循環流化床( CFB)鍋爐采用流態化的燃燒方式，燃燒溫度一般在850℃—920℃，具有高脫硫效率、低NO：排放、高碳燃燼率、長燃料停留時間、強烈的顆粒返混、均勻的床溫、燃料適應性廣，造價遠低于同種容量煤粉鍋爐加脫硫或脫硝設備，是新一代的環保型綠色鍋爐。云南大唐國際紅河發電有限責任公司的1、2號爐是引進法國ALSTOM技術，由某鍋爐廠設計制造的HG-1025／17. 5-L. HM37型CFB鍋爐，分別于2006年6月3日和8月27日順利地通過168h滿負荷試運，投入商業運營。由于石灰石脫硫系統設計出力較小，不能滿足設計脫硫工藝要求，加之燃料市場的變化，設計煤種無法滿足供應，CFB鍋爐爐內脫硫效率一度受到質疑，但經過不斷的摸索，通過合理摻配，改用從卸煤溝添加石灰石方式，保證了石灰石給料量，循環流化床鍋爐的脫硫效率能夠達到設計值，確保了煙氣中SO2達標排放。
1、CFB鍋爐簡介
紅河發電有限公司投運的鍋爐燃燒側主要由褲衩型雙水冷布風板結構的爐膛、4個直徑約8m的高溫絕熱旋風分離器、非機械型單路自平衡式回料閥、對稱布置的4臺外置式換熱器、尾部對流煙道、四分倉回轉式空氣預熱器、冷渣器等7大部分組成，見圖1。爐膛溫度在830℃～900℃的之間，在此溫度下石灰石可充分發生焙燒反應，使碳酸鈣分解為氧化鈣，氧化鈣與煤燃燒產生的SO2進行鹽化反應，生成硫酸鈣，以固體形式排出達到脫硫的目的。300 MW CFB鍋爐設計數據見表1，該鍋爐不但可實現90%以上爐內高效廉價脫硫，而且較低的爐內燃燒溫度使爐中生成的NO2主要由燃料NO2構成即燃料中的N轉化成的NO2；而熱力NOx即空氣中的N轉化成的NO，生成量很小；同時300 MWCFB鍋爐采用分級送風的方式，即一次風從布風板下送人，二次風分2層從爐膛下部密相區送人，可以有效地抑制NO,的生成，因此CFB鍋爐的污染物排放很低，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料。
2、300 MW CFB鍋爐石灰石系統概況
外購買成品石灰石粉經密封罐車運至廠區內，通過罐車自帶的輸送設備送人設在廠區的石灰石粉庫見圖2，由倉泵將石灰石粉庫里的石灰石粉送至主廠房煤倉間內的石灰石粉倉，粉倉內的石灰石粉到中間倉計量后，再輸送到輸送器(2.0 m3)內，然后通過旋轉給料閥輸送至石灰石粉混合器，最后進入氣力輸送管線，由輸粉管線將石灰石粉送至鍋爐回料閥上的返料管線上，從爐膛前后分4點進入爐膛。每個石灰石粉給料管線上均有熱二次風作為正壓密封風，防止爐內正煙氣反竄。輸粉空氣由石灰石粉輸送風機供給，每臺爐設置2套石灰石粉輸送系統見圖3，設計輸送容量為26.4t/h，石灰石粉輸送系統由一級氣力輸送系統和二級爐前給料系統組成，每臺爐石灰石耗量為22t／h左右。
3、石灰石系統運行中出現的問題
(1)一級石粉系統的最大輸送能力為8t/h左右，不能滿足二級石粉系統大負荷26.4t／h左右運行。
(2)設計燃煤收到基全硫1.66%．石灰石按1. 7:1摩爾比投入，由于外部環境的改變，小龍潭煤廠實際來煤中收到基全硫較高在2%～5.0%之間（見表2），給鍋爐的穩定運行和石灰石合理摻燒帶來了很大困難。
(3)脫硫系統設計用石灰石中CaCC含量98. 41%．而石灰石粉化驗報告顯示石灰石中CaCn含量80%～96%，石灰石粉顆粒度較細大部分小于100um與設計值偏差大，較細石灰石粉沒參與反應就從尾部煙道逃逸，不僅脫硫效率降低，而且使粉塵濃度排放超標。
(4)二級石灰石系統堵管頻繁，石灰石粉在管道中易板結，石灰石旋轉給料閥易卡澀，造成下粉不暢。
