２０１０年节能减排绿色矿山建设专刊上册
＾互瞧晨纠－技
６３
循环流化床锅炉添加石灰石脱硫剂
对锅炉效率的影响
孔凡新，宋凤霞，高延存，李平方
（山东争聚能源公司济东新村电厂。２７２０７２）
摘要循环流化床锅炉对煤种的适应范围广．可以燃用各种烟煤、无烟煤及低热值燃料。当用高硫燃料时．通过向炉内填加石灰石．能显著降低Ｓ０２和ＮＯｘ排放量。添加石灰石脱硫荆对锅炉的效率有影响。该文指出了影响因素．并根据实际分析了各种影响园素的影响程度。关蟹词
循环漉化床锅炉
石灰石脱砘
锅妒效率
影响因素
中圈分类号啊旺２９文献标识码Ａ
华聚能源济东新村电厂使用的３５ｔ／ｈ循环流化床锅炉，是济南锅炉厂和中国科学院工程热物理所，联合开发的一种高效，低污染的新型锅炉。’当燃用高硫燃料时，通过向炉内填加石灰石，能显著降低ｓＯ：和ＮＯｘ
排放量。
目前，对循环流化床锅炉环保问题的研究已进行得非常深入，不仅对低ＮＯ。排放、炉内石灰石脱硫等重大问题有了深入的了解，而且对Ｎ２０、ＣＯ、ＣｘＨ．等原来不太被人们重视的问题也给予了充分关注，但是，添加石灰石脱硫对循环流化床锅炉效率的影响目前仅有一些定性的认识，尚未进行过定量分析。本文着重通过实例分析向炉内加石灰石脱硫剂对锅炉效率的影
响。
１添加石灰石脱硫的石灰石投入■计算
石灰石脱硫的化学反应方程式为：
Ｓ＋０２叫Ｓ０２ＣａＣ０３一ＣａＯ＋Ｃ０２
ＣａＯ＋Ｓ０２—＿ＣａＳ０３ＣａＳ０３＋１／２０２—＿ＣａＳＯ．
ＣａＳＯ．＋ＣＯ＿ＣａＯ＋０２＋Ｃ０２
由上述反应式中可以看出，一摩尔的硫（３２ｋｓ）需要一摩尔的碳酸钙（１００ｋｇ）进行反应，燃烧时，煤中的硫大约有２８．５％的硫分残留于灰渣中。７１．５％则以气体形势排放出来。根据工业循环流化床锅炉的运行数据表明，随着Ｃａ／Ｓ比的增加，脱硫效率在Ｃａ／Ｓ比低于２．５时，增加很快，而当继续增加Ｃａ／Ｓ比时。脱硫效率增加的很少．正常设计的Ｃａ／Ｓ比为２～２．５。脱硫反应在不同的气氛中反应方向不同。在氧化性气氛中。ＣａＯ和ＳＯ：结合占主导地位。而在还原性气氛中ＣａＳ０４的分解占主导地位。济东新村电厂锅炉设计耗煤量为８７２６．４ｋｇ／ｈ，燃煤含硫量平均为０．５％．取Ｃａ／Ｓ比为２．５。计算得出每小时需要加入的石灰石量为
３６６．５ｋｇ。
・收稿日期：２０１０—０３一ｌＯ
作者简介：孔凡新（１９７５．９一）。山东华聚能源济东新村电厂，从事
环保管理工作。
２添加石灰石脱硫对入炉热量的影响
添加石灰石脱硫的热化学反应包括ＣａＣＯ，煅烧的吸热反应和硫酸盐化反应的放热反应两部分，其热化学反应方程式如下：
ＣａＣ０３叫Ｃａ０＋Ｃ０２一ｌ
８３０ＫＪ／ｋｇＣａＣ０３
ＣａＯ＋Ｓ０２＋１／２０２—．＋ＣａＳ０４＋１５１４１ｋＪ／ｋｇＳ一开始石灰石从给煤机绞龙添加进入炉膛后，床温均明显降低，这是因为石灰石进入炉膛后在高温下首先发生煅烧分解反应，这个反应是吸热过程，同时由于石灰石与燃煤混合后进人炉膛，在螺旋给煤机转速不变时，加石灰石后入炉煤量肯定减少了，放热量也减少，这两方面因素必然导致床温降低，而且加入的石灰石越多，即Ｃａ／Ｓ越高，床温下降越大也越快，当Ｃａ／Ｓ：２．５时，ｌＯｍｉｎ内床温由１０００℃下降到９８０℃，降幅达２０℃。然后温度回升至９９０℃，由于石灰石分解成氧化钙后与二氧化硫进行的硫酸盐化反应是放热过程，加上一部分氧化钙粒子经旋风分离器分离下来重新回到
