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高硫煤脱硫工艺运行的研究

摘  要:高硫煤、脱硫剂、排放指标。
   烟气脱硫近些年来,倍受关注。好多企业为了追求较高的企业利益,违背国家燃料使用政策,在保证国控指标符合要求的前提下,深入实践,将高硫重污染燃料实践出一条高硫煤种可靠运行的商业运行的“黄金之路”。抢占技术先机,使企业赢得市场。成为各路商家的长谈降本增效的话题之一。
总结中发现,高硫煤的使用是可以通过合理燃料煤管理及优化配备工艺,通过双项控制指标得到达标。
一、流化床锅炉给煤粒度分布,有下列因素确定:
燃烧而言:
a、满足空气-煤粒混合和燃烧的要求;
b、使炉膛中床料纵向和横向热交换良好,达到燃烧温度均匀;
c、使得炉膛水膜式水冷壁传热数达到设计值;
d、满足分离器或热交换器的灰量输送;
脱硫剂需要量与下列因素有关:
a、脱硫剂成份
b、脱硫剂粒度
c、脱硫剂反应特性
d、脱硫剂的爆裂特性
e、脱硫剂在炉膛内停留时间
f、炉膛燃烧温度
g、所需脱硫效率
工艺效果:循环灰粒度分布与炉膛流化速度和分离器对各颗粒的分离效率有关。只要炉膛流化速度和分离器对各颗粒的分离效率基本不变。当循环灰不足,炉膛温度上升,高于脱硫最佳温度时,会影响SO2排放浓度。
二、水份对工艺的影响:
a、气力输送石灰石水份不能大于2%;
b、原料煤的外水分不得大于9%;
结合输送原料的粒度比例及原料煤的组份特性确定合适的技术指标,从而保证指标的稳定性提供可靠的保证。不然,会发生环保指标失控造成环保事故或者发生工艺介质中断导致结焦等工艺事故发生。见图1-1。
三、燃烧温度的指标管控:
研究表明:
a、低温燃烧对NOX排放浓度的影响:
炉膛燃烧温度升高,将使排放的NOX增加,N2O减少。
与低挥发分燃料相比高挥发分燃料对NOX的影响多半较小;
增加石灰石量,SO2排放减少NOX排放增加N2O排放减少;
过剩空气系数a增加,NOX和N2O都增加,增加程度与燃料特性有关;
b、SO2排放指标的影响因素:
⑴煤的硫分在燃烧过程中的释放速率和分压力;
⑵脱硫成分、反应性和颗粒粒度分布;
⑶燃烧时的颗粒收缩率
⑷炉内流动特性
⑸炉膛截面积烟气流动速度
⑹损耗率
⑺烟气颗粒的停留时间
⑻炉膛平均温度
⑼旋风分离器平均温度
⑽过剩空气系数
⑾灰浓度
⑿脱硫剂再循环
⒀炉膛几何形状
⒁石灰石给入点数量及形状
⒂一次风,二次风比
⒃二次风位置
图1-1
由上分析得知:对于一台成型的装置来讲,从原料煤工艺合理配置着手,选择比较科学的原料配煤系统保证原料煤的比例均匀,便于工艺的控制及指标的稳定控制。对于高硫煤的运用尤为重要。科学配煤方面,先前煤化工企业在壳牌煤气化工艺的优化上得到合理的运用。可以借鉴该工艺方法实现原料的科学配比从而实现高硫煤中在未来环保指标要求条件较高的环境下得到经济利用。
四、从工艺优先选型配置入手;
目前较好的工艺配置:选择锅炉固体脱硫剂(石灰石)-SNR-布袋除尘器(电袋复合除尘)-氨法脱硫工艺配置比较可靠。
1、技术要点:
经济角度,脱除较高的硫,减轻烟道阻力,提高除尘器的可靠性。脱硫系统选择足够大的氧化量满足氧化需求和配备妥善增浓空间。石灰石系统保持较高校的利用率。石灰石的添加量必须保证密相区的温度控制在850度以上运行。脱硫能力达到50%较大程度降低后续脱硫工艺的影响。改善脱硫段的脱硫洗涤循环量实现低能耗脱硫。除尘器的类型选择纯袋除尘工艺。除尘选择截面积流速1.8米的设计标准;提高除尘效率,改善后续脱硫工艺的作业环境提高脱硫的可靠性。
优点:
a、除尘指标实现双项控制;
b、脱硫指标实现双项控制;
c、脱硝的控制也可实现双项控制;
d、提高煤种适应宽度;
e、工艺调节宽度放大;
f、系统运行超标风险减低。
缺点:
伴随着地球水源的匮乏,世界对水利资源的保护控制烟气的拖白问题将成为未来重点关注的社会关注矛盾;
电耗水平增加。
五、从燃烧优化工艺入手;制定经济高效的工艺运行方案,保证低耗、高质量、更加优良的经济工艺;
 
