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单级料仓脱硫固化剂气力输送系统改造20t循环流化床CFB锅炉脱硫方

文章出处:admin 人气: 发表时间:2016-04-26

  人们的环保意识随着社会的进步以及经济的发展逐步提高,由于环保已经成为影响人们生活甚至生存的关键,因此,国家对于环保工作也越来越重视。由此,对于大气污染物的排放控制越来越严格,烟气达标排放不仅是大势所趋,更是势在必行。循环流化床锅炉随着技术的日益成熟,发展越来越快,并且它具有效率高、如何调节灵活、环保性好以及燃料适应性广等特点。

  随着国家对环保要求的不断提高以及环保电价政策的出台,国内很多拥有循环流化床锅炉的单位均转进改造或新加脱硫装置。由于CFB锅炉炉内脱硫效率遭人质疑,因此,环保部门仍旧要求采用循环流化床锅炉的电场进行锅炉尾气脱硫。脱硫在传统的粗槽炉内脱硫系统设计以及设备制造下效率很低,但消耗的脱硫固化剂却很大,即便采用廉价的石灰石脱硫也会明显增加发电成本。此外,脱硫固化剂品质会影响锅炉灰渣的综合利用,因此,很多电厂只能将灰渣当废品扔掉。CFB锅炉炉内脱硫系统优化设计方案的重点就是强化系统防堵设计、合理设置炉膛接口以及合理选择脱硫固化剂,其目的除了保证脱硫效率达到90%以上外,还能保证烟气达标排放以及综合利用灰渣。本文所说的石灰石泛指脱硫固化剂。

  循环流化床(CFB)锅炉炉内的稳定温度在870℃左右,这样的温度场使得其本身具有了炉内烟气脱硫条件,炉外的脱硫装置实际上是石灰石的制粉、存储和输送系统,并科学经济的选择脱硫固化剂。一般的电厂多采用外购的石灰石粉,并采用密封罐车运送到使用地,然后通过密封罐的气力卸料系统将石灰石粉卸至石灰石粉储仓,然后通过管道再送到炉膛内与SO2进行吸收反应。循环流化床脱硫石灰石的最佳粒度一般为0.2~1.5mm,平均粒径一般为0.1~0.5mm。当石灰石的粒度较大时就会使得其表面相对较小,从而降低了钙的利用率;目前我们多采用旋风分离器,而这种分离器只能分离出0.075mm以上的颗粒,小于这个粒径的颗粒不能重返炉膛,因此,降低了利用率,此外,还会影响灰的综合利用。外循环回路是由循环流化床以及与其分离和返料系统组成的,此系统保证了0.5~0.075mm的CaC2O3、CaO、CaS2O4等细颗粒随着炉灰一起不断的循环。这样以来,SO2就较容易扩散到脱硫剂的核心,由于反映面积增大,从而提高了循环流化床锅炉中石灰石的利用率。在循环流化床锅炉内,0.5~1.5mm粒径的颗粒通过内循环后被上升气流携带上升到一定高度后又会沿着炉膛四面墙贴壁流下后又落入流化床。循环流化床锅炉运行时,Ca/S在1.5~2.5之间时经济性最好。

  目前大多数电厂多选用石灰石作为脱硫固化剂,这是由于石灰石具有价格低廉、来源广泛并且脱硫效率高的优点。此外,石灰、氧化锌以及电石渣等也可以作为脱硫固化剂使用。但是必须注意,由于不同的脱硫固化剂最终产生的硫酸盐性能不同,因此,灰渣的最终综合利用性能也不尽相同。石灰石粉特性:粒度分布在20μm-1.5mm之间,差别较大;堆积密度较大,一般为1.3t/m³左右;研磨后的石灰石粉硬度较高;容易沉积;对压缩空气分子的亲和力较差,但是逸气性较强;对输送管道的磨损较大;吸水性高且粘度大;气力输送的悬浮速度梯度较大,流态化性能差,气力输送的状态极不稳定(属于难输送物料);容易吸潮板结而造成堵管。石灰石系统投运后出现的主要问题:输粉时采用的压缩空气中带水,造成石灰石受潮而结块;投入石灰时,床温下降的同时床压则迅速上升;由于送粉管细长,因此,中途弯头部位容易堵塞;冷渣器排渣量较大。

  由于原设计无脱硫设备,大气污染物排放严重超标,不符合环保要求。为了适应生产和环保的需要,对该污染点进行全面治理改造,每台锅炉配套增加一套炉内喷钙直接脱硫装置,使SO2排放标准达到国家环保标准。循环流化床燃煤蒸汽锅炉,使用燃料煤为露天矿生产的劣末煤,其主要参数如下:

  燃料煤粒度:0~13mm;

  燃料煤发热量:≥16344KJ/kg(3910Kcal/kg);

  燃料煤散密度:0.83~0.95g/cm³;

  灰分≥35.44%;