炉床上继续硫酸盐化的放热反应，使床温升高。每小
时加入的石灰石量变成ＣａＯ需要吸收的热量为
６７０６９５
ｋｊ，按照脱硫效率为８０％进行计算硫酸盐化反
应的放热量为５２８５０５ｋｊ，损失热量为１４２１９０ｋｊ。３对灰渣物理热损失的影响
向炉内加入的石灰石主要成分是ＣａＣＯ，（１００∥＇ｍｏｏ。经分解反应和硫酸盐化反应后主要成分变为ＣａＯ（５６∥ｍ０１）和ＣａＳＯ．．（１３６９／ｍ０１），随渣和飞灰排出锅炉。根据实际测量，灰渣中未完全利用的ＣａＯ含量达到１２．３％。另外，石灰石中ＣａＣＯ，以外的物质在炉内也可能存在复杂的化学反应过程，但因各种成分反应后重量有增有减，总体变化不大，含量又相对很少，所以在重量计算中可以认为它们是不变的。灰渣经过冷却将部分热量吸收后以１５０。Ｃ的温度排出。３６６．５ｋｇ石灰石经过反应后的重量为未完全反应ＣａＯ为２５．３ｌｃｇ，Ｃａｓｏ．重量为４３７ｋｓ。炉渣的比热为０．９６ｋｊ／Ｉ【ｇ，损失热量为６６５７１．２ｋＪ。４对排烟热损失的影响
由脱硫公式可以看出，ＣａＣＯ，反应后产生的Ｃ０２
＾东瞧差斜枝
２０１０年节能减排绿色矿山建设专刊上册
为８２ｍ３，ＳＯ：在与ＣａＯ反应的过程当中，多消耗的氧量为１５．２６ｍ３，需要增加的空气量为７３ｍ３，整体增加的烟气量为１４０ｍ３，造成排烟热损失增加量为３０４５８ｋｊ。烟气密度ｐｇ＝１．２９５ｋｇ／Ｎｍ３，烟气比热Ｃｐｇ＝１．１２ｋＪ／（ｋｇ。Ｃ）５结论
（上接第６２页）用混凝、过滤、中和、消毒等深度处理工艺，活性炭吸附工艺主要用于矿井水处理后用作饮用
水源时采用。
２．２特殊矿井水处理工艺及特点
（１）洁净矿井水处理：此类水未受污染，宜采取清污分流，设置专门管路直接用于井下或井上用水。
（２）含悬浮物的矿井水处理：一般可采用如图ｌ所示工艺。若经处理后回用于生产时，根据实际情况还
可以省去过滤、消毒过程。低浊度矿井水处理可省去
过滤工艺。
井底水仓及泵房ｌ＿井下消防用水
事故捧水
］
剩余外择供农寝
！查驾：墨生卜量凳夏嚣奎洒水
混凝反应，沉淀池
ｌ
消毒一卜活性炭吸附
塾孽兰卜一井下消防及洒水
清水池．泵房
煤矿生产用水热电循环冷却永生活用水
饮用水
图ｌ矿井水处理工艺及回用方向
（３）高硬度矿井水处理：一般采用软化法去
除Ｃａ２一、Ｍ９２＋作为前处理后再常规处理。
（４）高矿化度矿井水处理：可采用离子交换除盐，在电渗析和反渗透两种除盐工艺中，优先选用后者，有出水率高、管理方便、成本低、维护简单的特点；另外还可用石灰和铁铝酸四钙（重量比为（１：１．３一ｌ：１．５）合
石灰石煅烧吸热和硫酸盐化反应的放热是影响循
环流化床锅炉效率的最主要因素，加入石灰石引起的附加灰渣物理热损失也是影响循环流化床锅炉效率的重要因素，加入石灰石引起的烟气量增加造成排烟热
损失增加对循环流化床锅炉效率的影响相对较小。ＣＦＢ锅炉采用炉内添加石灰石的脱硫工艺引起锅炉热
效率的降低很有限，按本实验工况计算中，锅炉热效率
大约降低０．２２％。
成的混凝剂处理矿井水大量去除水中的二水石膏
观。、ＣＩ。、Ｆ一、Ｃａ”以及Ａｓ、Ｃｄ、ｓｅ等金属离子。
