循环流化床锅炉石灰石脱硫系统设计

摘 要：本文简要阐述煤燃烧污染物SO₂的危害，煤在循环流化床锅炉中燃烧产生SO₂的过程以及循环流化床脱硫机理。最后，重点介绍循环流化床锅炉几种石灰石脱硫方式及其优缺点。

关键词：循环流化床；石灰石；脱硫；系统设计

一、空气中SO₂的危害

我国是世界上一次能源消费以煤为主的国家之一，2000年我国一次能源消耗中煤的比例为63%，同时期世界平均水平是25%。以煤为主的能源消耗结构导致大量SO₂排放，2000年我国SO₂排放为1995万吨，居世界第一位。

SO₂对人类的健康造成直接危害，大气中的SO₂随降雨形成酸雨，在危害人类健康的同时，并造成建筑物和材料的腐蚀、湖水的酸化、土壤的酸化和贫瘠化，使农作物及森林生长减慢，鱼类生长受到抑制等。随着经济的发展，我国SO₂排放量增加，生态环境面临着巨大的压力，人类的生命健康和生存环境受到了严重的危害，每年因酸雨造成的直接经济损失已达200亿元左右。

二、煤燃烧过程中SO₂生成和流化床脱硫机理

1．硫在煤中的组成形式

煤炭中的硫可分为有机硫和黄铁矿硫。有机硫与碳紧密结合，是含碳有机分子的一部分，它在煤中均匀分布。无机硫的主要成分是黄铁矿（FeS₂）,它的颗粒比较小，在煤中呈独立相弥散分布。一般地说，低硫煤中主要是有机硫，而高硫煤中主要是黄铁矿硫。

2． SO₂的生成

煤被加热到500℃左右时，有机硫从含硫有机分子中分解出来，在氧化性气氛中生成SO₂，在还原性气氛中生成H₂S，H₂S在遇氧化性气氛后（与二次风混合）也氧化成SO₂。

黄铁矿硫在氧化性气氛中直接氧化成SO₂：

4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂

在还原性气氛中，温度在500℃左右时，黄铁矿还原成FeS、S和H₂S，生成的S和H₂S遇O₂，氧化成SO₂，FeS则要在1400℃以上才能进一步分解。

在燃烧过程中，一部分生成的SO₂在火焰高温区与离解的氧原子结合生成SO₃，在管壁温度为450～650℃的受热面上，其管壁的氧化膜和积灰中的金属氧化物（Fe₂O₃、MnO₂、V₂O₅、Al₂O₃等）的催化作用下，SO₂也会氧化生成SO₃。但总的说来，SO₂氧化生成SO₃的比例并不高，仅为0.5～2%。

3． 流化床燃烧中的脱硫方式和脱硫反应

循环流化床锅炉脱硫工艺是近年来迅速发展起来的一种新型脱硫技术，其原理是燃料和作为吸收剂的石灰石粉送入燃烧室下部，一次风从布风板下送入，二次风从燃烧室中部送入，气流使燃料颗粒、石灰石粉和循环灰一起在循环流化床内强烈扰动并充满燃烧室，石灰石粉在燃烧室内裂解成氧化钙（CaO）和二氧化碳（CO₂），然后CaO和SO₂及H₂S反应生成CaSO₄，以达到脱硫的目的。化学方程式如下：

CaCO₃=CaO+CO₂

2CaO+2SO₂+O₂= CaSO₄

CaO+H₂S=CaSO₄+H₂O

CaCO₃+H₂S=CaS+H₂O+CO₂

CaS+2O₂= CaSO₄