大型CFB鍋爐脫硫優(yōu)化試驗研究

任 杰，李世明，任 飛

（1.內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，呼和浩特010020；2.神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司 矸石發(fā)電公司，鄂爾多斯010030）

隨著新的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的推行，各發(fā)電集團對鍋爐脫硫指標(biāo)更加關(guān)注，希望在現(xiàn)有系統(tǒng)基礎(chǔ)上，優(yōu)化運行參數(shù)，最大程度地降低污染物排放量，迫切要求對脫硫系統(tǒng)進(jìn)行工藝優(yōu)化。

影響CFB鍋爐脫硫效率的因素很多，鈣硫比（n（Ca）／n（S））、鍋爐床溫、爐膛內(nèi)氧濃度、脫硫劑的顆粒度、原煤含硫量、床內(nèi)風(fēng)速、SO2在爐膛內(nèi)停留時間、負(fù)荷變化、爐膛壓力等對脫硫效率均有影響［1］，這些因素之間的協(xié)同作用也會影響脫硫效率。因此最佳的脫硫條件不能用簡單的方法確定，需要對不同取值的這些因素進(jìn)行組合，然后通過試驗從脫硫結(jié)果的比較中找到最佳工況。鍋爐實際運行經(jīng)驗表明：鈣硫比、石灰石粒徑和鍋爐床溫是影響脫硫效率的主要因素［2］。筆者將對每個因素安排3個“水平”，并通過正交設(shè)計來安排試驗。

正交試驗就是將各個因素與各個“水平”均勻地搭配起來進(jìn)行試驗，這里的“水平”是指在某因素的允許變化范圍內(nèi)所選擇的試驗點，正交試驗是通過一種規(guī)格化的正交表進(jìn)行的。假設(shè)某個試驗有5個因素，每個因素取4個“水平”，做全面試驗需要1 024次，而采用正交表安排試驗只需要16次試驗。由于正交試驗中每個因素的各個“水平”在試驗中出現(xiàn)相同的次數(shù)，每個因素中各個“水平”間的搭配在試驗中也出現(xiàn)相同的次數(shù)，所以正交試驗是具有代表性的試驗。

1 試驗主要設(shè)備

1.1 鍋爐容量和參數(shù)

試驗鍋爐型式：單汽包自然循環(huán)、CFB鍋爐、單爐膛、固態(tài)排渣。

試驗鍋爐參數(shù)：

鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（B-MCR） 1 177t／h

過熱器出口蒸汽壓力 17.4MPa

鍋爐熱效率（以低位發(fā)熱量計算） 90%

脫硫效率 90%

鈣硫比 2.5

石灰石耗量 18.33t／h

1.2 試驗用煤和石灰石

試驗期間采集電廠所用石灰石樣，用化學(xué)分析法進(jìn)行分析石灰石中w（CaCO3）為90.0%，石灰石純度較高。采用該種石灰石進(jìn)行脫硫，能夠很好地滿足CFB鍋爐脫硫的要求。

試驗期間先后采集入爐煤2份，入爐煤w（Sar）分別為0.45%和0.38%。

2 試驗工況及結(jié)果

2.1 確定試驗因素及水平

300MW CFB鍋爐脫硫系統(tǒng)鈣硫比、石灰石粒徑和鍋爐床溫三個因素對脫硫效率影響明顯。在進(jìn)行正交試驗時，每個因素分別取高、中、低3個值，按照正交法開展試驗。正交試驗的目的是通過盡可能少的試驗次數(shù)尋求這三個因素的最佳參數(shù)組合，使鍋爐排煙中SO2的質(zhì)量濃度最小，并希望得出各因素在“水平”變化時試驗指標(biāo)的變化趨勢。

根據(jù)CFB鍋爐實際運行參數(shù)，確定各因素的試驗“水平”，匯總見表1。

表1 各因素的試驗“水平”匯總

根據(jù)因素個數(shù)與各因素的“水平”數(shù)確定正交試驗工況表，見表2。

表2 正交試驗工況表

按照表2所列工況進(jìn)行試驗，在除塵器入口煙道測得各工況下的SO2質(zhì)量濃度m（SO2）。試驗中過量空氣系數(shù)α＝1.4，測定的原煙氣和凈煙氣中m（SO2）值均轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、干煙氣中的數(shù)值。

2.2 試驗結(jié)果及分析

試驗結(jié)果見表3。

表3 試驗結(jié)果

直觀分析見表4，其中K1、K2、K3是各因素同一“水平”（“水平”1～“水平”3）試驗結(jié)果之和；K1，avg、K2，avg、K3，avg是各因素在“水平”1、“水平”2、“水平”3的試驗平均值；S是極差，是三個因素各“水平”上最大平均值和最小平均值之差。

表4 直觀分析 mg／m3

從表4可以看出：因素一（鈣硫比）的極差最大，其次是因素二（石灰石粒徑），最小為因素三（床溫）；按對試驗指標(biāo)影響的大小排序為鈣硫比、石灰石粒徑、床溫。從 Ki，avg（i＝1，2，3）看：對于因素一，“水平”3得到的結(jié)果最優(yōu)；對于因素二，“水平”1得到的結(jié)果最優(yōu)；對于因素三，“水平”2得到的結(jié)果最優(yōu)。實際試驗號7的工況接近最優(yōu)方案，但在因素三（床溫）上有差別，這說明由正交試驗得出的最優(yōu)工況可能是并沒有進(jìn)行試驗的工況，這也體現(xiàn)了正交試驗的優(yōu)越性。

2.3 追加試驗

根據(jù)正交試驗直觀分析結(jié)果，追加最優(yōu)工況（鈣硫比2.5、石灰石粒徑0.5mm、床溫900℃）的試驗3次，測量鍋爐排煙中m（SO2）質(zhì)量濃度值，得到m（SO2）平均值117mg／m3。

3 結(jié)語

正交試驗、極差分析是一種科學(xué)地安排多因素多“水平”試驗的數(shù)學(xué)方法，它具有信息量豐富、試驗工作量小、試驗費用低等特點。從上述試驗和分析中可得出如下結(jié)論：

（1）在鈣硫比（因素一）、石灰石粒徑（因素二）和鍋爐床溫（因素三）三個因素中，鈣硫比對脫硫效果的影響最大，其次是石灰石粒徑。

（2）鈣硫比越大，脫硫效果越優(yōu)；石灰石粒徑越小，脫硫效果越優(yōu)；鍋爐床溫為900℃時脫硫效果最優(yōu)。

（3）當(dāng)鈣硫比為2.5、石灰石粒徑為0.5mm、鍋爐床溫為900℃時脫硫效果最佳。

（4）只要在運行中正確、合理地控制各種運行參數(shù)，就能有效地提高脫硫效率，減少污染物的排放。

［1］何大闊，王福利，李振中.循環(huán)流化床煙氣脫硫效率的研究［J］.動力工程，2005，25（4）：582-586.

［2］馬林轉(zhuǎn)，寧平，卿春.循環(huán)流化床鍋爐脫硫的試驗研究［J］.環(huán)境工程，2005，23（5）：47-50.