宝鸡发电厂3#炉方案及冷态.docx

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宝鸡发电厂3#炉方案及冷态

宝鸡发电厂3#锅炉

炉内喷钙、尾部增湿活化脱硫试验研究

工作报告

西交大动力成套技术公司

XIיANJIAODADONGLICHENGTAOJISHUGONGSI

一、宝鸡电厂3#锅炉脱硫方案及脱硫试验研究

二、炉内喷钙混合均匀性模化实验大纲

三、炉内喷钙混合均匀性模化实验总结

四、炉内喷钙、尾部增湿活化脱硫热态实验大纲

五、热态实验报告

六、工业性试验报告

附：

脱硫实验台简介

宝鸡电厂3#锅炉炉脱硫方案

及脱硫试验研究

编制：

王健

审核：

刘仲军

批准：

西安交大动力成套技术公司

一九九九年六月

一、前言

二、炉内喷钙、尾部增湿脱硫工艺及原理

三、分级送粉试验与研究

四、LIFAC脱硫法在宝鸡电厂3#锅炉的试验研究

附：

脱硫剂消耗量计算书

一、前言

随着人们环境保护意识的增强，对酸雨造成危害日益关注

严格限制向大气中排放有害硫氧化物已成大势所趋。

目前，对SO2排放控制工艺已有200多种。

提出老机组、小容量、燃用高硫煤电站锅炉的脱硫工艺有现实意义。

宝鸡电厂3#、4#锅炉为捷克产单室液态排渣自然循环锅炉额定出力为200T/h，蒸汽压力为9.32Mpa,过热蒸汽温度540℃，配钢球磨煤机中间储仓式热风送粉系统，燃料采用铜川高硫煤，燃煤含硫量高达2.5%。

具有脱硫试验条件，同时具有代表性和实际意义。

经过调查研究和对国外先进脱硫工艺的参考比较，交大动力公司综合考虑脱硫方法的投资和效果，认为炉内脱硫和尾部脱硫机结合的办法较适合于宝鸡电厂3#、4#锅炉。

对于炉内喷钙与尾增湿部脱硫方法，半干法脱硫已经做了许多研究工作，如脱硫机理、喷钙位置等。

宝鸡电厂3#锅炉脱硫试验首先应在实验室解决喷入生石灰颗粒与烟气气流混合均匀性问题，通过试验得到针对宝鸡电厂炉膛结构的喷钙法，应用宝鸡电厂3#炉上，保证颗粒与烟气较好混合及较好脱硫效果。

得出影响脱硫效果的因素。

二、炉内喷钙、尾部增湿脱硫工艺及脱硫原理

1．炉内喷钙、尾部增湿脱硫工艺简述

锅炉脱硫可分为三类：

燃料脱硫、炉内脱硫、烟气脱硫。

目前应用最广泛有效的仍然是烟气脱硫的石灰石一右灰湿式吸收法。

干法为气固反应，脱硫剂与SO2接触活性差、反应速度慢、脱硫率一般比较低、但生成物易于处理，且烟气在脱硫之后，不需加热，便于大气排放。

烟气脱硫湿法利用碱性吸收液或其它溶液吸收烟气中的SO2，是气液反应，传质效果好，反应速度快，脱硫效率高，但生成物难处理，而且烟气需再次加热，以便排出，烟气再加热需要消耗锅炉输入热量的1%-2%。

由于烟气脱硫中，湿法脱硫和干法脱硫固有缺点，为了达到合理脱硫率、较少投资以及简得易于处理的脱硫产物，拟研制开发了炉内燃烧脱硫和尾部烟气脱硫相结合的办法，可使脱硫率达到70%-80%，同时产生易于处理脱硫产物。