4、優化措施
4.1優化配煤，降低入爐煤硫分
煤場存煤進行每周一次抽驗，煤場進煤提前進行化驗，并將根據收到基硫分進行分類存放，通過來煤煤質情況及煤場存煤情況來制定摻配原則，按照“安全第一、環保第二、經濟第三”的要求，采取加權平均法計算后配制煤種收到基全硫分必須小于2%、低位發熱量必須大于10MJ/kg，這既能滿足脫硫的要求將使煙氣中S02排放值達到國家標準，又能滿足鍋爐的燃燒和給煤系統的承受能力。經過探索采用小龍潭煤高硫煤、小龍潭煤低硫煤與新哨低硫煤進行配比摻燒，利用卸煤溝空數進行摻配，因為煤溝共有17空，且各空相對獨立，通過汽車運煤入空，能實現從0%～100%任意比例摻配，煤溝下來的煤經過葉輪給煤機的一次混合、五級轉運站的逐級混合和煤倉給煤機的最后混合，進入爐膛前，煤混合達到均勻。配煤中必須滿足下面約束條件（其中S：為硫分，Q:為低位發熱量，z為配煤質量比分比）
4.2根據配煤中硫分確定石灰石的摻配比例
(1)鈣硫摩爾比的確認
由于煤場來煤煤質和石灰石純度的不斷改變，為了達到這要求煙氣中S02排放不超標，必須改變石灰石的摻配比例。通過不斷的摸索和試驗，找出適合石灰石摻配的規律如表3所示。
(2)石灰石的摻配方法
由于原設計石灰石粉添加系統出力較小，不能完全滿足脫硫工藝要求。經過不斷探索，確定了輸煤石灰石粉給料系統改造方案。在卸煤溝中部改建2座石灰石粉料斗，料斗下部設手動閘板門、電動變頻給料機、皮帶接口。可通過變頻控制在2.5～50 Hz之間進行給料，給料通過落料管與甲、乙路1號膠帶機連接，皮帶上部設置導料槽，防止揚塵，通過對照葉輪給煤機運行轉速的給煤量，調整石灰石給料機頻率來實現調整石灰石摻燒比例，這樣使石灰石摻燒均勻。
4.3嚴格控制石灰石粉的質量，提高石灰石的有效利用
提高石灰石純度不僅可以降低石灰石耗量，而且有效提高脫硫效率，減小添加石灰石后對輸送系統及鍋爐運行帶來的不利影響。紅河發電有限責任公司設計石灰石純度為98. 4%，加強采樣與化驗，保證購買純度較高的石灰石。
脫硫劑的粒徑分布對脫硫效率有較大影響，粒徑大不能完全參與反應，由于1mol CaC03反應生成1 mol CaS04，1moI CaC0的體積是36.9cm3，而1molCaS04的體積是52.2 cm3，CaS04生成后體積膨脹形成一層密實的外殼，阻止了Ca0與S02的進一步反應。另一方面粒徑大的顆粒沉淪在爐膛底，部分還沒有來得及反應就和爐渣一起排除爐外。較小的脫硫劑粒度，脫硫效果較好，一方面脫硫劑粒度越小，對NOx的刺激作用越小，脫硫溫度可以相對稍高，燃燒更完全，脫硫效率也相對提高；另一方面減小石灰石顆粒的尺寸能增加其表面積，從而提高反應面積。但脫硫劑的粒度也不是越小越好，如果脫硫劑的粒度太小，不能參與CFB灰循環，只會增加其以飛灰形式的逃逸量，降低脫硫劑利用率，從而引起脫硫效率的下降，一般脫硫劑的平均粒徑不宜小于100um。循環流化床鍋爐石灰石粒徑一般采用0—2 mm，平均為100～500um見圖5，輸煤系統添加石灰石3mm以下的石灰石提前與煤粉進行混合，而且與循環物料一起多次循環反應作為主脫硫劑，爐內石灰石粉采用粒徑1mm以內的，便于提高反應速度用于短時超標調節。
4.4加強爐內脫硫設備的改造，提高其投入率
原來石灰石粉氣力輸送管道送至鍋爐8個回料閥腿進行添加，由于管道長短不一、石灰石粉分配不均，極易造成較長的石灰石管道堵塞，而且添加點處風壓高，熱煙氣容易反竄。經過摸索，現把氣力輸送管道直接改在刮板給煤機上，讓石灰石粉在未進入爐內就與入爐煤充分混合，其反應周期縮短。不僅縮短石灰石粉輸送管道的距離，而且輸送壓差增大，并且石灰石輸送管道上增加壓縮空氣，提高輸送壓力，有效地減少輸送管道堵管次數和石灰石給料機的堵轉次數。
