、炉内脱硫+炉外脱硫方式下虽然可实现 超低排放,但钙硫比均在5以上,远高于2.5的经济900800 0

500

1000

1500 2000 时间/s

2500 3000 3500收稿日期:2018-09-18图1煤泥循环流化床锅炉SO2排放浓度变化图GONGYE GUOLU EU煤泥循环流化床锅炉so2超低排放的制约因素分析运行与管理工业4鬲好由图1可以看出，SO]排放浓度呈现大幅度、不

规则波动是全煤泥与掺烧煤泥循环流化床锅炉2

的共有特性,这与煤泥的燃烧特性有关。图2为纯 煤泥循环流化床锅炉炉内温度分布情况，从图中可 以看出，炉膛温度分布呈现“两头高、中间低”的现

象，且有较大波动。30.896■s'M25.S3■ a%20■88815■

'886•88410”•8828805jin、-、0

5

10

15 20锅炉宽度方向(0.5 m)温度/C图2煤泥循环流化床锅炉炉膛温度沿高度分布图这种特殊的温度分布与煤泥燃烧的结团性和热

爆性有关:锅炉运行时,呈团状下落的煤泥因水分气

化,热爆后形成更小的泥团⑺。由于热爆后破裂颗 粒的大小是无法控制的，同时，煤泥在结团下落过程 中大部分未经热爆而破裂成较大的颗粒。在燃烧过

程中,较大颗粒经磨损后粒度变小，使燃烧朝着有利 的方向发展⑷。小颗粒上浮至炉膛上部燃烧并释

放出热量，导致炉膛温度升高，而炉膛温度升高使燃 料的硫析出量增大，从而使S02的排放浓度增大。

图3为煤泥团在炉膛中干燥、热爆、燃烧及S02释放

过程的示意图。2 SO?超低排放制约因素分析锅炉炉膛内不同的温度分布决定了硫的主要析

出位置存在差异，因此，我们对不同温度下煤泥中硫 的析出规律进行了测试。测试采用硫分测定法，具 体测试结果见表1。表1不同温度下燃料硫的析出量温度/%析出量理论排放浓度/%/( mg ・ m-3)8500.421 019.539000.40971.10950

0.40971.10图3煤泥⑷干燥、热爆、燃烧及S02释放过程示意图由表1可知，不同温度下燃料中硫的析出量不 同，850 T时硫的析出量最大，随温度升高硫的析出 量减小。在温度高于850 T时，由于煤中碳酸钙分

解后的自身固硫作用增强」,碱土金属的固硫作用 更加突出，使硫的析出减少。当硫析出量变化

0. 02%时,SO：排放浓度的变化已大于50 mg/m3,高

于超低排放浓度标准值。异重流化床内的物料分布情况由池涌等M的 中间混合指数来定量描述，其公式为：M/= 0.514+1.545 8 • [ 0. 55 • eV\"i-(p\"-

0. 45)]其中右为相对粒度,p'为相对密度。根据上式并结合试验与研究，可以将流化床中51GONGYE工业偽夢 2019年第1期(总第173期)的颗粒混和状态分为5个区：煤泥循环流化床锅炉SO2超低排放的制约因素分析A区:完全上浮区,大粒度小密度颗粒全部浮在 床的上半部分,不小于1；泥特殊的燃烧特性决定了炉膛内的SO2的析出特 性，保证炉膛出口区域的脱硫反应强度是实现超低 排放的关键。B区:上浮区，颗粒呈上浮趋势但未全浮,0.5 < (2) 温度、循环倍率等因素虽然对脱硫率有影 响，但煤泥团燃烧过程中的so2累积释放是造成

MI<\\:C区:混和均匀，颗粒间混和良好，M/ = 0.5；D区：下沉区，颗粒呈下沉趋势但未全沉于底 部，0硫方式的研究与探索[J].电站系统工程，2004 , 20(2):

E区:完全下沉区，颗粒完全沉于底部，不

大于0。由于煤泥团燃烧时粒度大小不同，因此分布在

不同温度区域，这就构成了纯煤泥燃烧循环流化床 锅炉SO2排放浓度的基本数值。由于热爆、磨损导

53-55.[2] 张新,赵文涛，王德龙.循环流化床锅炉掺烧煤泥后二氧

化硫排放的有效控制途径[J].沈阳工程学院学报(自

致相对粒度减小，煤泥团从而可上浮至炉膛中部以 上部位，当大量细小煤泥团在此区域燃烧放热时，虽

然科学版)，2015 ,11(2) : 128-130.然硫的析出量相对下降，但单位时间内煤泥燃烧量 增加,SO2排放浓度仍呈上升趋势，且由于在炉膛出

[3] 刘学冰，公维平，李广泉，等.异比重煤泥循环流化床锅

炉新型床料及其脱硫特性研究[J].洁净煤技术，2006

(4) : 45-4&[4] 李丽峰，张翼，张培华，等.CFB锅炉掺烧煤泥型煤深

度脱硫及运行特性研究[J].2O15, 34(1) ： 327-330.口附近，脱硫剂与so2的反应时间短，从而造成仅依 靠炉内脱硫无法实现so2超低排放。另外，从输送管道出口下落的煤泥在重力作用 下逐渐成团、下坠、受热、爆裂、燃烧、硫析出形成

[5] 孙立强，张卫峰，李树华，等.煤泥循环流化床固硫新技

术的工业化应用[J].洁净煤技术，2004 , 10(2) : 42-

SO2,不仅使炉膛下部成为SO2析出的主要区域，而 且在煤泥逐渐成团过程中，延迟燃烧同时也延迟了 so2析出，最终so2累积释放，从而形成了 so2排放 浓度的波动，因此，必须保证较高的钙硫比才能实现 炉外脱硫的超低排放。46.[6] 刘洪朋.煤泥对流化床锅炉脱硫效率的影响及控制[J].

能源与节能，2013(3)： 104-106.[7] 岑可法，倪明江,骆仲泱，等.循环流化床锅炉理论、设计

与运行[M].北京：中国电力岀版社,1997.[8] 张月军.煤泥、煤肝石混烧在220 t/h循环流化床锅炉中

的工业应用[D].山东：山东大学硕士学位论文,2004.综上所述，温度、循环倍率等因素虽然对脱硫率 有影响，但炉膛上部硫析出及硫析出过程中的累积 释放才是导致钙硫比偏高的主要原因，是煤泥循环

[9] 闫晓,车得福，徐通模.煤灰及各种矿物质对SO?排放特

性的影响[J].燃料化学学报,2005,33 (3) ：273-277.流化床锅炉实现超低排放的主要制约因素。[10] 池涌，严建华，蒋旭光，等.洗煤泥煤砰石流化床混烧

过程基础研究与工业应用[J].洁净煤技术,2002,83结论(1)对于以煤泥为燃料的循环流化床锅炉，煤

(1) :38-41.合理利用资源保护生态平衡促进经济持续发長GONGYE GUOLU