配煤摻燒固硫劑脫硫技術

3、在煤或劣質煤中，隨礦化脫硫劑加入量的增加能使高、低硫煤的脫硫率在90%～100%； 1、適當提高高溫固硫劑/SO2的比值時，能保證爐內高效快速的脫硫效果。 6、增加了入爐煤的固硫劑添加系統，以使燃燒初期固硫，增加爐內脫硫效果。

燃煤鍋爐脫硫有三種情況
燃燒前脫硫、爐內脫硫和尾部煙氣脫硫。燃燒前脫硫，即洗煤技術，通過洗煤，燃煤中的硫份去除，達到潔淨煤燃燒，使煙氣中的SO2達標排放。爐內脫硫，即通過採用其他外加劑的方法，該法投入的費用較低，但其脫硫率也低，而且鍋爐所排灰渣會造成嚴重的二次污染。近幾年來，隨著我國經濟的飛速發展，煤炭的需求量以每年兩億噸的速度激增，而火力發電廠及供熱用煤占煤炭總需求量的60%以上，導致SO2的排放量大幅度上升。鑒於爐內脫硫的脫硫效果遠達不到的環保要求，所以電廠基本都不採用該法脫硫。尾部煙氣脫硫，脫硫率雖高，但其一次性投入的設備設施費、年運行費及設備維修費過高，非一般電廠所能承受，尤其是使用燃煤或劣質煤的中小型鍋爐的電廠。
適用於燃煤鍋爐的脫硫技術
配煤摻燒固硫劑脫硫技術，成本低、無設備設施投入，不但脫硫效率高，而且還解決了脫硫後鍋爐所排灰渣的高效利用問題。燃煤鍋爐每年只需投入礦化脫硫劑費用（不投入任何設備）就可達到脫硫效率，脫硫後鍋爐所排灰渣高效利用的經濟效益（灰渣可生產低標號222#和227#水泥，用於築路、建築、做為砌牆粉代替石灰，每噸銷售價180元左右）與每年投入的脫硫費用持平，在保證鍋爐高效脫硫的同時，還不影響電廠供熱發電的經濟效益。
本技術採用的配煤摻燒固硫劑，適合中國國情。利用價格低廉的礦化脫硫劑與煤或劣質煤共同入爐參加燃燒，在提高鍋爐燃燒熱效率和小時蒸發量的前提下，達到高效脫硫，同時使所排灰渣在爐內改性成有益的凝膠材料。
採用配煤摻燒固硫劑與燃煤均勻混合，進入鍋爐進行燃燒固硫，固硫劑中的氧化物對煤炭具有助燃作用，其著火點將顯著降低，提高煤炭的利用率，固硫劑中的催化物對煤炭具有催化作用，可以使煤炭在燃燒過程中燃燒的快而徹底，固硫劑中的Ai2O3、SiO2、MgO、Fe2O3、TiO2、CaO等可以起到抑制劑的作用，使其在高溫下和固硫產物形成矽酸鹽固熔體，阻止固硫產物的複分解，提高固硫效率。固硫劑集助燃、催化、固硫於一體，固硫劑中的SiO2、Fe2O3、Ai2O3等元素可以促進燃煤活化產2物，這類元素處於氧化態時具有空的d軌道或f軌道，他們可以通過化學鍵的斷裂，以獲得更多的分子量較小的氣體物質，從而降低了活化能，也就降低了煤的著火溫度，使煤炭燃燒的更加完全。固硫劑中的主要成份，2CaO.SiO2與煤燃燒放出的SO2發生反應生成CaSO4和SiO2，CaO與SO2發生反應生成CaSO3，CaSO3與O2發生反應生成CaSO4。固硫劑固硫過程中除2CaO.SiO2、CaO參與反應外，固硫劑成份中的鋁、鈉、鐵、鈦、鎂都參與了反應，在固硫產物中除生成CaSO4、CaS外，還有更穩定的多元化合物CaFe3(SiO4)2OH、3CaO・3Al2O3・CaSO4覆蓋或包裹在CaSO4外面，形成玻璃體狀態物質，從而延緩並阻止了CaSO4的分解，提高了固硫效率。固硫劑經過以上反應過程，燃煤中的SO2就以CaSO4或硫化物的形式固定在粉煤灰中，固硫劑中的所含的鹼金屬、鹼土金屬氧化物被反應中和，燃煤煙氣中的SO2、SO3有害氣體成分被吸收固定。燃煤鍋爐配煤摻燒，摻燒固硫可以把燃煤中的80%的SO2固定下來，大大減輕後期煙氣脫硫的負擔，使燃煤煙氣中的SO2濃度達到國家規定的排放標準。
