燃煤锅炉炉内喷钙催化脱硫技术介绍
某公司在引进中科院DCL固硫剂脱硫技术并成功商业运行，同时开发出AG-2型固硫剂和AG-R脱硫技术装备及其计算机控制软件。在燃用低硫煤，煤的含硫率为0.6~1.0%，钙硫摩尔比为2.0~2.5时，其锅炉烟气SO2削减率达到60~70%（经烟气含氧量校正）。下面是电厂燃煤锅炉炉内喷钙干法催化脱硫技术介绍：
一、本脱硫技术属于干法脱硫，是炉内喷钙催化脱硫技术。
传统的炉内喷钙可以脱除烟气中20%~30%的SO2，国内外的深入研究表明，在炉内喷钙处于最优状态下，炉内脱硫率一般只能达到30~40%。
其原因是受到客观因素的制约，如吸收剂的粒度、比表面积、加入量、加入方式、烟气温度、烟气与吸收剂的混合程度、接触反应时间、温度等等。
在炉内喷钙技术中要进一步提高脱硫率的方法之一是在锅炉后部喷水增湿，使炉内未与SO2反应的CaO被水硝化成为Ca(OH)2，低温下可再次与SO2反应生成CaSO3以提高SO2削减率和吸收剂利用率。该工艺技术要增加增湿活化塔及其附属设备和控制系统，可以将脱硫率提高到约75%，但增加了投资和占地面积，也提高了运行成本。
在炉内喷钙的基础上提高脱硫率另一方法是改进吸收剂的性能来提高吸收剂对SO2的吸收率，以提高脱硫率。
可燃硫燃烧后生成的SOx、在过剩空气系数α=2，烟气温度为1100℃时，绝大部分为SO2，只有1~2%为SO3，SO3随过氧系数、烟气烟气温度Tk加大而增加。如果用CaO来吸收SO2时，吸收率是非常低的。生成的CaSO3在过剩空气系数=2~3时，也只有小部分CaSO3被氧化成稳定的CaSO4，而在温度较高的条件下大部分又被分解为CaO和SO2。但CaO吸收SO3的效果要好得多，其吸收率取决于CaO的活性（比表面及活化能）。在CaO中加入一定的助剂进行活化处理，CaO对SO3的吸收率就大大提高了。同时选择一种将SO2转化SO3的催化剂和延缓CaSO4热解的稳定剂。使脱硫后生成物为稳定的CaSO4。
AG系列固硫剂正是运用了这个原理。在喷钙脱硫过程中，引入催化技术，包括下述三种作用：
在钙基脱硫剂中加入少量的助剂提高CaO的空隙率，使其变得膨松、有利于SOx扩散到CaO内部；
在钙基脱硫剂中加入微量催化剂，可起到催化及氧化作用，使SO2转化为更容易被CaO吸收的SO3；
在CaSO4表面覆盖一层极薄的复合盐化物，以延缓CaSO4重新热解，以提高固硫率。
这种技术最大的优点是不需增加大的附加设备（如吸收塔）和加大占地面积，对现有锅炉不用改造，具有工艺简单、一次性投资少、运行费用低、操作方便等特点。尽管脱硫率约（70%）比其它引进技术稍低，但以其优越的性能价格比，是对现有锅炉进行脱硫改造的较理想选择。特别是已经燃用低硫煤，SO2排放浓度已达到目前国家及地方指标的电厂，没有必要花巨额投资及高运行成本来追求更高的脱硫率。AG固硫剂脱硫技术不失为一种切实可行的脱硫技术。
二、火力发电厂中、大容量锅炉应用AG-2干法催化脱硫技术工艺简介
(1)根据燃煤锅炉应用证明，在锅炉转向室之前，符合AG系列固硫剂催化反应温度1100~1200℃。而且大容量锅炉炉膛截面积大，相对来说，比一般小容量工业锅炉喷入固硫剂更容易扩散更有利于与烟气充分混合。大容量锅炉由于喷入的固硫剂量相对较大，安装的喷嘴也多，固硫剂喷入炉内后充满度也比小容量锅炉要好得多。
(2)本技术拥有优越的性能价格比，体现在一次投资少、运行费用低（见经济分析表）、占地面积少（如3×50MW机组为例，包括控制室在内不会超过100m2）。而且锅炉只需利用停炉小修间隙安装喷嘴，不会影响到发电指标的完成，特别是负荷率高的大型机组。
(3)本技术简单工艺流程为：固硫剂以密闭罐车送到原料仓前，利用车载风送系统卸车，原料仓顶设有高效除尘器，净化卸车气源。原料仓设有防粘附内衬和流化加热装置，高低料位计和连续料位计。
固硫剂从料仓到喷入炉膛内的输送过程有两种系统。即直接一级输送和经炉前仓过渡的两级输送系统两种。