如图1.1所示。

图1.1炉内喷钙、尾部增湿脱硫工艺流程图

炉内喷钙、尾部增湿脱硫技术第一阶段将石灰石粉末入炉膛顶部

在理想情况下喷入点烟气烟气温度应在800℃-1000℃之间，石灰石粉

未迅速分解为CaO与CO2、一部分刚刚分解的CaO与SO2反应分成CaSO4。

末反应CaO、CaSO4及飞灰一起被烟气携带进入锅炉尾部。

该工艺的第二阶段发生在一个特殊设计反应器中，该反器中安装于锅炉烟气出口至鸟管除尘器前，在增湿反应器中喷入雾化水，水的微滴在吸入了CaO和烟气SO2后，液滴迅速进行离子反应生成CaSO3、CaSO3部分进一步氧化成CaSO4，CaSO3和CaSO4最终被除尘器从烟气中脱除。

2．炉内喷钙、尾部增湿脱硫原理

LIFAC脱硫原理类似于湿式烟气脱硫，当石灰石粉末喷入炉膛，迅速分解为CaO和CO2，并在炉膛内同部分SO2发生下列反应：

CaSO3—CaO+CO2

（1）

CaO+SO2+1/2O2—CaSO4

（2）

尾部烟气增湿活化，即钙基吸收剂的活化工艺是指将水吸收剂及SO2在悬浮状态下置于除尘器入口前一个反应器中接触反应主要生成硫酸钙。

在反应器中大部分亚硫酸钙被氧化成硫酸钙，通过控制反应条件，在飞灰/水颗粒还在悬浮时，其中的水便蒸发掉，然后将这些经过硫化和干燥的混合物随烟气进入除尘器，最后与飞灰一起被去除，该工艺的效率通过反应器内部飞灰再循环及除及除尘器后的飞灰再循环，得到增强。

后应器内发生下列反应：

CaO+H2O—Ca（OH）2（3）

Ca（OH）2+SO2—CaSO3

H2O+

H2O（4）

CaSO3+1/2O2—CaSO4（5）

具体示意如图1.2

图1.2炉内喷钙、尾部增湿脱硫化学反应过程图

三、分级送粉试验研究

炉内喷钙脱硫是将石灰石在合适位置喷入炉膛，石灰石在炉内发生分解后应，其分解产物与烟气中硫氧化物进行反应，从而达到脱除硫氧化物的目的，石灰石颗粒和烟气混合均匀性对脱硫效果有较大影响，交大动力公司提出通过分级送粉方式解决喷射颗粒与烟气混合均匀性问题。

通过试实室研究，得到适合于宝鸡电厂的分级送粉结构尺寸和空气动力参数。

1．分级送粉方法简介

分级送粉方法是将原设计一个颗粒气流喷口，分割成上

下两个喷口使各个喷口流速各不相同，从而使各个喷口扩散和衰减速度各不相同，在射流断面上形成若干个相对独立扩散区域从而达到完全、充分混合。

2．级送粉试验工作安排

分级送粉试验首先安排在实验室进行，试验台设计工作已经完成，装置已在建设之中。

试验室研究目的主要是通过模拟实验，对分级送粉喷口射流混合均匀性进行分析，选取适合宝鸡电厂3#炉理想的送风方式、送粉方工式和喷口型式。

影响送粉喷口射流与烟气混合均匀性因素很多，主要有三个参数，即喷口型式、射流出口速度比，沿宽度方向喷口个数。

在实验过程中布置三组喷，每组喷口有二个尺寸相同、间隙较小的方形喷嘴组成，在不同风速成和调节档板开度不同情况下，测量不同工况下混合均匀性。

3．实验模型设计

（一）模化原则

1．几何相似

模型按锅炉送风系统和喷射系统进行设计，模型尺寸比原型尺寸等于1：

20，各部分尺寸同时按1：

20缩小。

2．相似准则数选取

根据气固两相流动原理，有8个独立相似准准则数，根据相似原理，要使模型实验的结果正确反映原理型中的情况，则需满足8个独立的准则数和原型相等，而这对实验来说无法实现，只有忽略次要因素，抓隹主要参数进行相似模化。