礦化脫硫劑與煤或劣質煤混合後，在燃煤鍋爐內燃燒，在提高鍋爐燃燒熱效率及小時蒸發量的前提下，成功地解決了以下問題：
1、能保證鍋爐經濟負荷的安全、穩定運行，而單純燃煤不易達到，也解決了燃煤鍋爐單純燃煤易結焦的問題；
2、能提高鍋爐的燃燒熱效率、鍋爐出力（蒸發量）同時煤耗明顯降低；
3、在煤或劣質煤中，隨礦化脫硫劑加入量的增加能使高、低硫煤的脫硫率在90%～100%；
4、脫硫後鍋爐使所排粉煤灰、爐底渣磨成水泥細度28天強度達8.0Mpa以上的有用材料。該粉煤灰、爐底渣稱為改性灰渣，解決了燃煤鍋爐電廠由於所排灰渣殘碳量高、活性差而限制其綜合利用的問題；
5、把改性灰渣與28天強度達56.6Mpa的水泥熟料對半摻和磨成水泥細度，其強度等級為42.5水泥，稱該改性灰渣為混合熟料；
6、利用本技術進行脫硫，不需增加任何設備和投資。利用原上燃料系統，即可完成礦化劑的計量、上料與煤的混合，在爐前倉內就已把二者混合均勻，然後通過螺栓給煤機入爐燃燒就即可達到高效脫硫，灰渣在爐內改性成有益的膠凝材料；
試驗與燃燒試運行情況
試驗在某熱電廠燃煤鍋爐上進行。試驗期間，進行了SO2線上監測和熱工測3試，鍋爐所排粉煤灰、爐底渣跟蹤取樣，並進行了強度檢驗。
試驗完畢後，又在該電廠燃煤鍋爐上按煤：礦化脫硫劑=80：20配比的混合燃料同時燃燒運行了72h。結果是，鍋爐達到經濟負荷的穩定運行，而燃原燃料時不易，脫硫率達90% 以上，鍋爐所排灰渣的28天強度均在12.5MPa以上，該灰渣稱為改性灰渣。試驗期間，煤中隨著礦化脫硫劑摻入量的增加，電除塵處理的煙氣量、煙氣溫度均無變化， 對電除塵器的除塵效果無影響。三台鍋爐同時試運行期間，鍋爐受熱面的磨損均無變化。由於脫硫效果好，也減少了對受熱面的腐蝕。在達到經濟負荷的穩定運行時，鍋爐的熱效率較燃原燃料時有不同程度的提高，脫硫率隨礦化脫硫劑摻人量的增加而增大，在煤：礦化劑60:40時，脫硫率基本上已接近於100%。此時，鍋爐運行穩定、床溫正常，蒸發量達到最佳的經濟負荷，此時的運行工況為最佳工況。渣的燒失量在8%以下，飛灰的燒失量在5%左右；灰的f-CaO在5%左右，渣的f-CaO在10%左右，試餅水煮無變化，富氏夾法的實測值小於3.5mm，安定性均合格。從檢驗樣品看，雖然渣的f-CaO高達10%左右，但在低溫條件下形成的f-CaO容易消解，不會影響安定性能。從90天、180天的強度變化看，無回落。灰渣的28天強度均在12.5MPa以上，90天強度達30.0MPa左右。
提高鍋爐的燃燒效率而又防止結焦的原因
