循環(huán)流化床鍋爐運行分析以及脫硫技術熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-06-27 18:02 本頁面
【文章內容簡介】 用石灰石主要成分為CaCO3，噴入爐膛的CaCO3 高溫煅燒分解成CaO，與煙氣中的SO2 發(fā)生反應，生成CaSO4，從而達到脫硫的目的。石灰石在循環(huán)流化床鍋爐內的脫硫過程主要分以下三個步驟來完成：⑴ 石灰石的煅燒分解在進入爐膛后，當床溫超過其煅燒平衡溫度時，將發(fā)生煅燒分解反應：石灰石是一種致密的不規(guī)則結構，其孔隙容積和比表面積都很小，煅燒后首先生成多孔的CaO，一方面有利于存集反應產物，另一方面可以使反應氣體穿透至顆粒內部進行反應。煅燒過程中，石灰石顆粒內孔隙容積不斷擴大，比表面積不斷增加。⑵ 硫的析出和氧化燃料煤中的硫可以分為有機硫、黃鐵礦硫、硫酸鹽和元素硫四種形式，其中黃鐵礦、有機硫和元素硫是可燃硫，硫酸鹽硫是不可燃硫，元素硫的含量極少，而黃鐵礦硫和有機硫是燃煤中SO2生成的主要來源。有機硫在煤加熱至400℃時開始大量分解，黃鐵礦硫在300℃時開始失去硫分，在650℃以上開始大量分解，最終在遇氧氣等氧化性物質時逐步被氧化生成為SO2。有關實驗表明，煤在被加熱并燃燒的過程中，SO2 的析出呈現(xiàn)出明顯的階段性。前期的析出高峰是由于揮發(fā)分析出及著火而形成的，析出的時間會因床層溫度的升高而不斷提前，且SO2的析出速率較高；后期的析出高峰是對應于黃鐵礦硫形成的SO2，持續(xù)時間可達數(shù)分鐘，SO2的析出速率相對前期較低。煤中的硫以SO2形式析出的總轉化率很高，在1000℃時可達到90～95%。⑶ 硫酸鹽的生成由于MgO與SO2的反應速度很低，一般情況下可認為是惰性的，CaO將在有富余氧氣時與SO2發(fā)生如下硫酸鹽化反應：相關實驗研究表明：燃燒溫若小于800℃時，脫硫反應的速率很低，從而引起床料中石灰石捕獲SO2 的效果降低，難以達到有效脫硫；相反，當燃燒溫度過高(＞920℃)時，雖然反應速率很高，但脫硫效率反而會下降，原因是溫度過高，會引起石灰石顆粒的表面孔隙過早堵塞，而內孔物質未得到充分利用；同時，溫度過高時，顆粒表面會產生局部低氧和還原氣氛，使已經生成的CaSO4，重新分解為CaO并釋放出SO2，從而降低脫硫劑的利用率。大部分石灰石與白云石的孔隙率很低，%~12%內，但經過高溫煅燒后Ca0的孔隙率可以高達50%，為脫硫反應創(chuàng)造有利條件；由于爐內強烈的湍流混合與顆粒的沖刷摩擦，使得氣固傳質和接觸吸收反應效率很高．從而達到高的脫硫率。理論上，硫鹽化反應中CaO與SO2按照等摩爾進行，但通常循環(huán)流化床的鈣利用率只有20%~45%。這是因為脫硫產物CaSO3的摩爾體積（）比CaO()大，使孔隙堵塞阻止內部CaO的進一步反應。因此，即使經過很長的反應時間，鈣利用率仍然很低。循環(huán)流化床鍋爐的鈣利用率較低，即一半以上的脫硫劑沒有參與脫硫反應。為了將循環(huán)流化床鍋爐煙氣中的SO2脫除至90%以上，就需要增加石灰石用量，往往需要更高的鈣硫比（），有時即使增加鈣硫比也難以達到所要求的脫硫率。為了提高循環(huán)流化床脫硫的鈣利用率，國內外學者圍繞這一目標開展了廣泛的研究，主要體現(xiàn)在：對反應后的脫硫劑進行循環(huán)再利用，使爐內湍流運動強烈。 爐內噴入石灰石脫硫系統(tǒng)構成CFB鍋爐一般采用向爐內添加石灰石顆粒的方法來脫除SO2 ，只需要配置將石灰石粉（石灰石粉可以自己制備或外購）加入爐膛的輸送給料系統(tǒng)（通常采用氣力輸送），系統(tǒng)比較簡單。典型的石灰石添加系統(tǒng)。石灰石粉倉中儲存的石灰石粉，經過兩級緩沖倉后，由給粉機控制石灰石的下料量。由空氣壓縮機產生的壓縮空氣，通過射流混合器與石灰石粉混合，通過管道進行濃相輸送，從鍋爐爐膛二次風口附近或回料管位置，送入爐膛。 