（５）酸性矿井水处理：酸性矿井水ＰＨ一般为２—４，呈酸性，含Ｓ０４“、Ｆｅｎ、Ｆｅ¨、Ｍｎ２＋及其它金属离
子，可先采用石灰石（乳）、电石渣等中和后，再进行常
规处理，为了氧化沉淀去除Ｆｅ“和反应中产生的ＣＯ：
还需要增设曝气、沉淀工艺。
（６）含石油类较高的矿井水处理：可采用混凝、气浮、过滤、消毒的工艺处理。
３
矿井水综合利用过程中的建议
（１）制定相关的政策和法规，激励和督促企业自
觉处理回用矿井水。
（２）鼓励矿井水井下进行清污分流，实现原位利用或排至地面，直接作为工业、建筑绿化等用水的实验表明，在常温条件下，电解电压为３Ｖ、ＮａＣＩ含量为ｌｇ／Ｌ、初始ＰＨ＝３．０时，填充粒子量为１５９时，３００，ｌｌｇ／Ｌ的含酚废水在９０ｒａｉｎ内去除率即可达到９０％＞以上。电压、支持电解质浓度、ＰＨ值、苯酚初始浓度等都对苯酚的降解有较大影响。水，或稍加处理后作饮用水源。
（３）实行全过程控制，根据水质、水量和用水需求合理设计矿井水处理工艺，减少不必要的处理步骤，差
水差用，优水优用，降低成本，提高效益。
（４）一般井下排水泵都有富余扬程，可将矿井水
排到高位调节水池，充分利用势能差．重力自流进行水
处理，以减少运行费用。
（５）重复利用沉淀池的煤泥资源，发展矿区循环经济。４小结
矿井水的综合利用是矿区循环经济战略思想的重要体现，不仅可以减小淡水资源的开发强度，减轻矿区水污染和水资源短缺的压力，而且可以充分利用煤泥等二次资源，化害为利，提高煤矿开采的抗灾能力，改善矿区环境和促进非煤产业的发展，以促进矿区可持
续发展战略和生态矿业目标的实现，具有重要的经济
效益、环境效益和社会效益。
２０１０年节能减排绿色矿山建设专刊上册
＾互瞧晨纠－技
６３
循环流化床锅炉添加石灰石脱硫剂
对锅炉效率的影响
孔凡新，宋凤霞，高延存，李平方
（山东争聚能源公司济东新村电厂。２７２０７２）
摘要循环流化床锅炉对煤种的适应范围广．可以燃用各种烟煤、无烟煤及低热值燃料。当用高硫燃料时．通过向炉内填加石灰石．能显著降低Ｓ０２和ＮＯｘ排放量。添加石灰石脱硫荆对锅炉的效率有影响。该文指出了影响因素．并根据实际分析了各种影响园素的影响程度。关蟹词
循环漉化床锅炉
石灰石脱砘
锅妒效率
影响因素
中圈分类号啊旺２９文献标识码Ａ
华聚能源济东新村电厂使用的３５ｔ／ｈ循环流化床锅炉，是济南锅炉厂和中国科学院工程热物理所，联合开发的一种高效，低污染的新型锅炉。’当燃用高硫燃料时，通过向炉内填加石灰石，能显著降低ｓＯ：和ＮＯｘ
排放量。
目前，对循环流化床锅炉环保问题的研究已进行得非常深入，不仅对低ＮＯ。排放、炉内石灰石脱硫等重大问题有了深入的了解，而且对Ｎ２０、ＣＯ、ＣｘＨ．等原来不太被人们重视的问题也给予了充分关注，但是，添加石灰石脱硫对循环流化床锅炉效率的影响目前仅有一些定性的认识，尚未进行过定量分析。本文着重通过实例分析向炉内加石灰石脱硫剂对锅炉效率的影
响。
１添加石灰石脱硫的石灰石投入■计算
石灰石脱硫的化学反应方程式为：
Ｓ＋０２叫Ｓ０２ＣａＣ０３一ＣａＯ＋Ｃ０２
ＣａＯ＋Ｓ０２—＿ＣａＳ０３ＣａＳ０３＋１／２０２—＿ＣａＳＯ．
ＣａＳＯ．＋ＣＯ＿ＣａＯ＋０２＋Ｃ０２
