CFB锅炉炉内脱硫技术讲义

TPRI3/6/20201循环流化床锅炉脱硫技术李志伟博士[e-mail]循环流化床锅炉技术部西安热工研究院2008/9/1TPRI3/6/20202主要内容1.中国SO2排放及CFB锅炉发展2.CFB锅炉坚持炉内脱硫3.影响CFB锅炉炉内脱硫的主要因素4.CFB锅炉的排放计算5.CFB锅炉炉内脱硫改造工程实例TPRI3/6/20203中国SO2排放及CFB锅炉发展中国原煤产量：25.4亿吨（2007年）其中电煤：12.8亿吨，占50%中国总发电量：32.6亿kWh（2007年）其中火电：27亿kWh，占83%SO2排放总量：2589万吨（2006年）其中燃煤：大于2300万吨TPRI3/6/20204中国酸雨国土面积酸雨问题严重，酸雨频率大于5%的国土面积为33%TPRI3/6/20205我国十一五规划1、2010年SO2排放总量比2005年少10%，2294.4万吨其中，火电少于1000万吨2、国家环保总局制订各地方的SO2排放总量《二氧化硫总量分配指导意见》执行TPRI3/6/20206中国SO2减排任务非常严峻1、煤价攀升，转向高硫煤发电2、电煤量大幅度上升3、脱硫成本造成运营压力100,000元/(MW.a)4、十五回顾目标SO2－1800万吨实际SO2－2560万吨中国SO2减排形式TPRI3/6/20207101413132183503060901201505060100135200300UnitCapacity(MW)BoilernumberTotal38510MW我国CFB锅炉发展现状中国CFB锅炉统计TPRI3/6/20208中国CFB锅炉脱硫技术1、炉内添加石灰石脱硫炉内添加石灰石粉脱除SO2世界普遍采用、但我国大部分不达标2、炉外脱硫在尾部烟道设置脱硫塔脱除SO2TPRI3/6/20209CFB锅炉炉内脱硫技术通过气力输送将石灰石粉输送到炉膛CaO+CaSO4CaCO3CaO+CO2CaO+O2+SO2CaSO4CaCO3CaO+CaSO4TPRI3/6/202010CFB锅炉炉内脱硫特点1、系统简单、运行可靠2、脱硫成本低，初投资、运行维护成本低3、脱硫产物在飞灰和底渣中，不产生带水石膏等副产物，没有二次污染问题4、我国炉内脱硫系统不被用户重视，不注重维护，没有考核指标5、我国大部分CFB锅炉的炉内脱硫SO2排放不达标，脱硫不被国家相关部门所认可TPRI3/6/202011CFB锅炉炉外脱硫国外CFB锅炉炉外脱硫美国JEA：CFB电站2×300MW石油焦+贫烟煤含硫量：6.7%炉内脱硫：设计85%炉外脱硫：设计10%炉内脱硫：实际97.5%TPRI3/6/202012CFB锅炉炉外脱硫国内CFB锅炉炉外脱硫：机组容量：130t/h，入炉煤含硫量小于0.8%TPRI3/6/202013CFB锅炉坚持炉内脱硫JEA300MWCFB锅炉Sar=6.7%,炉内脱硫排放达标我国3×460t/hCFB锅炉Sar=0.8～5.0%,炉内脱硫排放达标我国130t/hCFB锅炉（S0.8%）单台半干法炉外脱硫700万元运行维护费用高昂TPRI3/6/202014CFB锅炉炉内脱硫主要问题1、石灰石品质差：纯度、粒度和活性2、煤含硫量高、石灰石不足3、炉膛温度过高4、石灰石输送系统故障5、运行技术低TPRI3/6/202015石灰石品质对脱硫的影响石灰石粒度对脱硫的影响：•0.15~0.5mm•与分离器分离效率有关TPRI3/6/202016石灰石品质对脱硫的影响石灰石脱硫：1、CaCO3煅烧CaO体积减小，孔隙率增加2、CaO转化CaSO4体积增加，孔隙率降低煅烧前煅烧后脱硫后TPRI3/6/202017石灰石脱硫活性的测定及其选型反应活性等级反应能力系数k1CaO利用率Ⅰ＞53＞21Ⅱ41~5319~21Ⅲ23~4116~19Ⅳ14~2313~16Ⅴ＜14＜13TPRI3/6/202018石灰石脱硫活性的测定及其选型0612180204060