影響爐內噴入石灰石脫硫工藝的因素影響脫硫率的因素很多，主要因素是石灰石活性、床層溫度、鈣硫比和石灰石的粒度，此外還有床層高度、流化速度、石灰石性能、機械強度、含水量以及煤種、煙氣含氧量等。這些因素的綜合影響決定了脫硫率的大?。煌那闆r，主導導因素也不同。⑴ 吸收劑的反應活性與脫硫反應性能實驗室評價吸收劑的反應活性簡單的講，是指吸收劑與二氧化硫進行表面化學反應的難易程度，受石灰石成分和內部微觀結構等的影響。研究表明，煅燒后具有大的平均孔徑和大的比表面積，往往意味著更好的脫硫性能。大的孔徑可以延緩孔隙的堵塞，延長反應時間，而大的比表面積意味著更多的參與反應的面積。其中，大的比表面積對于脫硫性能具有更大的意義，往往煅燒后具有大的比表面積的石灰石具有更好的脫硫性能。⑵ 床溫硫酸鹽化的反應速度一開始隨溫度升高而升高，在800～850℃時達到最佳值。之后隨溫度升高，反應速度開始下降。這是因為氧化鈣的空隙被迅速生成的CaSO4堵塞，從而阻止了吸收劑的進一步反應。在更高的溫度下，CaSO4還會逆相分解放出SO2，進一步降低硫酸鹽化的化學反應速度。⑶ Ca/S摩爾比Ca/S摩爾比直接反映了加入爐內石灰石的相對量的多少。隨著石灰石量加入的增加，SO2與石灰石接觸反應的幾率增加，脫硫效率上升。但隨著加入石灰石量的繼續(xù)增加，對脫硫效率的提升逐漸減少。⑷ 氣相停留時間及爐膛高度SO2在爐內的停留時間越長，與吸收劑的接觸時間越長，越有利于SO2的脫除，但硫酸鹽化反應的速度取決于SO2的濃度。因此循環(huán)流化床增加爐膛高度以延長SO2停留時間對脫硫效果的促進左右是指數(shù)衰減的，在實際循環(huán)流化床爐膛內，氣體停留時間一般為2～5s，繼續(xù)提高爐膛對脫硫效果的改善作用很小。⑸ 固體停留時間、石灰石粒度及旋風分離器的效率由于吸收劑的硫酸鹽化速度較慢，對于中等粒度石灰石粉，其在循環(huán)流化床循環(huán)系統(tǒng)中停留時間對脫硫性能影響極大，停留時間越長轉化為CaSO4的程度也越大，但存在一個最大硫酸鹽化程度。固體顆粒的停留時間與固體顆粒的粒徑及旋風分離器的工作性能密切相關。顆粒越細，則表面積越大，吸收劑的可利用率越高；但如果太細，以至超過了分離器的分離粒徑，則吸收劑的利用會因停留時間太短而降低。煙氣脫硫工藝多達180種，然而具有工業(yè)應用價值的不過10余種。目前，在火電廠中常用的煙氣脫硫工藝有：濕式石灰石一石膏法脫硫、煙氣循環(huán)流化床脫硫、噴霧于燥法、爐內噴鈣尾部增濕活化法、海水法、電子束法、氨法、鎂法等。現(xiàn)有的煙氣脫硫工藝中，濕式石灰/石灰石洗滌工藝技術最為成熟，運行最為可靠，濕式石灰石石膏法煙氣脫硫技術目前在火電廠中應用最多，市場占有率達90%以上。濕式石灰石石膏法是利用石灰石(CaCO3)的漿液做吸收劑，吸收煙氣中SO2的方法，反應生成物是石膏，吸收SO2的反應主要發(fā)生在吸收塔內，SO2的脫除步驟分為：⑴ 向吸收塔下部的漿液池中加入新鮮的石灰石漿液。加入固態(tài)(s)石灰石，即可消耗吸收塔漿液中氫離子，也可以生成最終產物所需的鈣離子。石灰石在漿液中的溶解，是按照上述反應式進行，由化學過程（反應動力學過程）和物理過程（反應物從石灰石粒子中遷移出的擴散過程）決定?！?，這兩種過程一樣重要。當pH值較低時，有利于CaCO3的溶解，當若CaCO3含量過高，在最終產物和廢水中的CaCO3含量也都會增高，一方面增加了吸收劑的消耗，另一方面降低了石膏的質量。因此，在實際工程應用中，需求兩者的平衡點，選用既有利于石灰石的溶解又有利于SO2高效脫除的pH值范圍。⑵ 石灰石漿液由塔的上部噴入，并在塔內與SO2發(fā)生物理吸收和化學反應，最終生成亞硫酸鈣。在吸收塔內，煙氣中的氣相（g）SO2進入漿液中形成液相（aq），首先發(fā)生了如下反應。 在吸收塔中，～，所以進入水中的SO2主要以HSO3離子的型式存在。加入吸收劑CaCO3后，可以消耗氫離子，使反應向右進行。 ⑶ 亞硫
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