提高鍋爐效率的脫硫系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及脫硫領(lǐng)域，特別涉及一種提高鍋爐效率的脫硫系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃煤鍋爐的S02排放現(xiàn)狀:燃煤中含有一定的硫分，這些硫分在燃煤燃燒過(guò)程中大部分轉(zhuǎn)變成S02，如果不加以控制將隨煙氣排放到大氣中造成酸雨，S02是主要的大氣污染物之一，對(duì)生態(tài)造成危害。我國(guó)是以燃煤為主要能源的國(guó)家，燃煤在我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中的比重高達(dá)60%以上，燃煤排放的S02對(duì)我國(guó)造成嚴(yán)重的大氣污染問(wèn)題，尤其是東南沿海地區(qū)和西南地區(qū)，S02排放導(dǎo)致的酸雨問(wèn)題嚴(yán)重。為了解決我國(guó)大氣污染嚴(yán)重問(wèn)題，國(guó)家環(huán)保部制定了《火電廠大氣污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)GB13223-2011，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)火電廠燃煤鍋爐的S02排放濃度大幅度提高了要求。根據(jù)目前燃煤的含硫量狀況，原來(lái)沒(méi)有安裝脫硫設(shè)施的燃煤發(fā)電廠需要安裝脫硫設(shè)施，而大部分安裝了脫硫設(shè)施的燃煤發(fā)電廠需要對(duì)原有脫硫設(shè)施進(jìn)行升級(jí)改造，需要達(dá)到更高的脫硫效率才能滿足S02的排放要求。
[0003]循環(huán)流化床鍋爐脫硫技術(shù)現(xiàn)狀:燃煤價(jià)格的高漲刺激鍋爐用戶、特別是火電廠的鍋爐用戶使用熱值低、含硫量高的低價(jià)煤，循環(huán)流化床鍋爐作為一種清潔燃燒設(shè)備，特別適合燃用上述燃料，在我國(guó)得到了大范圍推廣應(yīng)用，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)。在我國(guó)服役的各種容量的循環(huán)流化床鍋爐超過(guò)3000臺(tái)。
[0004]傳統(tǒng)的循環(huán)流化床鍋爐脫硫工藝是將石灰石粉輸送至爐膛，石灰石粉煅燒生成氧化鈣，與燃煤燃燒釋放的S02進(jìn)行反應(yīng)生成硫酸鈣，實(shí)現(xiàn)脫硫的目的。如果S02的排放要求不高，石灰石粉的用量不是很大，一般在鈣硫摩爾比不大于2.5的條件下能夠達(dá)到80%的脫硫效率，S02的排放濃度能夠滿足達(dá)標(biāo)排放的要求。但是，隨著S02排放要求的日益嚴(yán)苛，目前普遍要求電站鍋爐的S02排放濃度達(dá)到200mg/Nm3以下，要求脫硫效率達(dá)到95%以上，如果燃用高硫煤，脫硫效率甚至高達(dá)98%以上。如此高的脫硫效率，如果還是采用爐內(nèi)添加石灰石粉脫硫，必須大幅度增加石灰石粉的用量，鈣硫摩爾比甚至高達(dá)4-5，不僅造成大量石灰石粉不能得到有效利用造成浪費(fèi)，大量石灰石粉在爐內(nèi)煅燒需要吸收大量的熱量，導(dǎo)致鍋爐效率降低。