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1、循环流化床锅炉添加石灰石脱硫对锅炉效率的影响上海锅炉厂有限公司 周一工内容摘要要 本文文阐述了了循环流流化床锅锅炉添加加石灰石石脱硫对对锅炉效效率的影影响，指指出了影影响因素素，并定定量分析析了各种种影响因因素的影影响程度度。关 键 词 循环环流化床床锅炉 石石灰石脱脱硫 锅炉炉效率 影影响因素素0. 前言循环流化床床锅炉发发展的核核心问题题是环保保问题和和效率问问题，即即在保证证效率的的同时，降降低污染染物排放放。目前前，对循循环流化化床锅炉炉环保问问题的研研究已进进行得非非常深入入，不仅仅对低NNOX排放、炉炉内石灰灰石脱硫硫等重大大问题有有了深入入的了解解，而且且对N22O、CCO、CC
2、XHY等原来来不太被被人们重重视的问问题也给给予了充充分关注注，同时时，对如如何保证证和提高高循环流流化床锅锅炉效率率也有了了一定的的认识。但但是，添添加石灰灰石脱硫硫对循环环流化床床锅炉效效率的影影响目前前仅有一一些定性性的认识识，尚未未进行过过定量分分析。本本文将对对这一问问题进行行专门研研究。1. 添加石灰灰石脱硫硫的石灰灰石投入入量计算算首先，我们们列出石石灰石脱脱硫的化化学反应应方程式式：CaCO33 CaaO + COO2CaO + SOO2 + 1/22 O22 CaSSO4理论上讲，加加入1mmol(1000g) CaCCO3后，将将减少11moll(644g，或或0.0022
3、44Nm33) SSO2，多消消耗0.5 mmol(16gg，或00.01112NNm3) OO2，多生生成1mmol(44gg，或00.02224NNm3) CCO2。但是，从炉炉内的实实际工况况考虑，以以上两个个化学反反应都是是不能全全部正向向完成的的。为将将其量化化，存在在Ca/S（摩摩尔）比比和脱硫硫效率两两个衡量量参数，即即在一定定Ca/S比下下脱硫效效率为hmm。在考虑脱硫硫的情况况下，加加入炉内内的CaaCO33重量为为：B CaCCO3=(1000/332)(Caa/S)(Saar/1100)Bj kg/h其中： SSar为为收到基基硫份； BBj为给给煤量，kkg/hh。注意
4、：这里里指的是是CaCCO3重量，而而非石灰灰石重量量。石灰灰石重量量应为：BS = B CCaCOO3hCaCCO3 =(1100/32)(Caa/S)(Saar/1100)BjhCaCCO3 kkg/hh其中：hCaaCO33为石灰灰石中CCaCOO3含量。说明：以上上进行的的石灰石石投入量量计算中中未考虑虑煤灰中中金属氧氧化物的的自脱硫硫能力，也也未考虑虑石灰石石中MggO、FFe2O3等金属属氧化物物参与脱脱硫的影影响，原原因是总总体上它它们对炉炉内脱硫硫反应的的影响不不大，所所以将它它们作为为计算裕裕量。但但是，在在使用MMgCOO3含量较较高的白白云石作作脱硫剂剂时，需需考虑它它对
5、脱硫硫的影响响。2. 添加石灰石石脱硫对对入炉热热量的影影响添加石灰石石脱硫的的热化学学反应包包括CaaCO33煅烧的的吸热反反应和硫硫酸盐化化反应的的放热反反应两部部分，其其热化学学反应方方程式如如下：CaCO33 CaaO + COO218830 KJ/kg CaCCO3CaO + SOO2 + 1/22 O22 CaSSO41551411 KJJ/kgg S显然，CaaCO33煅烧热热损失 qqCaCCO3 = BB CaaCO331.883105Bjj Qaar,nnet,p %硫酸酸盐化放放热 qqCaSSO4 = Sarrhm1.55106Qaar,nnet,p %其中：Qaar,
6、nnet,p为燃燃料低位位发热量量，KJJ / kg。需要注意的的是，以以上的计计算是以以CaCCO3给料量量，而不不是石灰灰石给料料量为基基准的。另另外，在在石灰石石中含有有少量MMgCOO3，一般般情况下下，含量量很少（小小于5%），可可忽略不不计。但但是，在在使用MMgCOO3含量较较高的白白云石作作脱硫剂剂时，需需考虑这这部分的的热量变变化。MMgCOO3煅烧反反应的热热化学反反应方程程式：MgCO33 MggO + COO211180 KJ/kg MgCCO3因此，MggCO33煅烧热热损失 qq MggCO33 = B MMgCOO31.118105Bjj Qaar,nnet,p