由上述反应式中可以看出，一摩尔的硫（３２ｋｓ）需要一摩尔的碳酸钙（１００ｋｇ）进行反应，燃烧时，煤中的硫大约有２８．５％的硫分残留于灰渣中。７１．５％则以气体形势排放出来。根据工业循环流化床锅炉的运行数据表明，随着Ｃａ／Ｓ比的增加，脱硫效率在Ｃａ／Ｓ比低于２．５时，增加很快，而当继续增加Ｃａ／Ｓ比时。脱硫效率增加的很少．正常设计的Ｃａ／Ｓ比为２～２．５。脱硫反应在不同的气氛中反应方向不同。在氧化性气氛中。ＣａＯ和ＳＯ：结合占主导地位。而在还原性气氛中ＣａＳ０４的分解占主导地位。济东新村电厂锅炉设计耗煤量为８７２６．４ｋｇ／ｈ，燃煤含硫量平均为０．５％．取Ｃａ／Ｓ比为２．５。计算得出每小时需要加入的石灰石量为
３６６．５ｋｇ。
・收稿日期：２０１０—０３一ｌＯ
作者简介：孔凡新（１９７５．９一）。山东华聚能源济东新村电厂，从事
环保管理工作。
２添加石灰石脱硫对入炉热量的影响
添加石灰石脱硫的热化学反应包括ＣａＣＯ，煅烧的吸热反应和硫酸盐化反应的放热反应两部分，其热化学反应方程式如下：
ＣａＣ０３叫Ｃａ０＋Ｃ０２一ｌ
８３０ＫＪ／ｋｇＣａＣ０３
ＣａＯ＋Ｓ０２＋１／２０２—．＋ＣａＳ０４＋１５１４１ｋＪ／ｋｇＳ一开始石灰石从给煤机绞龙添加进入炉膛后，床温均明显降低，这是因为石灰石进入炉膛后在高温下首先发生煅烧分解反应，这个反应是吸热过程，同时由于石灰石与燃煤混合后进人炉膛，在螺旋给煤机转速不变时，加石灰石后入炉煤量肯定减少了，放热量也减少，这两方面因素必然导致床温降低，而且加入的石灰石越多，即Ｃａ／Ｓ越高，床温下降越大也越快，当Ｃａ／Ｓ：２．５时，ｌＯｍｉｎ内床温由１０００℃下降到９８０℃，降幅达２０℃。然后温度回升至９９０℃，由于石灰石分解成氧化钙后与二氧化硫进行的硫酸盐化反应是放热过程，加上一部分氧化钙粒子经旋风分离器分离下来重新回到
炉床上继续硫酸盐化的放热反应，使床温升高。每小
时加入的石灰石量变成ＣａＯ需要吸收的热量为
６７０６９５
ｋｊ，按照脱硫效率为８０％进行计算硫酸盐化反
应的放热量为５２８５０５ｋｊ，损失热量为１４２１９０ｋｊ。３对灰渣物理热损失的影响
向炉内加入的石灰石主要成分是ＣａＣＯ，（１００∥＇ｍｏｏ。经分解反应和硫酸盐化反应后主要成分变为ＣａＯ（５６∥ｍ０１）和ＣａＳＯ．．（１３６９／ｍ０１），随渣和飞灰排出锅炉。根据实际测量，灰渣中未完全利用的ＣａＯ含量达到１２．３％。另外，石灰石中ＣａＣＯ，以外的物质在炉内也可能存在复杂的化学反应过程，但因各种成分反应后重量有增有减，总体变化不大，含量又相对很少，所以在重量计算中可以认为它们是不变的。灰渣经过冷却将部分热量吸收后以１５０。Ｃ的温度排出。３６６．５ｋｇ石灰石经过反应后的重量为未完全反应ＣａＯ为２５．３ｌｃｇ，Ｃａｓｏ．重量为４３７ｋｓ。炉渣的比热为０．９６ｋｊ／Ｉ【ｇ，损失热量为６６５７１．２ｋＪ。４对排烟热损失的影响
由脱硫公式可以看出，ＣａＣＯ，反应后产生的Ｃ０２
＾东瞧差斜枝
２０１０年节能减排绿色矿山建设专刊上册
为８２ｍ３，ＳＯ：在与ＣａＯ反应的过程当中，多消耗的氧量为１５．２６ｍ３，需要增加的空气量为７３ｍ３，整体增加的烟气量为１４０ｍ３，造成排烟热损失增加量为３０４５８ｋｊ。烟气密度ｐｇ＝１．２９５ｋｇ／Ｎｍ３，烟气比热Ｃｐｇ＝１．１２ｋＪ／（ｋｇ。Ｃ）５结论
