摘要：循环流化床锅炉添加石灰石脱硫不可避免地对锅炉性能产生一定影响，本文定量分析了添加石灰石脱硫后锅炉性能计算中燃烧产物计算的新方法，并通过实例分析总结出至关重要的影响因素。

关键词：循环流化床锅炉   石灰石脱硫   燃烧产物计算    灰平衡

5  实例分析

从上面的计算公式可以看出，加入石灰石后循环流化床锅炉性能计算的基础数据全部发生了变化。但是，仅从以上的公式还很难看出各种数据变化的范围和幅度。我们接下来用两种燃 料进行循环流化床锅炉的设计计算，对加入石灰石前后基础数据的计算数值进行分析和总结，从而找出至关重要的影响因素。

5.1 燃料和锅炉设计基础数据

煤种Ⅰ：中等发热量、较高含硫量、低水份的烟煤：

煤种Ⅱ：低发热量、高含硫量、高水份的煤矸石。

5.2 对煤种Ⅰ和煤种Ⅱ的说明

煤种Ⅰ和煤种Ⅱ都是我们在循环流化床锅炉设计中使用过的燃料，煤种Ⅰ具有比较广泛的代表性，而煤种Ⅱ是比较极端的一个高硫燃料应用实例。

为使定量分析和计算的结果具有通用性，计算中不设定锅炉容量，以每公斤燃料为基数进行计算比较。

设计中，煤种Ⅰ采用高效旋风分离器，η_f=99%：煤种Ⅱ采用阻力较小的撞击式分离器，η_f =95%。

煤种Ⅱ采用η_f =99%的高效旋风分离器是不可行的，因其煤质太差，燃料消耗量极大，如采用高效旋风分离器，则循环灰量太大，一方面阻力太大，厂用电量增加，另一方面，循环 回路(包括炉膛、分离器、回料器等)的磨损将非常严重。

在此，顺便介绍一下煤种Ⅱ的使用背景。从燃料的热量利用角度讲，煤种Ⅱ的利用是很不合算的，燃料的低热值、高硫分特性使其设备投资费用和运行费用大大增加。但基于以下两个原因，项目的技术经济分析能够成立：一是解决矿区高硫矸石的堆放和污染问题，不仅矸石燃料根本不要花钱，而且可获得环保专项投资；二是脱硫后的大量灰渣因其高钙、低碳、中温 活性，具有良好的灰渣综合利用性能，换言之，灰渣很值钱。因此，总体上讲，该项目不但具有良好的环保性能，在经济上也是合算的。该项目面临的最大问题是尾部烟气除尘，不仅 需要巨大投资，而且排放仍难以满足环保标准。

5.3  加入石灰石前后燃烧产物计算值比较

煤种Ⅰ的基础数据计算值见表1，煤种Ⅱ的基础数据计算值见表2。

煤种Ⅰ炉膛(α=1.2)燃烧产物计算值见表3。

煤种Ⅰ空预器出口(α=1.35)燃烧产物计算值见表4。

煤种Ⅱ炉膛(α=1.2)燃烧产物计算值见表5。

煤种Ⅱ空预器出口(α=1.35)燃烧产物计算值见表6。

从以上的计算结果可以看出，对中等含硫量的燃料，加入石灰石对燃烧产物计算影响不大 (影响值小于1%)，但对于含硫量很高的燃料，加入石灰石对燃烧产物计算的影响是不可忽略的。

5.4 加入石灰石前后灰平衡计算值比较

首先，计算石灰石入炉后重量的变化。

煤种Ⅰ：G_B=0.9256G_A=0.1138kg/kg

煤种Ⅱ：G_B=0.8485G_A=0.3318kg/kg

从计算结果可以看出，石灰石入炉后重量的变化是不可忽略的。

煤种Ⅰ加入石灰石前后灰平衡计算值见表7，煤种Ⅱ加入石灰石前后平衡计算值见表8。

从以上的计算结果可以看出，加入石灰石对灰平衡计算影响极大，灰平衡计算的结果直接影响循环流化床锅炉的性能计算，所以，可以认为，循环流化床锅炉加入石灰石对灰平衡计算的影响是至关重要的因素。

6  加入石灰石对其他几个性能问题的影响

6.1  对传热的影响

循环流化床锅炉的传热计算尚没有成熟的计算方法。目前用于计算的经验公式和数学模型很多，但由于循环流化床锅炉发展的时间还不长，炉型又比较多，所以计算方法很难统一。计算的准确性也存在一些问题，需在实践中不断完善。

但是，不管用何种计算方法，灰平衡计算的数值都是影响传热计算的决定性因素。而加入石灰石严重影响了锅炉的灰平衡计算数值，因此也必然严重影响锅炉的传热计算。对此，必须有一个清醒的认识，并以此对传热计算方法进行必要的修正。

6.2 对床温的影响

循环流化床锅炉的设计床温是由诸多因素决定的。首先，必须考虑燃烧问题，要使锅炉具有高的燃烧效率；其次，必须综合考虑NO_X、N₂O、CO等有害气体的排放；第三，必须考虑煤的灰熔点，防止结焦；第四，在加入石灰石脱硫的情况下，还必须考虑脱硫的最佳反应温度。

一般地说，在不加入石灰石脱硫的情况下，设计床温在900℃左右是比较合适的。而加入石灰石后，脱硫反应的最佳温度成为重要的考虑因素。石灰石煅烧反应的最佳温度为750～800℃ ，硫酸盐化反应的最佳温度为800～825℃。但是，床温在825℃以下燃烧工况不好，效率降低，CO排放增加，对低挥发分燃料还可能造成燃烧不稳定。因此，综合考虑以上诸多因素， 加入石灰石脱硫情况下的床温一般选择在850℃左右。

在进行锅炉设计时，床温的选择还需根据燃料的具体情况具体分析。

6.3 对灰熔点的影响

加入石灰石后，煤的灰溶点会有所降低。降低的幅度与石灰石的加入量有关。有资料表明， Ca/S比在3.0以上时，对灰熔点的影响较大，最大时影响可达200～300℃。Ca/S比小于3.0时 ，对灰熔点的影响较小，影响温度一般小于100℃。在循环流化床锅炉中，绝大多数情况下，Ca/S比都小于3.0，一般情况下Ca/S比多为1.5～2.5，因此，尽管清楚认识加入石灰石对灰熔点的影响是必要的，但在设计中除非燃料的灰熔点极低，一般不需考虑这一因素。

6.4 对露点温度的影响

加入石灰石后烟气的露点温度会有所降低，降低的幅度取决于燃料的含硫量和脱硫的深度。通常情况下，露点温度会降低10～20℃。对高硫煤深度脱硫的情况，露点温度还会降低更多 。

露点温度的降低影响锅炉排烟温度的选择，而排烟温度的选择直接影响锅炉效率。通常情况下，排烟温度每降低10℃，锅炉效率升高0.7～0.8个百分点。因此，加入石灰石脱硫对提高锅炉效率是有利的。

7  结论

7.1 循环流化床锅炉添加石灰石脱硫对燃烧产物计算产生一定影响，对中等含硫量的燃料影响不大，但对高含硫量的燃料，其影响不可忽略。

7.2 循环流化床锅炉添加石灰石脱硫对灰平衡计算的影响极大，在锅炉设计中应予以特别重视。

7.3 循环流化床锅炉添加石灰石脱硫对传热、床温、灰溶点、露点温度等均有不同程度的影响。

参考文献

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