7、%其中：B MgCCO3为为 MggCO33给料量量，kgg/h 。3. 对灰渣物理理热损失失的影响响加入石灰石石后灰渣渣物理热热损失（qq6）的变变化包括括飞灰和和大渣两两部分。严严格地说说，飞灰灰部分因因加入石石灰石引引起的热热损失应应计算在在排烟热热损失中中（即排排烟焓发发生变化化）。为为了计算算方便，我我们将其其统一归归于灰渣渣物理热热损失中中，并将将加入石石灰石后后增加的的灰渣物物理热损损失称为为附加灰灰渣物理理热损失失（q66）。q6=1000as(ctt)1+(11- aas ) (ctt)2 BBSBjj Qaar,nnet,p %其中：ass为石灰灰石飞逸逸份额；(cct)1
8、1为排烟烟温度下下的飞灰灰焓，KKJ / kgg；(cct)22为排渣渣温度下下的灰渣渣焓，KKJ / kgg；BSS为石灰灰石脱硫硫反应后后的重量量，kgg。床内脱硫反反应后，石石灰石组组份变化化引起了了重量变变化。向向炉内加加入的石石灰石主主要成分分是CaaCO33(1000g/moll)，经经分解反反应和硫硫酸盐化化反应后后主要成成分变为为CaOO(566g/mmol)和CaaSO44(1336g/moll)。另另外，石石灰石中中CaCCO3以外的的物质在在炉内也也可能存存在复杂杂的化学学反应过过程，但但因各种种成分反反应后重重量有增增有减，总总体变化化不大，含含量又相相对很少少，所以以
9、在重量量计算中中可以认认为它们们是惰性性的。反反应后石石灰石的的重量BBS为：BS= (1- hCaCCO3) BSS + h CaCCO3 BS (56/1000)(Ca/S) -hm + (1136/1000) hmm/(Ca/S)4. 对排烟热损损失的影影响添加石灰石石脱硫对对排烟热热损失的的影响可可分为两两个方面面，一是是脱硫反反应使烟烟气量增增加，造造成排烟烟热损失失的增加加；二是是脱硫后后烟气露露点温度度下降，可可使设计计排烟温温度降低低，从而而减小排排烟热损损失。4.1 烟气量增加加造成排排烟热损损失增加加的计算算计算脱硫反反应使烟烟气量增增加造成成排烟热热损失的的增加，最最重要
10、的的是要计计算出烟烟气容积积的变化化。4.1.11 烟烟气容积积计算的的经典公公式根据前苏联联热力计计算标准准（19957年年版和119733年版），燃燃烧产物物计算的的经典公公式如下下：理论空气量量 VV0=0.08889(CCar+0.3375SSar)+0.2655Harr-0.03333Oaar理论氮容积积 VV0N2=00.799V0+0.8Naar/1100三原子气体体容积 VROO2=11.8666(CCar+0.3375SSar)/1000理论水蒸汽汽容积 V0H2OO=0.1111 Haar+00.01124WWar+0.001611V0水蒸汽容积积 VVH2OO= VV0H
11、2OO +00.01161(a -11)V00理论烟气容容积 V00t= VV ROO2+ V0N2+ V0H2OO烟气容积 Vt= V RRO2+ V00N2+ VH22O+(a -11)V00以上的计算算公式是是对燃料料燃烧特特性的一一般规律律进行理理论总结结的基础础上得出出的，因因此，对对于不加加石灰石石脱硫的的循环流流化床锅锅炉，以以上的计计算公式式基本是是适用的的。但是是，循环环流化床床锅炉内内加入石石灰石后后，打破破了炉内内的气体体平衡。4.1.22 加加入石灰灰石对烟烟气容积积的影响响首先，我们们研究一一下加入入石灰石石后几种种气体成成分的实实际变化化情况：CaCO33的分解解反