以四川省的芙蓉煤礦的燃煤為例，燃煤的收到基含硫量為4.05%，低位發(fā)熱量為4739 Kcal/kg，在不采取脫硫措施的條件下，S02排放濃度為11240mg/Nm3，要滿足S02排放濃度200mg/Nm3的環(huán)保排放要求，脫硫效率需要高達(dá)98.3%以上。如果僅采用爐內(nèi)噴石灰石粉脫硫，鈣硫摩爾比以4計(jì)算，對(duì)于一臺(tái)30萬(wàn)千瓦發(fā)電機(jī)組配套的燃煤鍋爐鍋爐，每小時(shí)的燃煤耗為149噸，每小時(shí)的石灰石粉耗量為75.6噸，在脫硫效率為98.3%的條件下，石灰石粉的煅燒吸熱量遠(yuǎn)大于脫硫反應(yīng)的放熱量，石灰石粉煅燒吸熱量與脫硫反應(yīng)放熱量的差值占到燃煤輸入熱量的1.6%，也就是往鍋爐內(nèi)添加大量的石灰石粉導(dǎo)致鍋爐效率降低1.6%。每小時(shí)向鍋爐內(nèi)投放高達(dá)75.6噸的石灰石造成嚴(yán)重的后果:鍋爐受熱面磨損嚴(yán)重，石灰石粉輸送系統(tǒng)、排灰設(shè)施和除塵器的運(yùn)行負(fù)荷大幅度增加，這些設(shè)施的故障率和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用大幅度增加。
[0005]如果為了避免發(fā)生上述問(wèn)題而不采用往爐內(nèi)添加石灰石粉脫硫，僅僅采用爐外脫硫塔脫硫，將造成鍋爐尾部受熱面發(fā)生低溫腐蝕。燃煤煙氣中含有大量水蒸氣，含有高濃度S02的煙氣在流經(jīng)鍋爐尾部煙道的低溫受熱面、當(dāng)受熱面的表面溫度低于酸露點(diǎn)時(shí)，S02與水蒸氣結(jié)合形成酸露凝結(jié)在低溫受熱面的表面，使低溫受熱面很快發(fā)生低溫腐蝕泄露，給鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成危害。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種提高鍋爐效率的脫硫系統(tǒng)及方法，克服了傳統(tǒng)爐內(nèi)脫硫工藝存在的鈣硫摩爾比大、石灰石煅燒吸熱量過(guò)大導(dǎo)致鍋爐效率降低的問(wèn)題，粗石灰石粉與細(xì)石灰石粉在爐膛內(nèi)煅燒吸熱并分解成氧化鈣用于脫硫，旋風(fēng)分離器捕集的循環(huán)灰和除塵器收集的部分飛灰返回爐膛，爐內(nèi)脫硫過(guò)程中生成硫酸鈣的放熱量大于粗石灰石粉和細(xì)石灰石粉的煅燒分解的吸熱量，使?fàn)t內(nèi)脫硫過(guò)程提高鍋爐效率，通過(guò)爐外設(shè)置的脫硫塔進(jìn)一步完成煙氣脫硫，使S02排放滿足要求。
[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種提高鍋爐效率的脫硫系統(tǒng)，包括爐膛，旋風(fēng)分離器，脫硫塔，其特征在于:所述爐膛的進(jìn)料口通過(guò)輸煤機(jī)與煤斗及粗石灰石粉倉(cāng)相連通，爐膛的進(jìn)料口通過(guò)輸粉管與細(xì)石灰石粉倉(cāng)相連通，爐膛的進(jìn)料口通過(guò)回料管與除塵器相連通，爐膛的進(jìn)料口通過(guò)返料器與旋風(fēng)分離器相連通，爐膛的出口與旋風(fēng)分離器的進(jìn)口相連通，旋風(fēng)分離器的出口與尾部煙道的進(jìn)口相連通，尾部煙道的出口與除塵器的進(jìn)口相連通，除塵器的出口與脫硫塔的進(jìn)口相連通，脫硫塔的出口與煙囪相連通。
[0009]優(yōu)選地，所述的提高鍋爐效率的脫硫系統(tǒng)，其特征在于:所述的除塵器的排灰口與分配器相連通，分配器分別與爐膛及灰?guī)煜噙B通。