未添加礦化脫硫劑的煤或劣質煤，在燃煤鍋爐燃燒時，由於爐溫波動大，燃料在爐內燃燒過程中，易形成液相從而造成結焦。 添加礦化脫硫劑後，燃料於燃煤鍋爐在燃燒時存在如下反應，由礦化脫硫劑和煤灰分解生成的各新生氧化物參與的脫硫反應、各新生氧化物之間固相反應後生成的多種熟料礦物參與的脫硫反應等多種平行---競爭反應，高效脫硫及灰渣改性。 礦化脫硫劑的存在降低了煤灰的分解溫度，並大幅度減少了分解所吸收的熱量，使燃料更加充分燃燒，降低了所排粉煤灰的殘碳量，提高了鍋爐熱效率，解決了燃煤鍋爐燃煤所帶來的結焦問題。在保證鍋爐經濟負荷安全穩定運行的同時，提高了鍋爐小時蒸發量，並明顯降低了煤耗。
灰渣強度和脫硫效果機理初探
由改性灰渣的定量分析可知， 以C2S（矽酸二鈣）為主的礦物熟料占25%以上，石膏占6%左右，而C2S是強度的主要組分，是改性灰渣初期強度較低而後期強度高的主要原因。也是與以往用其它礦物進行脫硫後伴生物的不同之處，是脫硫效果好的重要原因。下面闡述如下：
1、用礦化脫硫劑來調整所燃燃料的物質組成，在燃煤鍋爐高速度、高濃度的固體物料流態化循環過程及傳熱、傳質快的特定條件下，在9OO～1000℃的溫度下，生成以C2S為主的礦物熟料的主要原因為：
眾所周知，C2S在800～900℃開始形成，1100～1200℃達最大值。而礦化脫硫劑的分解溫度是從550℃開始，800℃結束。礦化脫硫劑的存在使煤灰的分解提前了近200℃，也使這些分解生成的各新生氧化物相互反應生成多種礦物熟料的過程縮短到10分鐘左右。也就是說，礦化脫硫劑的存在使C2S的生成提前了近200℃。形成時間也縮短到10分鐘左右，這是生成礦物熟料的內在因素。 另外，由於燃煤鍋爐內的固體物料，經歷了由爐膛內的內循環及由分離器和返料裝置所組成的外循環兩種循環運動。使得物料在爐內燃燒過程中，停留幾分鐘，乃至十幾分鐘。而爐膛內的熱量、質量和動量傳遞過程是十分強烈的，這就使整個爐膛高度的溫度分布較均勻。在900～1000℃的溫度下，由煤和礦化劑組成的混合燃料加熱速度和反應速度均極快。煤灰和礦化脫硫劑分解形成的各新生氧化物它們之間都極易發生反應，形成以C2S為主的水泥熟料。整個燃燒過程、脫硫及矽酸鹽反應生成水泥熟料的過程，都是在這種形式的循環運動的動態過程中逐步完成的。這是生成礦物熟料的特定環境條件。
2、加礦化脫硫劑脫硫後鍋爐所排灰渣中，含C2S等多種熟料成分占25%以上，石膏（CaSO4）只占6% ，這是與以往用其它礦物脫硫後伴生物的不同之處，也是脫硫效果好的主要原因之一。
另外，煤中的有機硫和黃鐵礦中的硫分解是在400～900℃溫度段完成的。而礦化脫硫劑分解生成的各新生氧化物也是在這一溫度段完成的，給它們之間及與SO2的反應創造了有利條件和反應空間。這是脫硫效果好的原因之二。
關於鍋爐受熱面的磨損與腐蝕的情況
磨損與固體物料濃度、速度、顆粒的特徵和流道幾何形狀有關。在燃煤鍋爐中，受熱面和耐火材料受到大量固體物料的沖刷。受熱面的磨損有以下五個因素：
1、氣流速度（煙氣速度）：磨損量與流速的3次方成正比，氣流速度無變化（穩定風速）或變化很小；
2、煙氣溫度的影響：煙氣溫度無變化；
3、煙氣成分的影響：由於加入礦化脫硫劑後，脫硫率達90%以上，使煙氣中的SO2、SO3、H2S成分減少或消除，減少了受熱面的磨損與腐蝕；