  灰熔点≥1500℃;

  含硫量≤0.48%。

  年平均温度5.3~7.6℃,最高气温达39.4℃,最低气温为-34℃,属大陆性气候,冬季时间长且寒冷,夏季短且酷热,白天与夜间的温差较大;年平均降水量为408mm,月平均降水量为247mm,最大降水量为37mm;最大降雪深度150mm,最大冻结深度1490mm;年蒸发量为1824.7~2896.1mm;海拔高度:1300m;该地区的地震等级为7级;煤尘大,春季风沙大,最大风速23m/s;设备在锅炉房内条件下使用。供电电源380V±5%,50HZ±1%电源。

  锅炉燃烧方式:外循环流化燃烧;通风方式:微负压平衡通风,配有一次风、二次风、播煤风。送煤方式:螺旋输送机给煤。点火方式:床上点火。脱硫设备技术工艺流程主要包括三部分:粉仓系统、加料系统、控制系统。

        石灰石输送系统:采用单级料仓连续输送系统。外购满足要求的石灰石粉,活性石灰石粉中CaCO3的含量>85%;石灰石粉颗粒直径应在74μm-150μm之间,由密封罐车运到使用地点,石灰石粉通过密封罐车上的气力卸料系统卸到储仓。在石灰石粉储仓的底部安装气力输送系统,使得石灰石粉由高压空气通过管道注解输送到炉膛进行SO2吸收反应。采用连续运行的方式,每套输送系统正常出力应不小于一台锅炉燃用设计煤种最大出力时炉内脱硫所需石灰石粉量的150%。单级料仓标高设计为0米层发送,输送动力气源为每台锅炉配单独罗茨输送风机。根据现有循环流化床锅炉通风系统为一次风、二次风和播煤等风,通过计算炉内通风压力、流量以及各风与炉膛接口的标高、数量,最终确定为入口并入二次风炉内风道。

  系统特点:系统由螺旋计量给料装置、自控旋转给料阀、气化风机、罗茨输送风机、加热器以及管道分配器等组成。采用针对循环流化床锅炉脱硫专门研制的气化装置,根据锅炉的运行工况通过变频电机实现无级调速控制,这样可以实现石灰石粉能够定量连续并均匀的送入锅炉炉膛。

  直接连续输送系统与常规间断输送相比具有以下优点:

  ①由于给料均匀连续,从而提高了输送的可靠性;

  ②投资成本低:由于一级输送具有设备少、耗气小以及降低投资等,便于优化布置;

  ③系统出力调节方便、调节范围大:通过称重模块可清楚知道系统出力,通过变频电机无级调速,调整系统出力;

  ④可靠性高:由于设备少,因此降低了故障概率从而减少了维护量;

  脱硫系统基本参数脱硫工艺:炉内喷钙脱硫法。脱硫效率:60%-80%。出口二氧化硫浓度:≤400mg/Nm³。年产生二氧化硫量:150t/a。年消减二氧化硫量:118.1t/a。年排放二氧化硫量:31.9t/a。主要脱硫剂:活性石灰石粉。

  活性石灰石粉质量要求:石灰石粉中CaCO3的含量>85%;颗粒直径应在74μm-150μm之间(110目-200目之间,最好是180-200目);过筛率>90%以上,就是200目的,筛余量应小于10%。脱硫装置可利用率:≥95%。

  系统控制方式:PLC系统自动/手动结合实现自动喷钙、自动计量脱硫剂的控制方式。气力输送泵:电机4KW。输送罗茨风机:进口流量9.85m³/h,升压58.8kpa。气化罗茨风机:进口流量4.15m³/h;全压:升压58.8kpa。气化装置风量:0.1M³/min;全压:压力小于1公斤。闸板阀、电磁阀、压力表、法兰等(每种多台);锁气器:功率0.55KW。冲板流量计:流量范围0.1-1.0t/h。空气加热器型号:尺寸200*1000,碳钢温度0-100,连接口径DN100,加热功率15KW,电压380V。风机出口压力变送器:0-0.6MPA。各种不同规格管道、管件、支架等:配电及控制系统(含配电柜、控制柜、PLC柜、操作台、一次元件、二次仪表、电缆桥架、动力电缆、控制电缆、补偿导线等)。工控机、21#液晶彩显器、电脑桌椅等:1套。

  与两级料仓相比,采用单级料仓连续输送系统虽然简化了系统并降低了投资,但由于其气源和发送方式的选择性较大,因此,为了进一步提高系统的可靠性,还需要进一步优化设计。根据现有循环流化床锅炉的具体情况和系统设计特点,燃烧特性为微负压燃烧,易尽量减少炉内新增压力,故将料粉吹入口设于二次风炉内风道,其吹入口与二次风形成三通状,利用二次风吹入时形成的喷射效应,有效减少输送风机风压和风量,避免炉膛内温度下降过大,影响锅炉燃烧效率。

