李广铿
摘要：通过对固硫剂输送、喷射设施的优化及不同Ca/S摩尔比、不同喷射方式下锅炉SO2的削减量，证实了DCL型燃煤固硫剂是一种投资少、占地小、效率高的新技术，可在220t/h高压煤粉锅炉使用。
关键词：固硫剂；输送、喷射装置；二氧化硫；削减量
DCL型燃煤固硫剂脱硫技术是国家环保总局下达给中科院的“九五”攻关项目，已通过国家科委的成果鉴定，并于1999年9月在鞍钢第一发电厂130t/h锅炉上进行了工业试验运行并取得成功，Ca/S摩尔比在2.0～2.5时，SO2的排放削减量稳定在59%～66%之间。中国石化集团广州石油化工总厂与广州市粤首实业有限公司合作在广州石化总厂自备热电站4#锅炉（WGZ220/100-13型高压、单汽包、自然循环、固态排渣煤粉炉）进行DCL型固硫剂示范工程，从固硫剂储存、输送、喷射工艺上采取了先进技术，在试运行中取得较好效果，达到成果鉴定的SO2排放削减率。在燃煤含硫量为0.8%，Ca/S为2.0和2.5时，SO2排放削减率分别达到了57.9%和65.5%。
一、固硫技术基本原理
煤按不同的含硫量称为低、中、高硫煤。硫在煤中以无机硫（单质硫、硫酸盐），有机硫（硫醇、硫键、杂环硫）等不同形态存在，在燃烧过程中生成硫氧化物SOx。SOx排入大气经光化学反应，形成硫酸雾，进而形成酸雨，严重危害生态环境。
固硫技术是指在锅炉燃烧过程的一定温度区域中加入固硫剂脱硫的方法，使燃烧过程中产生的SOx立即转化为MeSOx，固定在炉渣及煤灰中，而不排入大气环境，其原理为：
SO2+eO+/20→MeSO4
但此反应式没有表达反应的复杂机理和各种条件因素。可燃硫燃烧后生成SOx，当锅炉过剩空气系数=2、燃烧室出口温度=1100℃时，绝大部分是SO2，SO3仅为3%～5%，随过剩空气和燃烧室出口温度加大而增加。如果用CaO来吸收SO2，吸收率是非常低的。生成的CaSO3在过剩空气为2%～3%时，也只有少部分CaSO3被氧化成稳定的CaSO4，大部分又被分解为CaO与SO2。而CaO吸收SO3的的效果要好得多，其吸收率取决于CaO的活性（比表面及活化中心），如在CaO中加入一定量的催化剂进行活化处理，CaO对SO3的吸收率则大大提高了。
DCL型固硫剂正是运用这个原理在MeO中加一定量的助剂，将催化的概念引入固硫，通过提高固硫剂的吸附表面及活性，同时将SO2转化为SO3，或使CaSO3转化为CaSO4，从而使CaO固硫率大大提高，DCL型固硫剂不同于传统的固硫剂掺加到原煤中，而是喷到锅炉燃烧中心上部，固硫剂直接与烟气中的SOx反应，对燃烧没有造成不良影响，对锅炉效率影响甚微。
二、DCL型固硫剂炉内喷射基本工艺
按照DCL型固硫剂的技术要求，与烟气最佳反应温度为950℃～1050℃。固硫剂喷嘴的位置确定在23.1m前墙看火孔处，该处处于锅炉转向室之前，屏式过热器烟气入口中心点下3m处，在锅炉负荷170t/h时，利用阿吉玛红外线热像测得该处温度为1045℃～1075℃，这样完全不用对锅炉进行改造。
DCL固硫剂物理性能：
堆密度：1.00～1.15t/m3细度：≤200目
外观：灰色粉状物含水量：≤5%
根据固硫剂容易受潮和粘附力较强的特性，我们在考虑工艺系统设计时，尽量简化系统、优化工艺，并在整个系统中考虑到不发生二次污染，而且要有一定自控程度。整个工艺流程见图1。
图1DCL型固硫剂输送喷射工艺流程.gif
如图1所示，100m3储罐为钢结构储料仓，储料仓根据DCL型固硫剂物理特性设置自动加热的空气流化设施，高低料位采用美国DE公司产品。罐顶设置布袋除尘器，用于处理散装车辆料进罐的动力气源。发送器输送能力为6～8t/h，气灰度为1：39。22层小料仓为2m3×2，同样设置美国DE公司料位计、加热板、布袋除尘器。喷射部分包括了罗茨风机、螺旋给料机（带变频调速）、喷嘴。发送系统采用了PLC程控：小料仓料位低→发送器启动→输送固硫剂往上料仓→上料仓料位高→发送器停运→吹扫输送系统。整个系统占地在50m2左右，并包括预留第二台炉位置。