5、優化調整，提高脫硫效率
5.1風量的影響
CFB鍋爐爐內脫硫反應主要是Ca0與S02反應生成相對惰性和穩定的CaS04固體，反應式如下：
爐膛下部密相區是處于缺氧狀態，如果加大一次風量和下二次風，S02在爐膛下部就與Ca0反應，延長SO2在爐內的停留時間，與脫硫劑的接觸時間就越長，越有利于S02脫除，減少S02排放量。另外爐膛下部密相區有大量的還原性物質CO氣體阻止CaS04的生成，如果風量加大還原性物質CO氣體就越少。風量不影響折算后的SOz排放，但調整風量會影響S02排放顯示值。
5.2爐膛溫度
爐膛溫度主要影響石灰石的煅燒和脫硫反應的進行。硫酸鹽化的反應速度一開始隨溫度的升高而升高，當床溫低于650℃時，石灰石的煅燒反應幾乎停止，溫度越低煅燒反應越慢，當溫度為850℃左右脫硫反應最佳，之后隨溫度的升高，反應速度開始下降，這是因為氧化鈣的孔隙被迅速生成的CaS04堵塞而阻止了脫硫劑的進一步反應，而且當溫度900℃以上后隨溫度的上升，CaS04會逆向分解出S02，進一步降低硫酸鹽化的化學反應速度。CFB鍋爐脫硫反應主要發生在二次風以上的爐膛內稀相區域，在滿足硫分摻燒的情況下應盡量控制分離器出口溫度不超溫900℃，不僅維持安全燃燒而且提高脫硫效率。
5.3穩定爐膛燃燒，降低瞬時超標次數。
開始啟爐階段，由于300 MWCFB鍋爐啟動時床料在630 t左右，并且都采用河沙或爐膛排除的渣，這樣在鍋爐啟動后的循環物料中脫硫劑就非常少，加之爐膛燃燒不穩，Ca0與S02反應率較低，S02排放濃度較高，但隨著爐膛中石灰石的加入，循環物料中石灰石的量累積越多，一部分參加爐內循環，一部分在旋風分離器的作用下參加外循環，這樣反復循環利用。機組帶負荷運行10 h后，在爐膛、回料閥和外置床的循環物料中脫硫劑的比例已經占相當大的一部分，從而有效地增加了脫硫劑與S02的表面，同時生成的CaS04保護膜也因為不斷在床內磨損而可能剝離，使石灰石的利用大大提高。
當單條給煤線檢修時，為了不影響負荷，調節爐膛兩側給煤量偏差導致鍋爐兩側燃燒不一致，而且為了穩定床壓給煤量小的一側風量較大燃燒充分，脫硫劑與SOz反應率高，另一側給煤量大而風量卻小燃燒稍弱，脫硫劑與S02反應較弱，這造成在調節兩側煤量偏差之初S02排放值波動較大，但經過30min后就恢復穩定。這就要求調節鍋爐兩側給煤量偏差時要緩慢調節避免爐內燃燒波動，并提前加大投入爐內石灰石，控制S02排放不超標。
當負荷一定煤質變化引起爐膛燃燒加強時，由于爐膛內燃燒工況變化，煤量減少風量減小、汽壓升高，引起SOz排放值瞬值增大，這時要提前調節，加大風量穩定燃燒，并根據鍋爐熱負荷變化提前投入石灰石。升負荷時也要緩慢調節，避免煤量大幅度波動，引起燃燒工況劇烈變化，S02排放值瞬值增大超標。
6、結束語
某臺國產300 MW CFB鍋爐，石灰石脫硫系統運行不正常，使S02的排放值達不到要求，經過不斷探索，加強燃煤摻配降低人爐煤硫分，以從卸煤溝摻配一定比例的石灰石為主，已經基本滿足了煙氣中S02排放指標要求，同時將爐內石灰石系統作為細調，在S02波動時期及時投入，使脫硫工作做到可控在控，達到國家標準排放要求，鍋爐的脫硫效率達94. 03%，這顯示該300 MW CFB鍋爐的高效脫硫效率，具有明顯的經濟效益、社會效益。
相關生物質鍋爐顆粒機產品：
1、生物質壁爐
2、秸稈顆粒機
3、木屑顆粒機
