摘   要：通過對固硫劑輸送、噴射設施的優化及不同Ca/S摩爾比、不同噴射方式下鍋爐SO2的削減量，證實了DCL型燃煤固硫劑是一種投資少、占地小、效率高的新技術，可在220t/h高壓煤粉鍋爐使用。 
       關鍵詞：固硫劑；輸送、噴射裝置；二氧化硫；削減量 
       DCL型燃煤固硫劑脫硫技術是國家環保總局下達給中科院的“九五”攻關項目，已通過國家科委的成果鑒定，并于1999年9月在鞍鋼第一發電廠130t/h鍋爐上進行了工業試驗運行并取得成功，Ca/S摩爾比在2.0～2.5時，SO2的排放削減量穩定在59%～66%之間。中國石化集團廣州石油化工總廠與廣州市粵首實業有限公司合作在廣州石化總廠自備熱電站4#鍋爐（WGZ220/100-13型高壓、單汽包、自然循環、固態排渣煤粉爐）進行DCL型固硫劑示范工程，從固硫劑儲存、輸送、噴射工藝上采取了先進技術，在試運行中取得較好效果，達到成果鑒定的SO2排放削減率。在燃煤含硫量為0.8%，Ca/S為2.0和2.5時，SO2排放削減率分別達到了57.9%和65.5%。 
       一、固硫技術基本原理 
       煤按不同的含硫量稱為低、中、高硫煤。硫在煤中以無機硫（單質硫、硫酸鹽），有機硫（硫醇、硫鍵、雜環硫）等不同形態存在，在燃燒過程中生成硫氧化物SOx。SOx排入大氣經光化學反應，形成硫酸霧，進而形成酸雨，嚴重危害生態環境。
固硫技術是指在鍋爐燃燒過程的一定溫度區域中加入固硫劑脫硫的方法，使燃燒過程中產生的SOx立即轉化為MeSOx，固定在爐渣及煤灰中，而不排入大氣環境，其原理為：
SO2＋MeO＋1/20 → MeSO4 
       但此反應式沒有表達反應的復雜機理和各種條件因素。可燃硫燃燒后生成SOx，當鍋爐過剩空氣系數=2、燃燒室出口溫度=1100℃時，絕大部分是SO2，SO3僅為3%～5%，隨過剩空氣和燃燒室出口溫度加大而增加。如果用CaO來吸收SO2，吸收率是非常低的。生成的CaSO3在過剩空氣為2%～3%時，也只有少部分CaSO3被氧化成穩定的CaSO4，大部分又被分解為CaO與SO2。而CaO吸收SO3的的效果要好得多，其吸收率取決于CaO的活性（比表面及活化中心），如在CaO中加入一定量的催化劑進行活化處理，CaO對SO3的吸收率則大大提高了。 
       DCL型固硫劑正是運用這個原理在MeO中加一定量的助劑，將催化的概念引入固硫，通過提高固硫劑的吸附表面及活性，同時將SO2轉化為SO3，或使CaSO3轉化為CaSO4，從而使Ca O固硫率大大提高，DCL型固硫劑不同于傳統的固硫劑摻加到原煤中，而是噴到鍋爐燃燒中心上部，固硫劑直接與煙氣中的SOx反應，對燃燒沒有造成不良影響，對鍋爐效率影響甚微。 
       二、DCL型固硫劑爐內噴射基本工藝 
       按照DCL型固硫劑的技術要求，與煙氣最佳反應溫度為950℃～1050℃。固硫劑噴嘴的位置確定在23.1m前墻看火孔處，該處處于鍋爐轉向室之前，屏式過熱器煙氣入口中心點下3m處，在鍋爐負荷170t/h時，利用阿吉瑪紅外線熱像測得該處溫度為1045℃～1075℃，這樣完全不用對鍋爐進行改造。
DCL固硫劑物理性能： 
       堆密度：1.00～1.15t/m3細度：≤200目 
       外觀：灰色粉狀物　含水量：≤5% 
       根據固硫劑容易受潮和粘附力較強的特性，我們在考慮工藝系統設計時，盡量簡化系統、優化工藝，并在整個系統中考慮到不發生二次污染，而且要有一定自控程度。整個工藝流程見圖1。