12、应生生成COO2的容积积为：VCO2=(222.4/1000)(Caa/S )(Saar/1100) NNm3/kgg脱硫反应使使SO22容积减减少了：VSO2= hm(222.4/32)(Saar/1100) Nm33/kgg脱硫反应将将消耗OO2容积为为：VO2= hm(222.4/32)(Saar/1100)/2 Nmm3/kgg脱硫反应消消耗O22的空气气容积为为：Vair=(1000/221)hm(222.4/32)(Saar/1100)/2 NNm3/kgg另外，还有有一个因因素不能能忽视，就就是石灰灰石的含含水量WWS对水蒸蒸汽容积积的影响响。从分分析可以以得出，11kg燃燃料将
13、增增加水蒸蒸汽容积积：VH2O=(222.4/18)(Caa/S)(Saar/1100)(WS/1000) NNm3/kgg下面，我们们可以得得出加入入石灰石石后的燃燃烧产物物计算公公式：理论空气量量 DDV0= VV0+ VVairr =00.08889CCar+(0.03333+00.01167hmm)Saar+00.2665Haar-00.03333OOar理论氮容积积 DDV0N2=00.799DV00+0.8Naar/1100三原子气体体容积 DVRRO2= VRRO2+ VCCO2 - VVSO22 =00.0118666Carr+00.0002244(Caa/S)+0.0077(
14、1-hm)SSar理论水蒸汽汽容积 DV0H2OO=V0H2OO+ VVH2OO =00.1111 HHar+0.001244Warr+0.01661DVV0+0.00001244(Caa/S)SarrWS水蒸汽容积积 DDVH22O= DV0H2OO+0.01661(a -1)DV0理论烟气容容积 DVV0t= DVVRO22+ DVV0N2+ DV0H2OO烟气容积 DVt= DV RRO2+DV0N2+ DVH22O+(a -11)DVV04.1.33 锅锅炉出口口当量过过量空气气系数addl的计计算用上面的公公式可求求出加入入石灰石石脱硫前前后一定定过量空空气系数数下锅炉炉出口（即即空
15、气预预热器出出口）烟烟气容积积的变化化。以此此为基础础，可计计算出加加入石灰灰石情况况下的当当量过量量空气系系数adll（即将将加入石石灰石情情况下的的烟气容容积DVVt折算到到不加入入石灰石石时的过过量空气气系数）。DVt= DDV RRO2+DV0N2+ DVH22O+(a -11)DVV0= VV ROO2+ V0N2+ VH22O+(adl -1)VV0adl= 11+( DVV ROO2 -V RRO2) +( DVV0N2 - V00N2) +( DVH22O - VHH2O) +(a -11)DVV0VV04.1.44 加加入石灰灰石脱硫硫前后排排烟热损损失计算算 加入石灰石石脱
16、硫前前排烟热热损失计计算加入石灰石石脱硫前前排烟热热损失 q22=( Iyxx - a I0)(1100- q44)QQar,nett,p其中：Iyyx为锅锅炉出口口过量空空气系数数a及排烟烟温度yx状况况下的烟烟气焓；I00 为冷冷空气理理论空气气焓；q44 为机机械不完完全燃烧烧热损失失。 加入石灰石石脱硫后后排烟热热损失计计算加入石灰石石脱硫后后排烟热热损失 q22=( Iyxx - a dll I0)(1100- q44)QQar,nett,p其中：Iyyx为锅锅炉出口口当量过过量空气气系数a dl及及排烟温温度yx状况况下的烟烟气焓。显然，q22与q2的差就就是脱硫硫反应使使烟气量量
17、增加造造成的排排烟热损损失增加加。4.2 烟气露露点温度度降低减减小排烟烟热损失失烟气露点温温度tpp的计算算公式为为：tp =1125(SZSS)1/331.05EEXP(ayhh AZS)tk其中：SZZS为收收到基折折算硫份份； AZZS为收收到基折折算灰份份； ayyh 为为飞灰份份额； tkk 为烟烟气的水水蒸气露露点。加入石灰石石后，烟烟气露点点温度用用以上公公式计算算时，需需注意以以下几个个问题： 收到基折算算硫份应应考虑脱脱硫的影影响，即即： SZZS = (11-hm)SZSS = (1-hm)41886.88SarrQaar,nnet,p 收到基折算算灰份应应考虑石石灰石脱