[0010]優(yōu)選地，所述的提高鍋爐效率的脫硫系統(tǒng)，其特征在于:所述的脫硫塔的進(jìn)口還與脫硫劑罐相連通。
[0011]優(yōu)選地，所述的提高鍋爐效率的脫硫系統(tǒng)，其特征在于:所述的細(xì)石灰石粉倉(cāng)下部設(shè)置給料機(jī)，給料機(jī)進(jìn)口與送風(fēng)機(jī)相連通。
[0012]—種基于權(quán)利要求1系統(tǒng)的脫硫方法，其特征在于包括以下步驟:含有一定硫分的燃煤通過(guò)輸煤機(jī)進(jìn)入爐膛燃燒產(chǎn)生煙氣，大部分硫元素氧化成S02進(jìn)入到煙氣中；粗石灰石粉倉(cāng)內(nèi)的粗石灰石粉通過(guò)輸煤機(jī)進(jìn)入爐膛，來(lái)自送風(fēng)機(jī)的壓縮空氣攜帶細(xì)石灰石粉倉(cāng)提供的細(xì)石灰石粉通過(guò)輸粉管進(jìn)入爐膛，粗石灰石粉和細(xì)石灰石粉在爐膛內(nèi)發(fā)生煅燒反應(yīng)，分解成CaO和C02，并吸熱;爐膛內(nèi)的煙氣攜帶煤灰、未燃盡碳和氧化鈣顆粒一同離開(kāi)爐膛進(jìn)入旋風(fēng)分離器，旋風(fēng)分離器將煙氣中99.5%以上的顆粒捕集下來(lái)作為循環(huán)灰通過(guò)返料器回送至爐膛;離開(kāi)旋風(fēng)分離器的煙氣及其攜帶的剩余部分飛灰進(jìn)入尾部煙道，并向換熱器放熱、溫度降低，之后進(jìn)入除塵器，大于99.5%的飛灰被除塵器收集下來(lái)，被收集下來(lái)的含有一定氧化鈣濃度的飛灰，一部分飛灰經(jīng)過(guò)回料管回到爐膛，另一部分送至灰?guī)?，二者分配比例由分配器控?離開(kāi)除塵器的煙氣進(jìn)入脫硫塔進(jìn)一步脫硫，由脫硫劑罐向脫硫塔提供脫硫劑，脫硫后滿足環(huán)保排放要求的煙氣離開(kāi)脫硫塔、經(jīng)煙囪排放;粗石灰石粉和細(xì)石灰石粉在爐膛內(nèi)分解產(chǎn)生氧化鈣，經(jīng)旋風(fēng)分離器捕集下來(lái)送入到爐膛的循環(huán)灰中含有氧化鈣，除塵器收集下來(lái)經(jīng)分配器回送至爐膛的飛灰中含有氧化鈣，這些氧化鈣在爐膛內(nèi)參與脫硫反應(yīng)，生成硫酸1丐，并釋放一定的熱量。
[0013]優(yōu)選地，所述的脫硫方法，其特征在于:所述粗石灰石粉的平均粒徑接近500μπι，細(xì)石灰石粉的平均粒徑接近ΙΟΟμπι，粗石灰石粉及其分解產(chǎn)物在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間比細(xì)石灰石粉及其分解產(chǎn)物在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間大于10倍以上，粗石灰石粉流量與燃煤流量控制在鈣硫摩爾比在0.3以上，作為基礎(chǔ)脫硫控制方式，細(xì)石灰石粉流量與燃煤流量控制在鈣硫摩爾比在0.2以下，作為精細(xì)脫硫控制方式，旋風(fēng)分離器捕集下來(lái)的循環(huán)灰返回到爐膛，循環(huán)灰中含有氧化鈣，是脫硫控制的必要手段，但是在鍋爐運(yùn)行中無(wú)法實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制，除塵器收集下來(lái)的回送至爐膛的飛灰中含有氧化鈣，將逃離旋風(fēng)分離器的氧化鈣再一次回送至爐膛，并可以控制該部分飛灰回送至爐膛的比例，彌補(bǔ)旋風(fēng)分離器不能主動(dòng)控制的不足;經(jīng)旋風(fēng)分離器捕集的循環(huán)灰和經(jīng)除塵器收集的飛灰進(jìn)入爐膛后，這些循環(huán)灰和飛灰中的氧化鈣可以直接參與脫硫反應(yīng)，不需要石灰石煅燒所需熱量。