  ①为了保证整个系统能够用热风吹扫,根据现场情况设计风加热装置。

  ②在螺旋计量给料装置上增加了防漏风措施。

  ③在料仓内壁上加设了高压热风气化板。

  ④在管道正压运行时,利用二次风形成喷射式供料器以维持吸料口微负压。

  ⑤对粉仓、设备以及管道进行保温设计,保证脱硫剂粉在潮湿情况下不结块,预防堵料的发生。

  输送动力气源除了选择单独罗茨风机外,也可以选择压缩空气、利用CFB锅炉热一次风、利用CFB锅炉高压流化风以及60-80KPa高压风。如果是电厂,首先应尽量利用电厂现有资源作为输送动力气源,最经济的方案就是利用CFB锅炉高压流化风和热一次风。在约15米层设置发送料装置并采用无中间仓的发送系统是采用热一次风作为输送动力气源的前提。

  本改造方案作为一个成功的案例,充分利用了锅炉二次风喷射效应。此外,单级料仓脱硫固化剂输送系统按照喷射给料机标高的不同又分为0米层和15米层。在15米层设置发送脱硫固化剂装置能够有效避免系统的复杂化并降低工程造价,采用CFB锅炉高压流化风或热一次风作为输送动力气源。为了避免系统复杂化、提高可靠性以及降低工程造价,在选用输送动力气源时尽量避免使用压缩空气而采用单独罗茨风机60-80KPa高压风或利用CFB锅炉高压流化风。因此,如果采用无中间仓发送系统,则在0米层设置单级发送装置并将其实际标高提升到5米以及在锅炉房附近布置粉仓。

  发送料装置采用料封泵作为发送料装置,还可以选择仓泵、强力喷射泵、喷射器以及仓螺体等。本改造没有设置中间仓,发送料系统按无中间仓划分为三种:具有一个中间仓、两个中间仓以及无中间仓的发送系统。发送料装置的选型、仓料干燥方式以及输送动力气源优化等都会影响系统的可靠性和实用性,为了选择一种更可靠更经济实用的方案必须进行综合考虑。最简单的系统当属无中间仓的发送系统,但是必须考虑仓料干燥方式以及料仓背压问题。

  脱硫固化剂气固两相流喷入CFB锅炉的位置会影响脱硫的效果。国内有多种CFB锅炉脱硫固化剂以及锅炉结构,并且不同制造厂不同容量的CFB锅炉接口的标高也不尽相同,因此,哪个接口方式能实现更好的脱硫效果是不能够一概而论的。但是为了使得充分煅烧后的脱硫固化剂粉与SO2接触反应,必须让脱硫固化剂从不同标高同时进入CFB锅炉炉膛内。在接口处设计三通式负压吸入口以考虑CFB锅炉背压对脱硫固化剂输送系统的影响。因此本设计改造吹入口设计于二次风炉膛内风道,利用二次风吹入形成的负压,将固化剂吸引流动吹入,其特点是避免固化剂堆积堵塞风道,减少气力输送吹入风压,有效降低炉膛冷空气进入量。

  解决仓内脱硫固化剂潮湿最简单的办法就是密闭,仓内出现背压波动或形成负压就会影响输送脱硫固化剂粉的可靠性。但是密闭的方式导致系统和控制更加复杂,并加大了操作和维护量,为了维持正压运行,方案在粉仓设计上采用热风。脱硫效率和灰渣的综合利用是脱硫固化剂优化选择重点考虑的两个方面。电厂选择脱硫固化剂的范围较广,但是消石灰等粒径0.2mm以下的细粉状物质不能作为CFB锅炉的脱硫固化剂。不同脱硫固化剂产生的硫酸盐性能不同,其会影响灰渣的综合利用。少量的脱硫添加剂不但能够有效地改变灰渣的品质,还能保证灰渣的有效综合利用,目前这种服务已经社会化。

  炉内喷/添钙脱硫是把钙基吸收剂如石灰石、白云石等喷或添加到炉膛燃烧室上部温度低于1200℃的区域(800℃-850℃),随后石灰石瞬时煅烧生成CaO,新生的CaO与SO2进行硫酸盐化反应生成CaSO4,并随飞灰在除尘器中收集。集中供热锅炉脱硫采用炉内喷钙脱硫技术,该法是较为常用的脱硫方法之一,在国内外成功应用。本方法有着工艺简单、脱硫效果显著、投资低、运行简便、运行费用较低等优点。该方案技术成熟,适用煤种不限,硫效率为60%-80%,采用的吸收剂为活性石灰石粉,吸收剂利用率为90%以上,副产物是固体硫酸钙随炉渣排弃。总之,如何成功改造现有循环流化床锅炉脱硫,除要充分考虑选用设备设施的经济性、适用性和可行性,还要有效利用现有锅炉所提供的有利条件,以进一步降低运行费用与投资费用。