4、飛灰濃度（粉塵濃度）：加入礦化脫硫劑後飛灰濃度提高，灰粒衝擊次數增多， 無磨損變化；
5、灰粒特徵：灰粒越粗，也就是說含炭量越高，磨損越重。本技術使用了相對於煤矸石、石灰石較細、較軟的礦化脫硫劑，使得燃料更加充分的燃燒，從而降低了含炭量，減少了磨損； 綜合以上分析，雖然煙塵濃度的提高增大，但礦化脫硫劑脫硫技術降低了灰粒的殘炭量，並減少了煙氣中SO2、SO3、H2S的成分含量，以上因素也大大減少了磨損，因此總得看來，礦化脫硫劑脫硫技術降低了鍋爐的磨損與腐蝕。
加入脫硫劑後對煙塵效果的影響及能耗變化
（一）設計選型電除塵器時，根據以下因素來選定：
1、處理煙氣量：
2、允許煙氣溫度；
3、運行入口煙氣含塵濃度；
（二）設計選型的富裕係數一般為1.20～1.30；
（三）某電廠試驗期間，加入礦化脫硫劑與煤的配比分別為75：25、70：30、60:40,與燃原燃料（煤：煤矸石=4：1）時，電除塵器入口、出口處煙塵濃度變化。
由此可見，煤中隨著礦化脫硫劑加入量的增加，電除塵器入口處煙塵濃度增大了2.3倍，但出口處煙塵濃度變化不大，最大不超過100mg/m3，除塵效果很好。 除塵效果好的主要原因為：
1、靜電除塵器的除塵能力達99.5%以上；
2、與燃原燃料時相比，通過電除塵器的煙氣量和煙氣溫度均無變化，只是粉塵濃度增加 了近2.3倍，但設計選型時留有很大的運行入口煙塵濃度值。 所以，加入礦化脫硫劑對電除塵器的除塵效果沒有影響。由於除塵器入口處煙塵濃度的增加，除塵器的能耗量增加。
煤或劣質煤與脫硫劑最佳配比的合理選取
採用該技術，必須根據燃用該混合燃料與原燃料時運行特徵的各參數，權衡利弊，優選出最佳配比。燃煤鍋爐燃原煤及燃混合燃料時運行特徵見表8和圖1，從中可見，原煤中隨礦化脫硫劑加入量的增加：
1、鍋爐的燃燒熱效率有所增加，鍋爐提供的小時蒸發量和節煤率均有所增大，當原煤：礦化脫硫劑=70：30時達到最佳，此時熱效率為84.73%，蒸發量為28.80t/h，節煤率為14.44%；
2、鍋爐的床溫減少，所排灰、渣的28天強度也減少，但90天、180天強度增大，增至30.0Mpa左右；
3、鍋爐脫硫率增大，當原煤：礦化脫硫劑=60：40時，脫硫率高達100%，但此時電除塵器入口處濃度是配比為80：20時入口濃度的2.2倍，增加了電除塵器的能耗。但其出口處煙塵濃度無變化，在70mg/m3～90mg/m3之間；
4、當原煤：礦化脫硫劑=80：20時，與電廠所燃燃料（原煤：煤矸石=80：20）電除塵器入口處煙塵濃度和能耗基本相同，但鍋爐受熱面的磨損比原燃料時輕得多，同時鍋爐提供的小時蒸發量、燃燒熱效率、節煤率和脫硫率分別是28.83t/h、84.70%、12.44%、90%，都比燃原燃料時高的多。
因此，綜合考慮各運行特徵，權衡所有利弊，採用原煤：礦化脫硫劑=80：20的配比為最佳；但當單純從脫硫角度出發時，則選擇原煤：礦化脫硫劑=60：40的配比。
這種爐內脫硫技術的有益效果是：
1、適當提高高溫固硫劑/SO2的比值時，能保證爐內高效快速的脫硫效果。