圖1　DCL型固硫劑輸送噴射工藝流程

       如圖1所示，100m3儲罐為鋼結構儲料倉，儲料倉根據DCL型固硫劑物理特性設置自動加熱的空氣流化設施，高低料位采用美國DE公司產品。罐頂設置布袋除塵器，用于處理散裝車輛料進罐的動力氣源。發送器輸送能力為6～8t/h，氣灰度為1：39。22層小料倉為2m3×2，同樣設置美國DE公司料位計、加熱板、布袋除塵器。噴射部分包括了羅茨風機、螺旋給料機（帶變頻調速）、噴嘴。發送系統采用了PLC程控：小料倉料位低→發送器啟動→輸送固硫劑往上料倉→上料倉料位高→發送器停運→吹掃輸送系統。整個系統占地在50m2左右，并包括預留第二臺爐位置。 
       為了保證噴嘴不會堵塞，設置羅茨機任何一種狀況下停機均聯跳對應給料機。羅茨風機停運、系統設置在程控狀態下，給料機不能啟動。其它參數均能在表盤顯示，給料機可人工任意調整轉速來調節給料量。
固硫劑噴嘴從鍋爐標高23.1m處下兩個手孔插入，噴嘴采用耐熱合金鋼鑄造，內管鋼材為1Gr18Ni9Ti。助推風利用鍋爐熱風道送來的熱風，氣料比為＜3kg/m3。為保證固硫劑能在爐內迅速均勻擴散，噴嘴在出廠前進行了冷態試驗，保證足夠的旋流強度，使物料離開噴嘴迅速擴散并形成一個回流區，保證固硫劑均勻擴散。系統中采用了不少外國先進專利技術，整個系統耗能見表1和表2。

       表1輸送噴射設備電耗表

       表2輸送噴射設備氣耗表

       三、固硫劑在鍋爐應用的幾個關鍵問題 
       1、固硫劑噴入爐內區域選擇　實驗室高溫固硫表明，溫度對固硫效率是相當重要的，當溫度超過1200℃時SO2重新釋放出來，固硫率接近于零。這是因為：SO2通過覆蓋在CaSO4表面的保護層的擴散速度隨著溫度的升高而增大；另一種原因可能是在當固硫劑里面的催化劑失效時，SO2與MeO生成的MeSO3又分解為SO2和MeO。從4#爐試驗結果來看，第二種可能更大一些。 
       4#爐第一次試驗，噴嘴裝在20.8m處，噴入區域溫度高于1200℃，數據顯示出口煙氣中的SO2較未噴固硫劑時煙氣中的SO2還高出5%～10%。當噴嘴裝到23.1m時，（測得溫度均為1045℃）固硫效率明顯提高。 
       2、選擇合適的鈣硫比　不同的固硫劑添加量有不同的固硫效果，取決于原煤含硫量、燃煤用量，它可通過鈣硫摩爾比來求得： 
       M=A×B×X/0.27 
       式中：M--固硫劑噴入量t/h 
       A--鍋爐每小時耗煤量t/h 
       B--煤中含硫量% 
       X--Ca/S摩爾比 
       假設220t/h鍋爐燃煤量為28t/h，煤中含硫量為0.8%，要求Ca/S摩爾比為2時，則固硫劑噴入量為：
M=28×0.8%×2/0.27=1.66t/h 
       設定不同的Ca/S摩爾比取決于本爐在哪一種固硫劑噴入量取得最佳固硫效果，它要考慮到安全、經濟，對削減SO2排放量的要求等，經優化方式來決定。廣石化220t/h鍋爐在應用試運Ca/S摩爾比在2和2.5時，由廣州市環境保護科學研究所測得的SO2削減率，見表3。

       表3DCL型燃煤固硫劑固硫效果監測結果 
 
       注：廣州市環境保護科學研究所監測

       需要說明的是，固硫劑噴入爐內后，最終與粉煤灰一起被電除塵捕捉。不能無限度的提高Ca/S摩爾比，否則，電除塵前煙塵濃度增大后，影響電除塵正常運行。在電除塵滿負荷運行狀態下，電除塵出口煙塵排放濃度依然超標。根據4#爐投入固硫劑后對電除塵前后煙塵濃度和除塵效率檢測結果表明，當Ca/S摩爾比在2.5以下時，除塵效率和出口煙塵濃度變化不大。 
       3、噴嘴助推風對脫硫效率的影響 
       由于各種鍋爐結構不同，設計煤種和實際用的煤種不一樣，鍋爐的溫度場分布不一樣，廣石化4#爐最后確定的固硫劑噴入位置為23.1m處，該處爐內結構見圖2。

 
圖2　固硫劑噴嘴位置

       當噴嘴二次風速過高時，SO2排放量曾出現過削減率不到35%，當調整了二次風開度，降低了風速，SO2削減率即上升到55%以上。在不同鍋爐應用時，噴嘴的助推風（二次風）的風速的調整是相當重要的。 
       四、脫硫成本分析 
       目前供應商提供的固硫劑為200元一噸，根據Ca/S摩爾比在2.0和2.5時的SO2削減率，按廣石化動力事業部4#鍋爐試驗時的原煤含硫量和耗煤量理論測算，當Ca/S摩爾比在2.0時，削減每噸SO2固硫劑成本為1509元；當Ca/S摩爾比在2.5時，固硫劑成本為1687元，每kW·h發電成本約增加0.006元～0.008元。SO2排放環境造成的損失遠遠大于此數，也大大低于國外脫硫設施削減一噸SO2的成本。 
       DCL型燃煤固硫劑技術，具有投資少、占地小、效率高、運行費用低等優點，對鍋爐運行安全可靠性影響甚微，非常適合我國國情。DCL型固硫劑固硫技術，對新建企業鍋爐的環保“三同時”，對現有企業的改擴建、削減企業的SO2排放總量，是一個可行的高新技術