煤矸石电厂炉内外联合高效脱硫技术研究

如能够直接利用煤矸石中的石灰石成分脱硫，不仅降低煤矸石发电烟气达标排放的治理成本，还能增加煤矸石发电的资源综合利用量和发电量。

煤矸石是在煤矿建设、煤炭开采和加工过程中产生的废弃物，是目前我国排放量最大的固体废弃物，占全国工业固体废弃物的20%以上。华蓥山矿区内钙质型煤矸石发热量低于1500kcal/kg，含硫量超过5%，但其中石灰石(CaCO3)含量高达50%。如能够直接利用煤矸石中的石灰石成分脱硫，不仅降低煤矸石发电烟气达标排放的治理成本，还能增加煤矸石发电的资源综合利用量和发电量。

1 燃煤锅炉炉内固硫技术研究

1.1 炉内固硫化学反应机理

燃煤锅炉炉内固硫的原理是：燃煤锅炉煤燃烧过程中生成的SO2，遇到碱金属物CaO、MgO等时，生成CaSO4、MgSO4等而被脱出，随锅炉灰渣排出锅炉，从而降低烟气中SO2的排放浓度。采用石灰石(CaCO3)作为脱硫剂是燃煤电厂普遍采用的脱硫方法。该方法就是在煤燃烧过程中，煤中加入的石灰石分解生成石灰(CaO)，CaO在氧化性气氛下与烟气中的SO2及氧反应生成硫酸钙(CaSO4)。

1.2 循环流化床锅炉

循环流化床燃烧系统主要包括炉膛、气固分离器和返料器这三个关键部件。循环 流化 床炉燃 烧分布在 整 个 炉膛范围内，炉膛温度上下均匀;被烟气携带出炉膛的物料被分离器分离后经返 料 器 返回炉膛，物料如此 反复循环燃烧;锅炉热容量大、燃烧温度便于控制、燃烧效率较高、适用低热值煤矸石做为燃料。

由于循环流化床锅炉的工作特点，燃料在循环流化床中燃烧时，被烟气带走的细颗粒能在循环灰分离器中被分离出来并送回炉内再进行反应，延长了脱硫剂的停留时间;其次，流化床整个炉膛范围内，炉膛温度上下均匀，刚进入炉膛内的新鲜燃料和脱硫剂颗粒能在瞬间即被加热到炉膛温度，而且在整个固体物料的循环系统内温度分布均匀，使得脱硫剂和SO2的反应能在整个炉膛和分离器内进行;还有，在炉膛内的内循环和整个物料通过分离器的外循环过程中，脱硫剂的颗粒会被因为颗粒间的碰撞 发生破碎而出现新的反应表面，增加煤中硫分燃烧后在烟气中形成SO2的接触反应面积;这一切大大改善了脱硫性能，提高了脱硫剂的钙利用率，可以达到比一般锅炉更高的炉内脱硫 效率。用循环 流化 床加石灰石脱硫时，当Ca/S=1.5～2.0，可以达到90%的脱硫效率。

1.3 影响燃用煤矸石流化床锅炉炉内固硫效率的因素及措施

循环流化床锅炉的燃烧和脱硫过程十分复杂，影响脱硫效率的因素很多，使用低热值煤矸石做为入炉燃料的流化床锅炉炉内脱硫主要影响因素如下：

①使用燃料发热量不高但含硫量偏高，掺入石灰石后降低入炉燃料发热量，影响锅炉燃烧。

② 炉 膛 温 度 偏 离 石 灰 石 分 解 生 成 石 灰 的 最 佳 反 应 温 度850℃，石灰生成量不足。

③粗颗粒石灰石生成的粗颗粒石灰，不能与SO2充分接触反应，就被排出锅炉，炉内固硫效率低。

1.3.1 炉膛温度

炉膛温度对循环流化床锅炉脱硫效率有很大影响。炉膛温度的变化直接影响到脱硫剂的反应速度、固体产物分布及孔隙堵塞特性，从而影响脱硫剂的利用率。为了保证炉内石灰石分解生成石灰所要求的温度水平，锅炉必须控制在850℃低温燃烧，为了保证煤炭的燃尽率，选择高温分离器替代原来的中温旋风

分离器，增加回收效率，同时回收回来的灰具有较高温度，不会降低锅炉燃烧室的温度水平，为锅炉低温燃烧提供技术保障。