研究表明，主要影响的准则数有雷诺数Re，费劳德准则数Fr，斯托克准则数Str。

W''L

其中雷诺数表示流体惯性力与粘性力之比：

Re=

费劳德准则数反映离心力与重力之比：

Fr=

斯托克斯准则数表示离心与颗粒气流相对动阻力之比：

Str=

（二）模型设计

3#炉脱硫装置设计是参考煤粉输送和喷射系统及宝鸡电厂3#炉现场位置综合考虑设计的，使装置布置更趋合理。

设计原则：

让生石灰粉末和送风充分混合，改变风速和送料量，满足喷射距离和充分混合要求，达到选择最佳风速和喷口型式的目的。

（三）实验系统简介

如图1.3所示

图1.3实验系统简介

1．送风相2.调节风门3.风速测量4.储料斗

5.输料控制器6.风粉混合器7.模拟实验段8.测量段

9、旋风除尘器10、引风机11、喷淋室

实验系统由储料斗、送风系统、实验段、除尘器和连接管道组成，连接管道一端接送风机，另一端接除尘器，用风门开度来控制调整风量和风速，风速用测速装置测量，给料量可通过调节给料控制档板开度调整给料量，用以改变气固两相流中粉体浓度，粉尘浓度采用等速取样装置测量。

四、炉内喷射钙、尾部增湿脱硫法在宝鸡电厂3#炉试验研究

炉内喷钙、尾部增湿脱硫法在宝鸡电厂3#炉试验可分为三大部分。

（1）脱硫剂制取及输送系统

（2）脱硫剂喷射系统

（3）部增湿活化二次吸收系统

1．脱硫剂制取及输送系统

石灰石（CaCO3）是目前可以获得的较为廉价天然脱硫剂，

利用石灰石代替较贵熟石灰，这样大幅度降低运行费用。

但石灰石需要专门磨制系统，磨制的石灰石粒径对炉内脱硫有影响。

同时考虑到石灰石（CaCO3）在炉内吸收效率比较低，只能达到大约20%。

生石灰（CaO）在炉内吸收效率可以达到50%。

经过比较决定试验中脱硫剂选用生石灰。

生石灰（CaO）粒径分布要求80%小于44um。

脱硫剂输送系统在试验阶段设计比较简单，根据现场条件，设计两个脱硫剂储料斗放置在锅炉标高为16.8mm平台的上部，脱硫剂用人工移到平台上。

储料斗设计容积为1立方米，为一个喷口两小时喷料量。

脱硫剂喷料量由下部一个物料控制器控制。

2．脱硫剂喷射系统

喷射系统作用主要是将生石灰粉末经物料输送控制器进入风粉混合器，经分级送粉喷口送入炉膛。

喷口设置位置在炉膛前墙上部标高为16.8m的六个观火孔处。

喷口的喷出速度初步设计为35m/s,实验室工作完成后选取最佳风速。

喷口在前墙水平安装。

喷口位置选择主要考虑适合石灰石（CaCO3）炉内脱硫反应条件，烟温在800～1000℃，有充分混合空间、时间。

为了使所设计脱硫系统达到预定要求，除了确定喷口的位置以外，还特别设计了分级送粉喷射装置，这种喷口能使喷入的脱硫剂充分和烟气混合，仅在前墙设置六个喷口情况下，最大度达到与烟气的均匀混合。

