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            循環流化床鍋爐脫硫系統運行分析

            發布者:河北誠譽環境工程有限公司發表時間:2018-04-25

              在電力行業迅速發展,測量方法與控制技術不斷進步,但是環境污染嚴重的今天,循環流化床鍋爐作為一種高效、清潔的燃燒技術,能夠有效實現超低排放,保護生態環境,成為電力事業發展的一個方向。然而,循環流化床鍋爐是一個大慣性、非線性、時變、多變量耦合的被控對象,同時脫硫效率受到各個方面因素的影響。因此需要對其脫硫過程和方法進行深入研究。

              1、循環流化床鍋爐脫硫機理
              目前,火電機組循環流化床鍋爐大致分為兩部分:第一部分由爐膛、分離器、返料裝置等組成,共同組成一個固體燃料循環外回路;第二部分是尾部對流煙道。設有過熱器、再熱器、省煤器、空氣預熱器等,這些都是火電機組的重要設備。循環流化床鍋爐的最大優點在于可以燃燒各種類型的煤,包括褐煤、煤矸石、生物質燃料以及廢物等。循環流化床鍋爐具體工作過程如下:
              首先,當煤與脫硫劑被送到鍋爐爐膛后,爐膛內的大量惰性高溫物料立馬將煤與脫硫劑包圍,并且著火燃燒,進而發生脫硫反應,同時,煙氣流上升且向爐膛上部運動,通過熱輻射、熱傳導、熱對流等傳熱方式對水冷壁和爐內受熱面放熱。其中,燃燒所需要的一次風、二次風分別從爐膛底部和側墻通過送/引風機送入。循環流化床鍋爐的燃燒室以二次風口為界可以分為兩個區域,二次風入口以下部分為大粒子還原氣氛燃燒區域,二次風口以上為小粒子氧化氣氛燃燒區域。
              以煤矸石為例,在這個過程中,當爐膛的過量空氣系數d≤1.0時,其中的可燃硫就能夠被氧化成為SO2,如果氧量充分時,0.5%-2%的SO2會進一步被氧化成SO3。在這個過程中,SO2析出也是受床溫、過量空氣系數、停留時間的影響。試驗表明,當循環流化床的床溫較高時,SO2的析出率也會升高:過量空氣系數α和一次風、二次風的比例決定了氧濃度。進而影響爐膛中各層含硫物質的分配;試驗數據表明,當0.1mm以下的煤顆粒在靜止床層中的析出率可以達到98%以上,需要180-200S的時間,同時隨著顆粒粒徑變大,時間也會延長。試驗表明,煤矸石中含硫量越高,過量空氣系數越大,則反應生成的S03也會越多。
              2、循環流化床鍋爐組合脫硫系統運行策略
              2.1 配置模式
              CFB鍋爐爐內脫硫+爐后煙氣CFB法兩級脫硫主要有3種配置模式。
              (1)CFB鍋爐爐內脫硫+預除塵+爐后煙氣CFB法脫硫(加石灰)。已在同煤電廠二期工程2×330 MW機組亞臨界CFB鍋爐中應用,燃用大同原煤及中煤與矸石混煤,采用“一爐一塔”系統配置,機組已通過168 h試運。其流程為:CFB鍋爐→一級電除塵器(除塵效率80%)→煙氣CFB脫硫塔→脫硫低壓回轉脈沖布袋除塵器→引風機→煙囪。設計煤種及校核煤種的折算硫份分別為0.02,0.055%/MJ。
              (2)CFB鍋爐爐內脫硫+爐后煙氣CFB法脫硫(加石灰)。已在華能白山煤矸石電廠新建工程2×330 MW直接空冷機組CFB鍋爐中應用,燃用洗選煤矸、洗中煤、煤泥按不同比例摻配的混煤。其流程為:CFB鍋爐→煙氣CFB脫硫塔→脫硫低壓回轉脈沖布袋除塵器→引風機→煙囪。燃燒設計煤種及校核煤種,鍋爐最大連續出力(boiler nlaxinlunl continuousrating,BMCR)工況,在爐內脫硫效率為60%基礎上爐后脫硫設計效率不低于90%。設計煤種及校核煤種的折算硫份均為0.04%/MJ。吉林省電力科學研究院有限公司對于白山電廠2號機組脫硫設施評估結論為:2號機組脫硫設施所采用的CFB鍋爐爐內噴鈣脫硫結合爐后煙氣CFB半干法脫硫工藝,能夠滿足日常脫硫設施穩定運行的要求。電廠2號機組脫硫設施試驗期間(2013年3月27日-月02日)實測2號機組一級、二級脫硫裝置脫硫效率分別為75.04%、92.26%(達到設計值要求),二級脫硫效率修正到設計工況下為89.11%;2號機組二級脫硫設施出口SO2平均排放濃度為20.55 mg/m3,達到設計值及排放標準(≤400mg/m3)的要求。