两级输送系统原料仓向炉前仓输送使用柱塞流仓泵，当炉前仓料位低时，原料仓出口下料机下料到仓泵，当仓泵高料位到或下料量到后，仓泵向炉前仓输送，直到炉前仓料位满为止。炉前料仓同样设置除尘器，流化加热装置、料位计。喷射系统由给料斗（称重斗）、给料机、喷射器、罗茨风机、助推风机、喷嘴等部件组成。固硫剂由可调速的旋转给料阀或仓螺体出口连接喷射器，借助罗茨风机压头，把固硫剂送到喷嘴，通过助吹风作用形成一定速度、旋流强度和扩散角喷入炉膛1050~1150℃的区域内。喷嘴设置二排以上，排数及喷射量均为可切换和可调节，喷嘴顺煤粉燃烧旋转方向准对角切圆喷射，也可以前墙或侧墙布置。每排喷嘴最大出力为锅炉在满负荷时，2.5钙硫比的喷射量。以适应峰谷负荷和不同的煤种的变化。
对于锅炉房特别紧凑，锅炉平台、框架上不允许安装设备的电厂，可以采取国外先进的“仓螺体”或“RotoFeed”注料泵直接从零米向锅炉合适的温度区喷射固硫剂。整个过程由小型DCS（集中分散控制系统）控制，主要功能有：
1.输送系统程序控制和故障判断处理；
2.固硫剂喷射量控制：
根据锅炉负荷（主蒸汽量讯号）计算煤量（经发热量修正），煤含硫量、设定的钙硫比来计算固硫剂喷入量。给料量由变频调速控制。实测的烟气含SO2量经氧量校正用来修正喷入量；
3.助推吹风量控制：
主要作用为控制喷嘴在不同的喷射量时需要流速和停用喷嘴时的冷却风量；
4.根据锅炉负荷和炉温变化切换上下排喷嘴；
5.加热和流化的自动控制；
6.保安功能：
当锅炉燃料切断（MET）和系统故障时，联停固硫系统；
7.给电厂主机组计算机系统提供脱硫系统运行状态、参数。
注：喷嘴位置需经炉内温度场数值计算模式进行计算机模拟计算和不同煤种，不同负荷状态下现场实测数据确定。
三、50MW和300MW发电机组锅炉应用AG固硫剂脱硫技术经济分析：
(1)计算依据：
单位投资：
120元/ kwh
固硫剂价格：
140元/吨，含税，运费为40元/吨，到电厂价为180元/吨
固硫剂用量：（t/h）
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注：石灰石粉含钙折算值。
SO2排放总量计算：
煤量（t/h）×煤含硫量（%）×2×0.85
设备折旧期：
15年
维修及管理费：
总投资×3%/年
煤价：
320元人民币/吨
厂用电价：
0.32元人民币/ kwh
总热效率损失：
0.3%~0.4%，按0.4%计算
能耗折算成厂用电率：
0.2%
减免排污费：
选 0.15元/公斤和0.6元/公斤二个参考值。
四、煤粉锅炉使用本脱硫技术装备几个问题的分析：
(1)对炉效率的影响
对锅炉热效率的影响，理论计算如下：(脱硫反应热效应根据盖斯定律用标准生成热进行计算)
反应(1)脱硫剂受热分解，反应吸热：
CaCO3→CaO+ CO2+ Q1
Q1=-178.40kJ/mol
反应(3)脱硫生成石膏，反应放热
CaO+ SO2+1/2O2→CaSO4+ Q3
Q3=501.10kJ/mol
Q1和Q3是温度为25℃时的标准热效应，但在锅炉内，反应是在1100℃下进行，脱硫反应物和生成物的热容都是温度的函数，根据基尔霍夫定律，过程等压热效应的温度系数等于系统等压热容差数，即：
dQ= △CpdT
将各物热容差值代入上式并积分，可求得石灰石分解和脱硫反应热效应
分别为：
Q1=-214.36kJ/mol
Q3=466.00kJ/mol
当脱硫率为69.6%， molCa/S=2.5时，总热效应为：
Qt=0.696 Q3+2.5 Q1=-211.6kJ/mol-S=-6611.8kJ/kg-S
也即等于消耗了0.225 kg标准煤/ kg-S
若煤含硫1.0%，则锅炉燃烧每吨煤的热损失为2.25 kg标准煤(低位热值：29308kJ/kg)，热损失为0.225%。
又：固硫剂喷入炉膛升温1100℃时吸热量为：
Q4=Cp(T2-T1)=0.0921×（1100-25）=99.0kJ/mol
而固硫剂随烟气从1100℃降至排烟温度时的回收热为：
0.0921×（1100-150）=87.5kJ/mol
实际固硫剂吸热为△Q4=99-87.5=11.5kJ/mol
则Q5=11.5×2.5×1000/32=898.4=0.031kJ/kg，热损失为0.04%。连同固硫剂受热分解、反应吸热、放热的热损失0.225%，则理论计算热损失仅为0.27%。
下面是固硫剂第一次工业试运行时锅炉效率的测试结果：
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(2)对锅炉受热面的影响