送风系统采用从上层高温空气预热器出口引入热风、风压3200Pa，送风管采用管径Φ219×5钢管。

送风量由风门控制。

喷射位置示意如图1.4

图1.4喷射位置示意图

（1）分级送粉喷口

（2）锅炉炉膛（3）储料斗

（4）物料控制阀（5）送风管

3．试验方法

宝鸡电厂3#炉试验第一步进行炉内喷钙，在试验系统安装完毕后，按以下步骤进行：

（1）检查系统安装，风门开启是否灵活，物料调节器是否正常。

（2）检查系统安装后，将脱硫剂加入储料斗内。

（3）打开送风机，送风系统开始运行，调节风门挡板、测量风管内的风速。

（4）打开物料控制器，调整钙硫摩尔比测量二氧化硫浓度，得出不同钙硫摩尔比下脱硫效率曲线。

（5）调节风速比得出混合均匀性对脱硫效率影响。

第二步进行尾部增湿活化，二次脱硫，实验步骤按以下进行

（1）启动喷钙系统，保证喷粉正常，保持Ca/s=2

（2）开启增湿反后器入口风门，打开增湿供水系统。

（3）记录水压表压中，通过阀门调节供水压力。

（4）调节供水压力观察温度变化，同时抽取气体测试增湿活化脱硫效率。

脱硫剂消耗量计算

宝鸡电厂3#炉燃料为高含硫量的铜川煤，含硫量为2.5%，3#炉每小时燃料消耗量为25T,根据脱硫原理计算脱硫剂量如下：

（1）硫氧化，燃烧反应

S+O2→SO2

（1）

（2）灰石喷入炉膛反应过程

CaCO3→CaO+CO2

（2）

CaO+SO2+1/2O2→CaSO3（3）

（3）活化反应器部分：

在反应器中喷水雾化，使烟气增湿，烟气中未反应的CaO部分进行水合反应。

生成Ca（OH）2，接着烟气中SO2与烟气中Ca（OH）2反应生成CaSO3进步氧化。

CaO+H2O→Ca（OH）2（4）

Ca（OH）2+SO2→CaSO3+H2O（5）

CaSO3+1/2O2→CaSO4（6）

根椐脱硫反应过程和质量守恒定律

选定最佳钙硫摩尔比Ca/S=2时，则Ca/S质量比Ca/S=40/32×2=2.5

根Ca/S质量比，计算出CaO/S质量比和CaSO3/S质量。

CaO/S=56/32×2=3.5

CaCO3/S=100/32×2=6.25

根据宝鸡电厂3#炉额定燃料消耗量25t、硫百分含量为2.5%，则

每小时生石灰耗量

B=25t/h×2.5%×3.5=0.56251g/s=2.03t/h

石灰石消耗量

B=25t/h×2.5%×6.25=1.08kg/s=

炉内喷钙混合均性

模化实验大纲

编写：

王健

审核：

刘仲军

批准：

西安交大动力成套技术公司

一九九九年九月

炉内喷钙混合均匀性模化实验大纲

一、实验目的：

通过模拟实验了解影响炉内喷钙混合均匀性因素，得出混合均匀性最佳参数

二、实验内容：

1．通过模拟实验，测试不同风速情况下，对混合均匀性影响。

2．通过模拟实验，测试不同给料量情况下，对混合均匀性影响。

3．通过模拟实验，测试不同喷口组合，对混合均匀性影响。

三、实验模型设计：

（一）模化原则：

1．几何相似：

实验系统按电站锅炉系统进行设计，模型尺寸比原型尺寸等于1：

20，各部分尺寸同时按1：

20缩小。

2．相拟准则数选取：

根据气固两相流动原理，有8个独立相似准则数，根据相似原理，要使模拟实验的结果正确反应原型中的情况相等，而这对实验来说无法实现，只有忽略次要因素，抓住主要参数进行相似模化。

研究表明，主要影响的准则数有雷诺数Re费劳德准则数Fr,斯托克斯准则数Str。

其中雷诺数表示流体惯性力与粘性力之比：

Re=WL/V

费劳德准则数反映离心力与重力之比：

Fr=

斯托克斯准则数表示离心与颗粒气流相对运动阻力之比：

Str=

（二）模型设计：

对模拟实验台建立，完全根据模化原则设计，实验台依据锅炉尺寸按1：

20进行缩小，其余连结部分按相应比例进行缩小，从而使模拟实验更近似于实际。

四、实验方法：

1、测试三个分级送粉喷口、出口速度均匀性对于方形炉膛在沿锅炉宽度方向上布置三个方形喷口，喷口出口速度是否一致，是影响混合均匀性的一个重要因素。

在炉膛负压、炉膛内上升气流速度一定情况下，通过调整给粉系统的进风量，测试各工况下喷口出口速度。

对三个喷口出口速度进行比较，得出三个喷口出口速度规律。

2、测试不同喷口速度对沿锅炉模型宽度方向上浓度均匀性影响。

在炉膛负压、炉膛内上升气流速度一定，给粉量不变情况下，通过改变给粉系统的给风量观察在炉膛内混合工况，同时用布置在模型水平烟道宽度方向上四个取样管捕集粉尘，用天平测量收集量。