（上接第６２页）用混凝、过滤、中和、消毒等深度处理工艺，活性炭吸附工艺主要用于矿井水处理后用作饮用
水源时采用。
２．２特殊矿井水处理工艺及特点
（１）洁净矿井水处理：此类水未受污染，宜采取清污分流，设置专门管路直接用于井下或井上用水。
（２）含悬浮物的矿井水处理：一般可采用如图ｌ所示工艺。若经处理后回用于生产时，根据实际情况还
可以省去过滤、消毒过程。低浊度矿井水处理可省去
过滤工艺。
井底水仓及泵房ｌ＿井下消防用水
事故捧水
］
剩余外择供农寝
！查驾：墨生卜量凳夏嚣奎洒水
混凝反应，沉淀池
ｌ
消毒一卜活性炭吸附
塾孽兰卜一井下消防及洒水
清水池．泵房
煤矿生产用水热电循环冷却永生活用水
饮用水
图ｌ矿井水处理工艺及回用方向
（３）高硬度矿井水处理：一般采用软化法去
除Ｃａ２一、Ｍ９２＋作为前处理后再常规处理。
（４）高矿化度矿井水处理：可采用离子交换除盐，在电渗析和反渗透两种除盐工艺中，优先选用后者，有出水率高、管理方便、成本低、维护简单的特点；另外还可用石灰和铁铝酸四钙（重量比为（１：１．３一ｌ：１．５）合
石灰石煅烧吸热和硫酸盐化反应的放热是影响循
环流化床锅炉效率的最主要因素，加入石灰石引起的附加灰渣物理热损失也是影响循环流化床锅炉效率的重要因素，加入石灰石引起的烟气量增加造成排烟热
损失增加对循环流化床锅炉效率的影响相对较小。ＣＦＢ锅炉采用炉内添加石灰石的脱硫工艺引起锅炉热
效率的降低很有限，按本实验工况计算中，锅炉热效率
大约降低０．２２％。
成的混凝剂处理矿井水大量去除水中的二水石膏
观。、ＣＩ。、Ｆ一、Ｃａ”以及Ａｓ、Ｃｄ、ｓｅ等金属离子。
（５）酸性矿井水处理：酸性矿井水ＰＨ一般为２—４，呈酸性，含Ｓ０４“、Ｆｅｎ、Ｆｅ¨、Ｍｎ２＋及其它金属离
子，可先采用石灰石（乳）、电石渣等中和后，再进行常
规处理，为了氧化沉淀去除Ｆｅ“和反应中产生的ＣＯ：
还需要增设曝气、沉淀工艺。
（６）含石油类较高的矿井水处理：可采用混凝、气浮、过滤、消毒的工艺处理。
３
矿井水综合利用过程中的建议
（１）制定相关的政策和法规，激励和督促企业自
觉处理回用矿井水。
（２）鼓励矿井水井下进行清污分流，实现原位利用或排至地面，直接作为工业、建筑绿化等用水的实验表明，在常温条件下，电解电压为３Ｖ、ＮａＣＩ含量为ｌｇ／Ｌ、初始ＰＨ＝３．０时，填充粒子量为１５９时，３００，ｌｌｇ／Ｌ的含酚废水在９０ｒａｉｎ内去除率即可达到９０％＞以上。电压、支持电解质浓度、ＰＨ值、苯酚初始浓度等都对苯酚的降解有较大影响。水，或稍加处理后作饮用水源。
（３）实行全过程控制，根据水质、水量和用水需求合理设计矿井水处理工艺，减少不必要的处理步骤，差
水差用，优水优用，降低成本，提高效益。
（４）一般井下排水泵都有富余扬程，可将矿井水
排到高位调节水池，充分利用势能差．重力自流进行水
处理，以减少运行费用。
（５）重复利用沉淀池的煤泥资源，发展矿区循环经济。４小结
矿井水的综合利用是矿区循环经济战略思想的重要体现，不仅可以减小淡水资源的开发强度，减轻矿区水污染和水资源短缺的压力，而且可以充分利用煤泥等二次资源，化害为利，提高煤矿开采的抗灾能力，改善矿区环境和促进非煤产业的发展，以促进矿区可持
续发展战略和生态矿业目标的实现，具有重要的经济
效益、环境效益和社会效益。