时间minCaO利用率%石灰石连续升温DTG曲线0510500600700800900温度（℃）失重（mg/min）5075100020406080时间min石灰石煅烧脱硫TG曲线质量份额%客观评价石灰石活性反应能力系数CaO利用率TPRI3/6/202019石灰石脱硫活性的测定及其选型石灰石样脱硫活性对比0102030405060石灰石1石灰石2石灰石3石灰石4石灰石5石灰石6反应能力系数CaO利用率TPRI3/6/202020马尔文激光粒度分析仪定量分析石灰石粒度RecommendedLimestoneGrainSize1.00%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00%60.00%70.00%80.00%90.00%99.00%99.90%10100100010000祄passingthru(%w)CurveA-finelimitCurveB-coarselimitCurveACurveBTPRI3/6/202021煤含硫量高、石灰石不足•煤设计含硫量低、实际含硫量过高•石灰石投系统出力不足最终表现为：CFB锅炉SO2排放不达标TPRI3/6/202022炉膛温度过高•最佳脱硫温度：850～900℃•煤质变化及设计不够成熟，炉膛温度980℃以上石灰石脱硫效果差TPRI3/6/202023石灰石输送系统故障•下料管不下料•阀门不正常•密封圈故障•旋转给料机漏粉•旋转给料机卡塞•料位开关故障•到位开关故障•管道堵塞TPRI3/6/202024落料管堵塞通过锤击松动排堵TPRI3/6/202025落料管堵塞解决办法气化板电动震打压缩空气吹堵TPRI3/6/202026旋转给料机漏粉旋转给料机漏粉，更换盘根TPRI3/6/202027密封圈破损密封圈冲压密封密封圈卸压开阀门进料TPRI3/6/202028旋转给料机卡塞未投运的叶片投运3个月后的叶片TPRI3/6/202029料位开关故障料位开关参与逻辑控制料位高停止进料料位低开始进料TPRI3/6/202030阀门及到位开关故障石灰石输送系统2套平衡阀1套进气阀2套圆顶阀一套排堵阀动作周期：小于60秒TPRI3/6/202031管道堵塞含水率颗粒度长距离管道大量弯头管道分叉变径TPRI3/6/202032运行技术水平石灰石输送系统要求：1、监视是否正常进料（料位计和输送压力）2、监视输送压缩空气（母管压力）3、监视仪用压缩空气（母管压力）4、给料机的密封TPRI3/6/202033SO2排放及钙硫摩尔比计算实例理论SO2排放浓度计算项目Car%Har%Oar%Nar%数值68.64.64.111.3项目St,ar%Aar%Mt%Qnet,arMJ/kg数值3.312.55.227.78TPRI3/6/202034SO2排放量的计算实例项目理论空气量Nm3/kg理论干烟气量Nm3/kg标准SO2排放浓度mg/Nm3数值7.297.076607理论空气量=0.0889×(Car+0.375×Sar)+0.265×Har-0.0333Oar理论干烟气量=0.01866×(Car+0.375*Sar)+0.008×Nar+0.79×理论空气量SO2=Sar×20000/(理论干烟气量+0.4×理论空气量)标准状态：烟气含氧量6%、干烟气理论SO2排放浓度计算（标准）TPRI3/6/202035标准烟气状态：烟气含氧量6%、干烟气标态烟气需要空气量=21/(21-6)=1.4其中烟气中的过量空气量为0.4的理论空气量含氧量为X的SO2浓度转化为标态烟气SO2的浓度为SO2[标]=SO2[实测]×（21-6）/（21-X）理论SO2排放浓度计算SO2排放量的计算实例TPRI3/6/202036SO2排放量的计算实例现有数据：收到基含硫量Sar（%）煤的低位发热量Qnet（MJ/kg）计算理论SO2理论SO2排放浓度计算SO2=6607×27.78/（Qnet）×Sar/3.