通过比较捕集量，得出在宽度方向上混合均匀性规律。

3、测试双层送粉喷口的调节挡板特性

双层送粉喷口，由上、下紧挨、间隙较小两个喷口组成，在实验过程中主要通过调节下喷口的调节档板，来调节上、下喷口速度，找的调节档板开度与上、下喷口速度之比W1/W2规律。

4、测试双层喷口在不同风速下，对锅炉模型沿高度方向上混合均匀性的影响

在高度方向上混合均匀性测试分两步完成，第一步调节挡板全开，通过调整给风量、调整喷口出口风速，用布置在锅炉模型水平烟道高度方向上的四个测试点捕集混合气体中烟尘，通过测量收集到的粉尘量，找出最佳高度方向混合均匀风速即最佳W1+W2/2,第二步通过调整给风量和下喷口调节档板，调节上、下喷口风速比W1/W2。

用布置在锅炉模型水平烟道上沿高度方向上的四个测试点捕集量找出最佳W1/W2值。

五、实验仪器：

毕托管、U型管压力计、转子流量计、天平、取样器、滤筒。

六、实验数据采集及处理

炉内喷钙混合均匀性模化

实验总结

编写：

王健

审核：

刘仲军

批准：

西安交大动力成套技术公司

二零零零年五月十日

炉内喷钙混合均匀性模化实验总结

一、前言

炉内喷钙混合均匀性模化实给作为炉内喷钙尾部增湿脱硫试验一部分，主要解决在冷态情况下，脱硫剂粉末在炉膛空间充分混合问题。

因为混合均匀性是影响炉内喷钙、脱硫重要因素。

只有在冷态下解决混合均匀性问题，才能在工业性实验中保证炉内喷钙效率。

二、实验系统简介及测点布置

炉内喷钙混合均匀性模化实验台系统如图3.1所示：

图3.1内喷钙混合均匀性模化实验台系统

1．送风机2送风风箱3风粉混合器4均分器

5给粉机6料斗7喷口8锅炉模型

9测试点10除尘器11引风风箱12引风风机

13烟囱

P-----动压Q-----流量M-----测试点粉尘捕集量

炉内喷钙混合均匀性模化实验台系统，采用平衡通风方式。

均匀性测试采用在锅炉模型水平段布置一组采样点抽取含尘气流，用PND—32型采样管分离后，用天平测量分离出粉尘重量。

三、风粉混合器、均粉器、喷口简介

给粉机、风粉混合器、均分器、喷口送风管道构成送粉系统，为防止在给粉过程中造成风粉混合不均匀，在风粉混合器后增加扩散段，均粉器使混合均匀的气流分配至6个送粉管中，通过双层喷口喷入炉膛。