18、脱硫产物物的影响响，即： AZZS = 41186.8(Aaar+1100 BS/Bjj)QQar,nett,p 飞灰份额应应考虑石石灰石飞飞逸份额额的影响响，即： ayyh = aayh(Bjj Aaar/1100) + asBS(Bj Aarr/1000+ BS) 烟气的水蒸蒸气露点点需考虑虑石灰石石含水量量的影响响。根据以上公公式，可可计算出出加入石石灰石脱脱硫前后后烟气露露点温度度下降的的数值，从从而分别别确定加加入石灰灰石脱硫硫前后合合适的排排烟温度度，并以以此计算算出加入入石灰石石后排烟烟热损失失减小的的数值。但是，烟气气露点温温度下降降并不构构成排烟烟温度降降低的必必然结果果。在
19、不不加入石石灰石脱脱硫而具具有较高高烟气露露点温度度的情况况下，也也可以采采用其它它方法降降低排烟烟温度，如如加装暖暖风器、末末级空气气预热器器采用耐耐腐蚀钢钢、采用用热管空空气预热热器等。可可是，以以上这些些降低排排烟温度度的方法法不可避避免地造造成初投投资增加加。因此此，从深深层次分分析，加加入石灰灰石脱硫硫降低烟烟气露点点温度以以减小排排烟热损损失不仅仅是一个个锅炉热热效率问问题，而而且是一一个复杂杂的综合合经济性性评价问问题。5. 定量分析结结果用以上计算算方法，我我们对二二十多种种燃料进进行了计计算和定定量分析析，得出出以下结结论：5.1 石灰石煅烧烧吸热和和硫酸盐盐化反应应的放热热
20、是影响响循环流流化床锅锅炉效率率的最主主要因素素。综合合两个热热反应，锅锅炉效率率是升高高的。燃燃料含硫硫量越高高，锅炉炉效率升升高越多多。对于于含硫量量4%以以上的高高硫燃料料，锅炉炉效率升升高可达达一个百百分点以以上。5.2 加入石灰石石引起的的附加灰灰渣物理理热损失失也是影影响循环环流化床床锅炉效效率的重重要因素素。燃料料含硫量量越高，附附加灰渣渣物理热热损失越越大。对对于含硫硫量4%以上的的高硫燃燃料，附附加灰渣渣物理热热损失造造成的锅锅炉效率率降低可可接近00.8个个百分点点左右。5.3 加入石灰石石引起的的烟气量量增加造造成排烟烟热损失失增加对对循环流流化床锅锅炉效率率的影响响相对
21、较较小。其其影响程程度也与与燃料含含硫量密密切相关关。燃料料含硫量量越高，影影响程度度越大。对对于含硫硫量4%以上的的高硫燃燃料，烟烟气量增增加造成成的锅炉炉效率降降低约为为0.110.15个个百分点点。5.4 如不计入脱脱硫后因因烟气露露点温度度下降使使设计排排烟温度度降低而而减小的的排烟热热损失，加加入石灰灰石脱硫硫对循环环流化床床锅炉效效率的影影响是很很小的。计计算结果果表明，大大多数燃燃料加入入石灰石石后循环环流化床床锅炉效效率有较较小的升升高，升升高幅度度最大的的约为00.1550.2个百百分点。5.5 加入石灰石石脱硫对对烟气露露点温度度有很大大的影响响。含硫硫量小于于1%的的低硫
22、煤煤，烟气气露点温温度下降降1020；含硫硫量13%的的中硫煤煤，烟气气露点温温度下降降2035；含硫硫量大于于3%的的高硫煤煤，烟气气露点温温度下降降3550。参考文献献1. 岑可法等，循循环流化化床锅炉炉理论设设计与运运行，中中国电力力出版社社，199982. P. 巴苏苏、S. A. 弗雷雷泽，循循环流化化床锅炉炉的设计计与运行行，科学学出版社社，199943. 冯俊凯、沈沈幼庭，锅锅炉原理理及计算算，科学学出版社社，199924. 锅炉机组热热力计算算标准，哈哈尔滨锅锅炉厂标标准化室室，19985. 55. 刘焕彩，流流化床锅锅炉的原原理与计计算，华华中理工工大学出出版社，119888【作者简介介】 周周一工，男男，19965年年生，119866年毕业业于清华华大学热热能工程程系，上上海锅炉炉厂有限限公司高高级工程程师，循循环流化化床锅炉炉主任设设计师。主主要从事事循环流流化床锅锅炉的设设计、研研究及超超临界压压力锅炉炉锅内特特性研究究，发表表论文550余篇篇，3次次入选国国际动力力会议，获获国家科科技成果果完成者者证书。171