[0014]優(yōu)選地，所述的脫硫方法，其特征在于:所述粗石灰石粉和細(xì)石灰石粉的總流量與燃煤流量的鈣硫摩爾比大于0.5，粗石灰石粉、細(xì)石灰石粉、循環(huán)灰的氧化鈣及飛灰回送至爐膛的氧化鈣共同實(shí)現(xiàn)在爐膛內(nèi)脫硫，其中粗石灰石粉與細(xì)石灰石粉在煅燒分解過(guò)程中需要吸熱，每摩爾碳酸鈣的煅燒吸熱量為184kJ，脫硫過(guò)程中，由每摩爾S02生成硫酸鈣的釋放熱量為486kJ，爐膛內(nèi)的脫硫效率大于20%，確保這些脫硫劑在爐膛內(nèi)發(fā)生脫硫反應(yīng)所釋放熱量大于粗石灰石粉和細(xì)石灰石粉煅燒分解的吸熱量，確保脫硫過(guò)程使鍋爐效率增加。
[0015]優(yōu)選地，所述的脫硫方法，其特征在于:所述離開(kāi)除塵器的煙氣進(jìn)入到脫硫塔，再一次進(jìn)行脫硫，脫除煙氣中的S02，使離開(kāi)脫硫塔的煙氣中的S02濃度低于某一特定濃度，滿足S02的排放要求。
[0016]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:
I)與傳統(tǒng)的爐內(nèi)脫硫工藝相比，本發(fā)明的有益效果為:大幅度降低爐內(nèi)脫硫的鈣硫摩爾比，使?fàn)t內(nèi)脫硫過(guò)程中的氧化鈣脫硫反應(yīng)的放熱量大于石灰石粉煅燒反應(yīng)的吸熱量，脫硫過(guò)程不僅實(shí)現(xiàn)了脫硫目的，還有效提高了鍋爐效率。
[0017](2)與傳統(tǒng)的單純采用細(xì)石灰石粉脫硫工藝相比，本發(fā)明爐內(nèi)脫硫工藝采用粗石灰石粉與細(xì)石灰石粉相結(jié)合的爐內(nèi)脫硫工藝，粗石灰石粉通過(guò)輸煤機(jī)送入爐膛，細(xì)石灰石粉用于精確脫硫控制，降低采用氣力輸送方式的細(xì)石灰石粉用量，節(jié)省了壓縮空氣用量及空壓機(jī)的耗電量;粗石灰石粉利用輸煤機(jī)輸送更可靠，故障率低，降低石灰石粉輸送系統(tǒng)的故障率，提高了脫硫系統(tǒng)的可靠性，降低S02超標(biāo)排放風(fēng)險(xiǎn)。
[0018](3)與傳統(tǒng)的單純采用細(xì)石灰石粉脫硫工藝相比，本發(fā)明爐內(nèi)脫硫工藝采用粗石灰石粉與細(xì)石灰石粉相結(jié)合的爐內(nèi)脫硫工藝，粗石灰石粉在爐內(nèi)參與脫硫反應(yīng)的時(shí)間遠(yuǎn)大于細(xì)石灰石粉，在相同脫硫效率的條件下，本發(fā)明爐內(nèi)脫硫所需的鈣硫摩爾比大幅度降低，降低石灰石粉的耗量，有效降低石灰石粉煅燒吸熱量，有利于提高鍋爐效率。
[0019](4)更進(jìn)一步，目前爐內(nèi)脫硫工藝大多對(duì)于逃離旋風(fēng)分離器的氧化鈣利用除塵器收集并外排，本發(fā)明利用一部分除塵器收集的含有一定濃度氧化鈣的飛灰，并回送至爐膛，利用這部分飛灰中的氧化鈣脫硫，提高石灰石利用率和脫硫效率，利用這部分氧化鈣脫硫，節(jié)省了石灰石的煅燒吸熱量，進(jìn)一步提高鍋爐效率。
[0020](5)更進(jìn)一步，本發(fā)明利用爐內(nèi)