为了保证喷嘴不会堵塞，设置罗茨机任何一种状况下停机均联跳对应给料机。罗茨风机停运、系统设置在程控状态下，给料机不能启动。其它参数均能在表盘显示，给料机可人工任意调整转速来调节给料量。
固硫剂喷嘴从锅炉标高23.1m处下两个手孔插入，喷嘴采用耐热合金钢铸造，内管钢材为1Gr18Ni9Ti。助推风利用锅炉热风道送来的热风，气料比为＜3kg/m3。为保证固硫剂能在炉内迅速均匀扩散，喷嘴在出厂前进行了冷态试验，保证足够的旋流强度，使物料离开喷嘴迅速扩散并形成一个回流区，保证固硫剂均匀扩散。系统中采用了不少外国先进专利技术，整个系统耗能见表1和表2。
表1输送喷射设备电耗表.gif
表2输送喷射设备气耗表.gif
三、固硫剂在锅炉应用的几个关键问题
1、固硫剂喷入炉内区域选择实验室高温固硫表明，温度对固硫效率是相当重要的，当温度超过1200℃时SO2重新释放出来，固硫率接近于零。这是因为：SO2通过覆盖在CaSO4表面的保护层的扩散速度随着温度的升高而增大；另一种原因可能是在当固硫剂里面的催化剂失效时，SO2与MeO生成的MeSO3又分解为SO2和MeO。从4#炉试验结果来看，第二种可能更大一些。
4#炉第一次试验，喷嘴装在20.8m处，喷入区域温度高于1200℃，数据显示出口烟气中的SO2较未喷固硫剂时烟气中的SO2还高出5%～10%。当喷嘴装到23.1m时，（测得温度均为1045℃）固硫效率明显提高。
2、选择合适的钙硫比不同的固硫剂添加量有不同的固硫效果，取决于原煤含硫量、燃煤用量，它可通过钙硫摩尔比来求得：
M=A×B×X/0.27
式中：M--固硫剂喷入量t/h
A--锅炉每小时耗煤量t/h
B--煤中含硫量%
X--Ca/S摩尔比
假设220t/h锅炉燃煤量为28t/h，煤中含硫量为0.8%，要求Ca/S摩尔比为2时，则固硫剂喷入量为：
28×0.8%×2/0.27=1.66t/h
设定不同的Ca/S摩尔比取决于本炉在哪一种固硫剂喷入量取得最佳固硫效果，它要考虑到安全、经济，对削减SO2排放量的要求等，经优化方式来决定。广石化220t/h锅炉在应用试运Ca/S摩尔比在2和2.5时，由广州市环境保护科学研究所测得的SO2削减率，见表3。
表3DCL型燃煤固硫剂固硫效果监测结果.gif
注：广州市环境保护科学研究所监测
需要说明的是，固硫剂喷入炉内后，最终与粉煤灰一起被电除尘捕捉。不能无限度的提高Ca/S摩尔比，否则，电除尘前烟尘浓度增大后，影响电除尘正常运行。在电除尘满负荷运行状态下，电除尘出口烟尘排放浓度依然超标。根据4#炉投入固硫剂后对电除尘前后烟尘浓度和除尘效率检测结果表明，当Ca/S摩尔比在2.5以下时，除尘效率和出口烟尘浓度变化不大。
3、喷嘴助推风对脱硫效率的影响
由于各种锅炉结构不同，设计煤种和实际用的煤种不一样，锅炉的温度场分布不一样，广石化4#炉最后确定的固硫剂喷入位置为23.1m处，该处炉内结构见图2。
图2固硫剂喷嘴位置.gif
当喷嘴二次风速过高时，SO2排放量曾出现过削减率不到35%，当调整了二次风开度，降低了风速，SO2削减率即上升到55%以上。在不同锅炉应用时，喷嘴的助推风（二次风）的风速的调整是相当重要的。
四、脱硫成本分析
目前供应商提供的固硫剂为200元一吨，根据Ca/S摩尔比在2.0和2.5时的SO2削减率，按广石化动力事业部4#锅炉试验时的原煤含硫量和耗煤量理论测算，当Ca/S摩尔比在2.0时，削减每吨SO2固硫剂成本为1509元；当Ca/S摩尔比在2.5时，固硫剂成本为1687元，每kW"h发电成本约增加0.006元～0.008元。SO2排放环境造成的损失远远大于此数，也大大低于国外脱硫设施削减一吨SO2的成本。
DCL型燃煤固硫剂技术，具有投资少、占地小、效率高、运行费用低等优点，对锅炉运行安全可靠性影响甚微，非常适合我国国情。DCL型固硫剂固硫技术，对新建企业锅炉的环保“三同时”，对现有企业的改扩建、削减企业的SO2排放总量，是一个可行的高新技术。