韩  俊  杨  鹏  张  雷

（师宗煤焦化工有限公司）

摘  要  循环流化床锅炉以炉内喷钙干法脱硫技术为基础，以焦化厂富余焦炉煤气和甲醇驰放气掺烧为辅助脱硫方式，结合降低烟气氧含量减小大气污染物折算值的方法，探索多方位的脱硫技术综合应用，在不新建炉外脱硫设施的情况下，确保了师焦公司两座40t/h燃煤锅炉烟气二氧化硫达标排放。

关键词  循环流化床锅炉  炉内喷钙  燃气掺烧  氧含量  二氧化硫

1  前言

师宗煤焦化工有限公司为独立焦化厂，生产焦炭并利用焦炉煤气制甲醇，生产过程中产生富余煤气和甲醇副产驰放气。公辅系统安装2台40 t/h燃煤循环流化床锅炉，配套炉内喷钙干法脱硫设施，使用气力输送方式通过炉膛密相区独立设置的石灰石粉喷口进入炉膛，经过高温煅烧、扩散、反应、固硫，进行烟气脱硫。

师焦公司于2008年开始建设，锅炉烟气SO2排放限值按照900 mg/Nm3设计。运行中两台锅炉烟气SO2小时平均排放浓度分别为458 mg/Nm3、573 mg/Nm3，瞬间最大值可超过900 mg/ Nm3。2014年，国家发布新的《锅炉大气污染物排放标准》，SO2排放限值降低为400 mg/Nm3，原有脱硫设施已不能满足新标准，亟待改造。

师焦公司委托专业环保公司编制脱硫技术方案，各公司提供的方案均采用炉外湿法脱硫，项目的投资建设费用都超过1300万元，运行成本250万元/a以上，而且会产生新的废水和副产物，带来新的环保问题。因此，结合公司有富余煤气和甲醇驰放气、师宗地区有优质石灰石的特点，公司进行自主攻关，综合治理。

2  炉内喷钙脱硫试验及石灰石系统改造

以昆钢曲靖嘉华水泥厂生产的石灰石粉作为脱硫剂，在锅炉上开展试验，测试不同硫含量的燃煤在不同钙硫摩尔比条件下的脱硫效率和排放浓度，结果见表1、表2。

2.1  试验分析

（1）原石灰石系统的最大给料量约230 kg/h～300kg/h，系统出力小，导致Ca/S偏低。

（2）锅炉负荷波动引起入炉煤量、床温、氧含量等参数波动，不利于石灰石脱硫反应。

（3）脱硫效率与Ca/S呈正相关关系。

（4）提高Ca/S的方法除增加石灰石粉给料量外，可降低燃料含硫量，或提高燃料发热量，达到提高Ca/S的目的。

2.2  根据试验结果，改造石灰石系统，提高石灰石粉给料量

改造前，石灰石粉给料系统配置较复杂，包括电动插板、螺旋输送机、冲板流量计、手动插板、旋转给料阀等设备，设计额定给料量0.5t/h，最大连续给料量1.0t/h。由于装置密封点多易吸潮堵塞、螺旋输送机叶片多易卡涩，且冲板折向角度大、物料流动阻力大等原因，导致输送量达不到设计。

改造时，扩大储仓，取消螺旋输送机、插板和流量计，将旋转给料阀改造为变频调速，简化了系统。改造后，石灰石粉给料量可在0～2.25t/h范围内稳定调整，保障脱硫所需钙硫比。

3  锅炉掺烧燃气改造

3.1  热力计算的假定和校核

计算基本条件：烟气含氧量12%，驰放气低位发热量=10300kJ/Nm3，焦炉煤气低位发热量13704 kJ/Nm3，二氧化硫折算浓度400mg/Nm3，结果如表3。

表中，允许入炉煤量是可以稳定达到脱硫效果的入炉煤量。

由上表可知，燃气掺烧允许范围广，有利于实际运行中的调整，石灰石输送的余量大，可将Ca/S比从2.0提高至5左右，确保在煤质变化时有足够的调整范围，保证脱硫效率。

3.2  燃气掺烧改造实施

（1）在炉膛燃烧室的左右侧下排二次风口处，分别布置一台燃气掺烧装置，掺烧装置采用扩散式燃烧器结构，配风来自二次风。每台锅炉对称安装4个燃气掺烧装置。

（2）增加甲醇装置至锅炉房的驰放气管道，增加煤气管道，新增一个旋流式气体混匀装置，用于混合驰放气和煤气，使流化床锅炉可掺烧煤气、弛放气以及两者的混合气体。

（3）配套增加相应的吹扫管、快关阀、调节阀、控制系统和失电、灭火等联锁保护，设置防回火装置。所有控制阀门均采用气动阀门。

4  降低烟气含氧量改造

根据《锅炉大气污染物排放标准》，以标准状态下O2含量9 %的干烟气作为基准，将污染物浓度进行折算后作为排放考核指标。当烟气氧含量发生变化时，换算公式为：

SO2折算浓度= SO2实测浓度×（20.9-9.0）/（20.9-实际氧含量）

因此，锅炉排烟氧量对二氧化硫考核浓度影响大。

在炉内喷钙脱硫试验中发现，若钙硫摩尔比较高时，灰中的过剩CaO会降低水泥质量，使锅炉灰在水泥厂综合利用受到影响。因此，低氧燃烧除了降低烟气氧含量外，还需降低锅炉灰烧失量以及减少灰中过剩脱硫剂，确保锅炉灰综合利用。