图3.2分层喷口连接管线局部示意图。

图3.2分层喷口连接管线局部示意图

1风粉混合器2均粉器3输粉管道4分层喷口

喷口采用双层结构，通过调整调节挡板改变W1/W2值，达到分级衰减，最终对锅炉截面形成均匀完整覆盖、混合。

均粉器采用方形双层结构，防止气流扩散后造成风粉浓度不均，同时在方形均粉器出口设计三个圆变方，避免气流死区，使气流均匀进入三个平行送粉管。

四、实验数据分析：

1．喷口速度均匀性测试

①炉膛负压50Pa

测试名称

工况1

工况2

工况3

动压

风速

动压

风速

动压

风速

1号喷口上动压

320

550

33．77

500

32．2

1号喷口下动压

280

23．4

550

33．77

500

32．2

2号喷口上动压

550

23．8

1000

45．5

850

2号喷口下动压

650

35．7

1300

51．9

1000

45．5

3号喷口上动压

330

25．4

700

350

26．9

3号喷口下动压

280

23．4

650

36．7

250

22．8

在炉膛负压为50Pa情况下，用毕托管对双层喷口动压值进行测量。

通过以上测得数据进行分析，得出在设计结构中仍然存在中间喷口速度高于两侧喷口速度，改进方法为扩散段、均粉器尺寸加长。

2．测试不同喷口速度下，沿水平烟道宽度上浓度分布

测试项目

符号

单位

工况1

工况2

工况3

工况4

炉膛负压

-30

-50

-20

-60

送风风压

200

150

200

180

1号喷口上动压

P1上

200

150

170

1号喷口下动压

P1下

200

380

180

200

2号喷口上动压

P2上

400

320

280

350

2号喷口下动压

P2下

450

500

300

380

3号喷口上动压

P3上

260

200

180

220

3号喷口下动压

P3下

350

300

210

240

测试点1捕集量

5.1

5.9

5.4

4.9

测试点2捕集量

7.6

6.5

6.7

测试点3捕集量

6.8

6.4

6.1

6.0

测试点4捕集量

5.7

5.3

5.5

在炉膛负压，进口风量，相对变化不大时，改变送粉风量，通过水平烟道宽度方向上四个测点收集粉尘量比较得也分布规律。

通过曲线看出沿水平烟道宽度方向呈两侧粉尘浓度较淡，中心浓度较大，总体看呈抛物线型，水平烟道中间浓度高于两侧。

宽度方向测度点与捕集量关系曲线3.3图

4．双层喷口及调节挡板特性测试

测试项目

符号

单位

调节板30度

调节板50度

调节板60度

调节板80度

炉膛负压

-50

-60

-20

-40

送风风压

200

230

180

210

1号喷口上风压

P1上

200

150

120

1号喷口下风压

P1下

250

380

400

2号喷口上风压

P2上

320

200

150

2号喷口下风压

P2下

410

500

650

550

3号喷口上风压

P3上

200

100

140

3号喷口下风压

P3下

230

300

220

480

W上/W下

0.87

0.78

0.65

0.53

4．锅炉模型沿水平烟道高度方向上浓度测试

锅炉模型沿水平烟道高度方向上浓度测试分两步完成。

第一步测试在不加调节挡板情况下，测试不同喷口速度，沿高度方向上混合气体中粉尘浓度，通过收集粉尘量，判断在高度方向上混合均匀程度。

第三步测试双层喷口在增加调节档板情况下，不同W上/W下值对沿高度方向上混合气体浓度分布置在高度方向上中个测点粉尘收集量，判断混合均匀程度。

1.在给粉浓度均匀、负压、送风量不变情况下，不加调节挡板调整送风量，数据如下：

测试项目

符号

单位

工况1

工况2

工况3

工况4

炉膛负压

-30

-50

-20

-60

送风风压

200

150

200

180

1号喷口上动压

P1上

200

150

170

1号喷口下动压

P1下

200

380

180

200

2号喷口上动压

P2上

400

320

280

350

2号喷口下动压

P2下

400

500

300

220

3号喷口上动压

P3上

260

200

180

200

3号喷口下动压

P3下

350

300

210

240

测试点1捕集量

4．7

5．7

4．3

4．2

测试点2捕集量

6．5

6．3

6．2

6．7

测试点3捕集量

7．1

7．0

7．1

测试点4捕集量

4．8

5．9

4．8

②在给粉淇浓度均匀、负压、送风量不变情况下，调节挡板数据如下：

测试项目

符号

单位

W1/W2

=0.87

W1/W2

=0.78

W1/W2

=0.65

W1/W2

=0.53

炉膛负压

-30

-20

-40

-20

送风风压

200

210

180

测试点1捕集量

7.6

6.8

7.1

6.9

测试点2捕集量

6.5

6.3

6.8

6.3

测试点3捕集量

5.8

6.5

5.5

测试点4捕集量

4.7

6.6

5.3

5.0

1号喷口上风压

P1上

200

150

120

1号喷口下风压

P1下

250

380

400

2号喷口上风压

P2上

320

250

150

2号喷口下风压

P2下

410

500

650

550

3号喷口上风压

P3上

200

100

140

3号喷口下风压

P3下

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