2、由於爐內脫硫效率可大幅度提高，可相應縮減爐後脫硫裝置，甚至對於原煤中全硫量不高，或要求不高的地方，可取消爐後脫硫裝置，也可達標排放。
3、由於適當提高高溫固硫劑/SO2的比值，在爐內高溫區高溫固硫劑可以和煤中的SiO2反應生成部分水泥熟料有效的礦物矽酸鈣，相應提高粉煤灰的質量和價值。
4、水泥熟料煅燒化學反應的熱工過程中，高溫固硫劑在高溫區和矽酸二鈣（2CaO2・SiO2）反應生成矽酸三鈣（3CaO2・SiO2）是一個放熱化學反應，其放熱量為419J/g。因此，根據入爐高溫固硫劑和煤灰成份所能形成的矽酸三鈣，決定它的放熱量，將有益於熱力鍋爐的熱力強度。
5、該技術工藝簡單，占地小，投資省，綜合效益好。
6、實施燃煤鍋爐爐內脫硫技術，要根據燃煤的成分（全硫含量、工業分析和煤灰成份）在保證脫硫效果時，適當提高高溫固硫劑SiO2的比值，以提高粉煤灰的質量和價值。在可能情況下採用計算機控制入爐煤粉和脫硫劑比例，保證均勻穩定的入爐。
本技術與技術相比具有以下優點：
1、採用爐內脫硫向飛灰中增加矽酸二鈣，使飛灰中矽酸二鈣含量達到35%，再將矽酸二鈣的飛灰重熔，既可以大幅度的提高爐內脫硫效果，又可以避免鍋爐滅火事故的10發生。煙氣中有害的SO2氣體轉化為無毒無害的硫酸鈣和其它含硫化合物固化在玻璃體水渣之中形成增鈣爐底渣，脫硫產物利用率到100%，可全部轉化為水泥建材行業的優質原料，利用價值提高。本技術的方法及其系統在大量消化處理粉煤灰的高效率的煙氣脫硫和鍋爐節煤，適用於裝有立式煤粉鏇風爐、臥式煤粉鏇風爐和液態排渣爐及煤粉鍋爐的火力發電廠、地方熱電廠、企業自備電廠和動力廠，是集節能、環保和灰渣資源綜合利用於一體的技術含量較高的新技術。
2、拓寬了爐內脫硫反應的溫度區域：由技術1300―1350℃拓展到1160―1500℃。
3、增加了脫硫產物的種類：在1160―1300℃溫度區段，脫硫產物主要是含硫鐵酸鈣類化合物；在1300―1350℃溫度區段，脫硫產物主要是含硫鋁酸鈣類化合物；在1350―1500℃溫度區段，脫硫產物主要是含硫矽酸鈣類化合物。
4、增加了爐內脫硫劑的品種。技術中的入爐重熔飛灰是低效脫硫劑，石灰石粉是中效脫硫劑，而我們開發的矽鐵類脫硫劑等按一定比例混配的脫硫劑是一種高效脫硫劑。
5、增加了系統進料口，便於根據燃煤的情況加以調節，技術在鍋爐上開設三種進料口，其一是煤粉入口，其二是飛灰回熔入口，其三是石灰石粉入口。本技術在鍋爐上增加了高效脫硫劑入口。
6、增加了入爐煤的固硫劑添加系統，以使燃燒初期固硫，增加爐內脫硫效果。本技術在輸煤皮帶上增設了固硫添加系統。
7、增加了二氧化硫濃度檢測儀以及PLC或DCS自動控制系統，利用線上檢測儀將鍋爐煙氣中SO2的排放濃度數據反饋給自動控制系統，適時發出指令調節控制脫硫劑量和脫硫劑區域，提高系統控制水平，最佳化爐內脫硫效果。
採取爐內主動脫硫與採取爐後輔助脫硫，對剩餘SO2進行脫硫相結合的方法）完成低成本或無成本脫除燃煤（含硫量1%-4%）的二氧化硫，脫硫效率可達98%以上，甚至零排放，脫硫技術及脫硫效率與脫硫技術相當，甚至超過脫硫技術，是目前脫硫技術中的一個創舉和一項重大突破，特別適用於（含硫量1%-4%）高硫煤。