1、强化工艺管控,努力实现锅炉截面积的风速不增加,严格按照优化燃烧的调整“一降两提”的思路;同时抑制磨损问题的发生,强化流体扰动的动力,增强径向流动的燃烧,推动强化面壁热换热效率,提高锅炉有效能力的提升。实现床温的科学控制。床温由849增至899时NOX增加40%-75%。床温超过900时脱硫效率开始下降。
图2-2
2、一次风的能力对原料煤种粒度的匹配水平符合要求;对比流化高度在床面的设计与同配置煤种品质范围的影响控制到最小;但是在微小颗粒对一次流化风量的要求影响较大;见图2-2:
 
3、原料煤的品质,对炉膛内部热容积的影响较明朗。当锅炉风的比例不做调整时,当挥发份比例增大时密相区温度呈上升趋势,而燃烧末端的温度略有下降,如果原料煤的热值增加,可通过改善一二次风的比例关系实现锅炉负荷的稳定。见图3-3:
图3-3
4、二次风的设计水平同炉负荷匹配理念相互吻合;配风线性符合锅炉整体设计要求;
5、返料标高对锅炉蓄能水平的影响;结合炉膛热容积的储蓄能力保证通过返料,一次风的托起能力及二次风的穿透力保证温控水平达到设计控制水平。
给煤口的高度可以有效提高煤种的扩散水平;(有助于密相区蓄热水平的提高)
6、一二次风比例可优化煤种的利用水平;一次风比例提高可以提高流化高度,保证前期煤种预热阶段的热源保障。二次风可以通过合理的配送实现较强的托起物料的能力,保证炉膛热负荷的均匀程度实现锅炉负荷的进一步提高。
7、尾部烟道的一氧化碳水平能够控制机械不完全燃烧;设计50PPM;
一氧化碳的排放浓度主要取决于锅炉的燃烧温度及燃煤成分和氧量的关系。
影响因素如下:
a、O2/CO2/H2O的气相浓度
b、焦炭浓度和反应性
c、煤炭灰中的CAO和脱硫剂中的CAO的利用率
d、减少CO的措施:
e、加入二次风
f、加大炉膛上部和旋风分离器中烟气的扰动
g、使炉膛及分离器温度均匀
h、延长停留时间
i、减少对流过热器管束表面含碳飞灰的沉积
j、缩短吹灰间隔
 
8、提高分离器效率的方法:改善分离切向力;提高分离器入口的飞灰浓度;调整中心筒的筒径;
9、返料对分离器效率的影响;可以提高原料煤种的消耗水平,改善煤种、提高返料水平;增强内外循环的科学配置;内循环实现锅炉的运行水平;外循环实现锅炉燃烧效率;
通过上述环节的分析控制,可以实现CFB流化床锅炉在高硫燃料及设计工艺条件下指标的科学配置,达到高硫燃料的运行水平;经济水准得到更进一步的优化,系统运行方式更加科学。
参考文献:    
(1)  西安交通大学出版社(锅炉)
(2) 中国建筑工业出版社  锅炉及锅炉房设备(第四版)
(3) 中国电力出版社    循环流化床锅炉理论设计与运行
(4) 清华大学出版社    循环流化床锅炉设计与计算
作者:郭伟