4.1  布风板改造

原设计时，流化床布风板采用V型结构，排渣口在底部。中间床料较厚，所需流化风量较大。将布风板由V型结构改为水平结构，通过改变布风板上的连接管尺寸，将所有风帽布置在一个水平面上，使风帽上的料层高度一致，布风更均匀，所需流化风量减小。改造简图见图2。

4.2  风帽型式变更

原设计使用角顶式（蘑菇型）风帽存在易磨损、易漏渣的问题，导致锅炉长周期运行时不得不增加一次风量保证流化效果，造成烟气氧含量增加。根据各种风帽空气流动特性不同，重新选择迂回流动型风帽，如图3。

新选用的钟罩式风帽增加了芯管，具有防漏渣作用，风帽小孔数量和孔径不变，维持原有床层通流面积，风帽材质由ZG30Cr26Ni5NRe变更为ZG8Cr26Ni4Mn3NRe，降低碳元素含量，增加3%的锰元素含量，提高耐磨性。改进后，风帽和风孔不易磨损、堵塞，风帽的使用寿命从1年延长至3年以上。锅炉长周期运行时，流化状态保持良好，流化风量稳定在较低水平。

经过上述系列改进，锅炉运行一次风量从45000 Nm3/h下降至40000 Nm3/h，烟气氧含量可从15 %下降至12 %左右，大气污染物折算倍数从2.0下降至约1.3。

4.3  改进旋风分离器，提高物料分离效率

改造前，旋风分离器的分离效率低，导致锅炉循环灰量较少，灰的烧失量高，不得不通过增加运行风量来增加烟气量的方法提高烟气流速，加强离心分离作用，一定程度上导致烟气氧含量高。

经分析，造成这种现象的原因是分离器入口烟道面积较大，降低了切向入口烟气流速，且由于入口烟道宽度尺寸较大，烟气流向偏离中心筒切点，使分离效率降低。

根据旋风分离器进口尺寸的设计公式：ab=Vg/υi，在烟气量Vg不变的情况下，只有减小高a与宽b的乘积值，才可以提高分离器入口速度υi。因此，对锅炉旋风分离器进行改进，保持分离器进气口的高度不变，通过减少宽度减少流通面积，提高切向入口烟气流速。同时，调整进气切向角度，避免含尘烟气冲刷中心筒，增强对分离器筒壁的冲刷，增加烟气旋流，增强离心分离作用。

旋风分离器改造后，在运行风量不变的情况下，提高了分离效率，使未燃尽的燃料能返回炉内再次燃烧。燃料燃烧和石灰石反应更完全，锅炉灰的烧失量由14 %以上降低至11 %以下，脱硫剂过剩量下降，锅炉灰质量稳定达到水泥建材行业要求，稳定销售到昆钢曲靖嘉华水泥厂实现综合利用。

5  效果

（1）两台锅炉烟气SO2平均排放浓度由458 mg/Nm3、573 mg/Nm3降低至200.5 mg/Nm3、200.25 mg/Nm3，最高排放浓度低于400 mg/Nm3，达到了国家2015年10月执行的最新排放标准，使企业能合法合规生产。

（2）锅炉掺烧燃气后，可完全利用甲醇弛放气和富余的焦炉煤气，最大程度杜绝煤气放散，减少了动力煤消耗量。根据统计数据，吨蒸汽耗煤由0.255 t/t下降至0.185 t/t，年均减少动力煤（平均热值约3700 kcal/kg）消耗1.74万t，动力煤价格约460元/t，则产生经济效益约

460元/t×17 400t/年=800.4万元/年。

（3）提高了脱硫装置的可靠性和稳定性，达到脱硫效果的同时避免了产生新的污染物和固体废物。

（4）改造后，2台锅炉减少二氧化硫排放量约331t/a，减少排污费：

331 t/a×1000÷0.95×1.2=41.8万元/a。

（5）综合脱硫效率从50 %左右提高到80 %以上。

6  结语

本项目从2014年逐步开始攻关至2015年完成实施，整套脱硫技术应用至今，脱硫效果稳定达标且节能效果明显，明显提高了锅炉对煤质变化的适应性,降低了动力煤采购成本。实践证明，本套综合性脱硫技术可在类似焦化厂或其他化工企业锅炉上推广应用。

7  参考文献

[1] 朱国桢，徐洋.循环流化床锅炉设计和计算[M].清华大学出版社.2004.

[2] 蒋敏华，肖平.大型循环流化床锅炉技术[M].中国电力出版社，2009.