              (3)CFB鍋爐爐內脫硫+爐后煙氣CFB法脫硫(不加石灰)。此方式即采用CFB鍋爐爐內脫硫+爐后煙氣CFB法脫硫的兩級脫硫方式,完全利用CFB鍋爐爐內脫硫后的剩余石灰,即爐后煙氣CFB法脫硫不加石灰而達到預期的脫硫效率。目前國內電廠系統設置暫無此種模式,只是在模式(2)的基礎上,運行過程中按實際情況少投石灰或不投石灰。
              2.2脫硫方案
              采用CFB鍋爐爐內脫硫+爐后煙氣CFB法脫硫的兩級脫硫方式,在煙氣CFB法脫硫塔前加裝預除塵器,爐后煙氣CFB法脫硫設石灰系統。爐內脫硫劑采用外購的粒徑小于1mm石灰石,用空氣送人爐膛。爐后煙氣CFB法脫硫主要工藝系統有:煙氣系統、吸收塔系統、布袋除塵器系統、石灰干式消化系統、物料再循環系統、工藝水系統、壓縮空氣系統等,系統布置如圖1所示。設計煤種及校核煤種的折算硫份分別為0.02%/MJ、0.055%/MJ。設計爐內脫硫效率按80%,爐后脫硫率≥90%(設計效率大于92%),且凈煙氣中SO2濃度≤100 rag/1113(標態,干基,6%氧量)。
              3、CFB鍋爐+爐后石灰石一石膏濕法煙氣脫硫方案
              3.1 配置模式
              CFB鍋爐爐后設石灰石一石膏濕法煙氣脫硫配置模式有2種:(1)CFB鍋爐爐內脫硫+爐后石灰石一石膏濕法煙氣脫硫,如京能朔州右玉發電廠工程;(2)CFB鍋爐爐內不脫硫,僅爐后石灰石一石膏濕法煙氣脫硫,如神華煤炭伴生資源循環經濟項目電廠工程。CFB鍋爐爐內脫硫達不到排放標準時,可考慮增加爐后脫硫。若爐內不脫硫,僅爐后一級石灰石一石膏濕法脫硫滿足環保排放要求時,有利于灰渣的綜合利用,有利于提高靜電除塵器的除塵效率,有利于降低投資和運行費用。
              3.2脫硫方案
              某330 MW工程采用CFB鍋爐爐內脫硫+爐后石灰石~石膏濕法煙氣脫硫的兩級脫硫方案。爐內脫硫石灰石按混入燃煤中與燃煤一起進入爐內的方案實施。爐后石灰石一石膏濕法脫硫系統采用工程總承包(engineering procurement construction,EPC)方式建造。設計煤種及校核煤種的折算硫份分別為0.16%/MJ、0.19%/MJ。石灰石一石膏濕法脫硫工藝采用“一爐一塔”設計,全部煙氣參加脫硫。整套裝置在鍋爐燃用設計煤質、BMCR工況條件下,在驗收試驗期間(連續運行14天)脫硫效率≥95%。根據工程設計及工程運行情況,電廠進行了脫硫試驗及運行摸索,最終確定CFB鍋爐爐內脫硫+爐后石灰石一石膏濕法脫硫的匹配關系。從電廠燃用煤質分析資料來看,燃煤的收到基含硫量1.6%~2.5%,平均約2%,電廠運行時,根據煤質含硫量情況,一般控制爐后石灰石一石膏濕法脫硫前SO2濃度為1 500~2000mg/m3,對應爐內脫硫效率一般為70%~85%(實際爐內脫硫可達90%以上),此時漿液循環泵“兩運一備”,節省廠用電。若煤質含硫量增加,則3臺漿液循環泵運行,滿足煙囪出口SO2排放濃度的要求。
              總之,循環流化床鍋爐的高效爐內脫硫技術有利于我國的節能減排、緩解煤炭市場供應壓力、降低火電廠運行成本,具有巨大的社會效益、環境效益和經濟效益。
            相關標簽:鍋爐脫硝,
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