a. 由于AG系列固硫剂的原理是氧化钙与SO2与SO3的反应生成CaSO4，从而降低了SO3和硫酸蒸汽浓度，也降低了低温受热面的腐蚀。固硫剂从炉膛出口区域喷入，对炉膛影响极少，不可能增加高温腐蚀。
b. 对受热面的磨损和冲击细磨后的CaO的硬度较小，而且不朝向受热面喷射不至于增加撞击磨损。主要磨损的是灰负荷，加入固硫剂后，灰负荷有所增大，但未至于会造成对锅炉尾部磨损有较大的影响。根据南京下关电厂炉内喷钙运行多年观察，未发现明显磨损迹象。
(3)对锅炉燃烧的影响：
固硫剂从锅炉屏过下部喷入，已是燃烧中心上部，已接近锅炉转向室，该处的燃料粒子已完全燃尽，所以不会影响到锅炉的燃烧，也不会改变煤灰的变形温度（T2）软化温度（T1）。
(4)对电除尘器的影响：
对已应用的广石化的自备电厂4#炉和广州恒运电厂3#~5#炉的结果表明，在最大钙硫比（Ca/S=2.5）的状况下，双室三电场的电除尘在正常工作状态下，出口烟尘浓度变化不大。按广东省2002年1月1日执行的“大气污染物排放值”上述两厂也拟对电除尘器进行改造。使用固硫剂以后，出口烟尘量最大可比原灰荷增加约1/5，但电除尘作修复性检修后，基本可满足固硫剂条件。为了适应更加严格的烟尘排放标准。建议对电除尘选用以下改进方法：
a. 改进进口烟箱（在工程承包范围内），使电除尘进口烟箱的惯性除尘率达到40%以上。减轻进电场的烟尘浓度（已有专利技术），消化使用固硫剂后增加的烟尘浓度。
b. 改进板线结构采用“C”=480板和电晕性能较好的阴极线。
c. 改善振打清灰性能。
(5)对粉煤灰的影响：
使用固硫剂后使粉煤灰在一定程度上发生了变化，生成的是高钙高硫粉煤灰。在这种粉煤灰中CaSO4以SO3的形式存在。由于固硫剂是钙基型，致使粉煤灰颗粒类似于高钙灰粒，有较高的反应活性，当采取干法排灰时，灰的内部成分不发生化学反应，保持较高的火山灰活性。
如南京某电厂采用LAFIC脱硫技术（炉内喷钙和尾部增湿）其粉煤灰活性指标28天抗压强度比可达86.8%，在建材方面有较大的利用价值，仍可按常规方式综合利用。粉煤灰用作成品混凝土掺合料时，价值最高。但粉煤灰标准的SO3不能超过3%。使用AG系列固硫剂脱硫技术，可选择合理的煤含硫量，脱硫率（Ca/S比）烟气含SO2浓度保证粉煤灰中的SO3的含量不超过3%。按中科院大连化物所理论计算，在煤含硫量为0.63%，脱硫率为60%时，粉煤灰的SO3含量为3.33%，除去炉渣的硫份，实际运行中是达不到这个理论计算值。
广州某电厂含硫为0.6%的煤，脱硫率为65%时，其粉煤灰总硫量为0.82%，折算成SO3只有2.05%。至于干法除灰方式收集的粉煤灰用作水泥厂熟料和建材产品等方面是没有问题的。不过价值要比优质粉煤灰低，但粉煤灰量的增加，可弥补这方面的损失。要说明的是，用作混凝土掺和料的粉煤灰标准是90年代初制定的。当时并没有高钙高硫粉煤灰产生。随着电厂逐步上脱硫设施，粉煤灰指标和脱硫粉煤灰的应用必将摆上议事日程。
五、本技术优势
1. 本干法催化脱硫技术是可以装备大容量煤粉锅炉，尤其是已投入运行的锅炉。50MW~300MW发电机组锅炉可以应用本脱硫技术。
2. 本脱硫技术应用干法催化技术，使传统的炉内喷钙脱硫率有大幅度增加。
3. 本脱硫技术无论一次性投资、设备占地面积、运行成本、脱硫单位费用、施工周期等方面相比于其它脱硫技术是最低的。特别是安装和将来设备检修，发电机组完全可以正常运行，不影响电厂的发电指标完成。
4. 本脱硫技术不会产生二次污染，是绿色技术，其固硫剂原材料为天然矿物质和工业废料。
5. 本脱硫技术具有可持续发展功能，升级能力强，通过进一步优化固硫剂的配方或烟道增湿活化提高脱硫率，在应用AG-2固硫技术同时，改造除尘器进口烟箱，消化使用固硫剂增加的粉煤灰，也可为将来通过尾部烟道增湿活化再提高脱硫率打下基础。
6. 在电力系统中，安全可靠性可谓是电厂管理的重中之重。而AG-2固硫剂干法催化脱硫技术及其装备全部在炉外布置，对比其它在烟道布置的脱硫技术，有着不可替代的安全优势。它绝不会因为脱硫系统故障影响到锅炉正常运行。随时停下来检修，绝不会影响到机组发电。
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