3TPRI3/6/202037135MWCFB锅炉计算收到基含硫量Sar:1.75%煤的低位发热量Qnet:19.5MJ/kg机组负荷:135MW燃煤量:62.3t/h石灰石耗量：12.5t/h,纯度：85%SO2排放浓度：385mg/Nm3理论SO2:4991mg/Nm3脱硫效率:De-so2=100-385/4991×100=92.3%TPRI3/6/202038Ca/S=12.5×85/100/100/(62.3*1.75/100/32)=3.1年SO2排放量(6000小时)=6000×62.3×1.75/100×2×（100-92.3）/100=1007吨年石灰石耗量=12.5×6000=75000吨135MWCFB锅炉计算TPRI3/6/202039CFB锅炉炉内脱硫改造实例CFB锅炉SO2排放现状－很多电厂不达标•燃煤含硫量大幅度增加•石灰石输送系统出力低、故障率高•石灰石脱硫特性差•排放要求提高TPRI3/6/2020403×460t/hCFB锅炉改造前脱硫系统#1炉烟道除尘器#2炉烟道除尘器#3炉烟道除尘器渣库石灰石库1#石灰石缓冲仓石灰石给料机2#石灰石缓冲仓石灰石给料机3#石灰石缓冲仓石灰石给料机二级输送3炉2石灰石库炉前进石灰石SO2超标TPRI3/6/202041脱硫系统改造前运行数据Item负荷硫石灰石钙硫比SO2脱硫效率loadSarlimeCa/SDe-SO2UnitMW％t/h-mg/Nm3%Design3×1350.84.12.219190Operation3×1352.1151.19273050.6锅炉设计及改造前数据TPRI3/6/202042炉内脱硫改造措施一炉配两套脱硫系统1、Sar2.5%一用一备2、Sar2.5%两套投运系统的投运率和SO2的排放达标率高TPRI3/6/202043炉内脱硫改造措施改造后系统#1炉烟道除尘器改造的石灰石库#2炉烟道除尘器#3炉烟道除尘器原石灰石库TPRI3/6/202044二级输送改为一级输送：1、系统简单2、输送距离120米降为40米3、输送高度35米降为16米4、压缩空气输送炉内脱硫改造措施PrimaryStorageSurgebinFrontFurnaceSecondaryStorageSurgebinP-14RearP-21FurnacePrimarystorageSurgebinP-21P-21TPRI3/6/202045石灰石投入口炉前改到回料腿1、石灰石预热2、炉内分布改善3、脱硫时间增加炉内脱硫改造措施TPRI3/6/202046石灰石选型脱硫活性好的石灰石炉内脱硫改造措施石灰石反应能力系数KCaO利用率单位-%改造前23.315.4改造后59.721.5TPRI3/6/202047改造后入炉煤含硫量0.01.02.03.04.05.05月13日5月15日5月17日5月19日5月21日5月23日5月25日5月27日5月29日5月31日6月2日6月4日6月6日6月8日6月10日6月12日煤的收到基含硫量%含硫量：0.7%～4.8%，平均值2.21%TPRI3/6/202048理论SO2排放030006000900012000150005月13日5月15日5月17日5月19日5月21日5月23日5月25日5月27日5月29日5月31日6月2日6月4日6月6日6月8日6月10日6月12日理论SO2排放浓度mg/Nm3浓度：1500～12000，平均值5557mg/Nm3TPRI3/6/202049改造后实际SO2排放0501001502002503003504004505月13日5月16日5月20日5月24日5月29日6月2日6月6日6月10日SO2排放浓度mg/Nm3排放浓度：30～400，平均值122mg/Nm3TPRI3/6/202050CFB锅炉炉内脱硫成本分析CostanalysisofCFBboilerdesulfurizationItemsUnitCFBNoteInvestmen