燃煤鍋爐爐內噴鈣催化脫硫技術介紹
某公司在引進中科院DCL固硫劑脫硫技術并成功商業運行，同時開發出AG-2型固硫劑和AG-R脫硫技術裝備及其計算機控制軟件。在燃用低硫煤，煤的含硫率為0.6~1.0%，鈣硫摩爾比為2.0~2.5時，其鍋爐煙氣SO2削減率達到60~70%（經煙氣含氧量校正）。下面是電廠燃煤鍋爐爐內噴鈣干法催化脫硫技術介紹：
一、本脫硫技術屬于干法脫硫，是爐內噴鈣催化脫硫技術。
傳統的爐內噴鈣可以脫除煙氣中20%~30%的SO2，國內外的深入研究表明，在爐內噴鈣處于最優狀態下，爐內脫硫率一般只能達到30~40%。
其原因是受到客觀因素的制約，如吸收劑的粒度、比表面積、加入量、加入方式、煙氣溫度、煙氣與吸收劑的混合程度、接觸反應時間、溫度等等。
在爐內噴鈣技術中要進一步提高脫硫率的方法之一是在鍋爐后部噴水增濕，使爐內未與SO2反應的CaO被水硝化成為Ca(OH)2，低溫下可再次與SO2反應生成CaSO3以提高SO2削減率和吸收劑利用率。該工藝技術要增加增濕活化塔及其附屬設備和控制系統，可以將脫硫率提高到約75%，但增加了投資和占地面積，也提高了運行成本。
在爐內噴鈣的基礎上提高脫硫率另一方法是改進吸收劑的性能來提高吸收劑對SO2的吸收率，以提高脫硫率。
可燃硫燃燒后生成的SOx、在過剩空氣系數α=2，煙氣溫度為1100℃時，絕大部分為SO2，只有1~2%為SO3，SO3隨過氧系數、煙氣煙氣溫度Tk加大而增加。如果用CaO來吸收SO2時，吸收率是非常低的。生成的CaSO3在過剩空氣系數=2~3時，也只有小部分CaSO3被氧化成穩定的CaSO4，而在溫度較高的條件下大部分又被分解為CaO和SO2。但CaO吸收SO3的效果要好得多，其吸收率取決于CaO的活性（比表面及活化能）。在CaO中加入一定的助劑進行活化處理，CaO對SO3的吸收率就大大提高了。同時選擇一種將SO2轉化SO3的催化劑和延緩CaSO4熱解的穩定劑。使脫硫后生成物為穩定的CaSO4。
AG系列固硫劑正是運用了這個原理。在噴鈣脫硫過程中，引入催化技術，包括下述三種作用：
在鈣基脫硫劑中加入少量的助劑提高CaO的空隙率，使其變得膨松、有利于SOx擴散到CaO內部；
在鈣基脫硫劑中加入微量催化劑，可起到催化及氧化作用，使SO2轉化為更容易被CaO吸收的SO3；
在CaSO4表面覆蓋一層極薄的復合鹽化物，以延緩CaSO4重新熱解，以提高固硫率。
這種技術最大的優點是不需增加大的附加設備（如吸收塔）和加大占地面積，對現有鍋爐不用改造，具有工藝簡單、一次性投資少、運行費用低、操作方便等特點。盡管脫硫率約（70%）比其它引進技術稍低，但以其優越的性能價格比，是對現有鍋爐進行脫硫改造的較理想選擇。特別是已經燃用低硫煤，SO2排放濃度已達到目前國家及地方指標的電廠，沒有必要花巨額投資及高運行成本來追求更高的脫硫率。AG固硫劑脫硫技術不失為一種切實可行的脫硫技術。
二、火力發電廠中、大容量鍋爐應用AG-2干法催化脫硫技術工藝簡介
(1)根據燃煤鍋爐應用證明，在鍋爐轉向室之前，符合AG系列固硫劑催化反應溫度1100~1200℃。而且大容量鍋爐爐膛截面積大，相對來說，比一般小容量工業鍋爐噴入固硫劑更容易擴散更有利于與煙氣充分混合。大容量鍋爐由于噴入的固硫劑量相對較大，安裝的噴嘴也多，固硫劑噴入爐內后充滿度也比小容量鍋爐要好得多。
(2)本技術擁有優越的性能價格比，體現在一次投資少、運行費用低（見經濟分析表）、占地面積少（如3×50MW機組為例，包括控制室在內不會超過100m2）。而且鍋爐只需利用停爐小修間隙安裝噴嘴，不會影響到發電指標的完成，特別是負荷率高的大型機組。
(3)本技術簡單工藝流程為：固硫劑以密閉罐車送到原料倉前，利用車載風送系統卸車，原料倉頂設有高效除塵器，凈化卸車氣源。原料倉設有防粘附內襯和流化加熱裝置，高低料位計和連續料位計。
固硫劑從料倉到噴入爐膛內的輸送過程有兩種系統。即直接一級輸送和經爐前倉過渡的兩級輸送系統兩種。
兩級輸送系統原料倉向爐前倉輸送使用柱塞流倉泵，當爐前倉料位低時，原料倉出口下料機下料到倉泵，當倉泵高料位到或下料量到后，倉泵向爐前倉輸送，直到爐前倉料位滿為止。爐前料倉同樣設置除塵器，流化加熱裝置、料位計。噴射系統由給料斗（稱重斗）、給料機、噴射器、羅茨風機、助推風機、噴嘴等部件組成。固硫劑由可調速的旋轉給料閥或倉螺體出口連接噴射器，借助羅茨風機壓頭，把固硫劑送到噴嘴，通過助吹風作用形成一定速度、旋流強度和擴散角噴入爐膛1050~1150℃的區域內。噴嘴設置二排以上，排數及噴射量均為可切換和可調節，噴嘴順煤粉燃燒旋轉方向準對角切圓噴射，也可以前墻或側墻布置。每排噴嘴最大出力為鍋爐在滿負荷時，2.5鈣硫比的噴射量。以適應峰谷負荷和不同的煤種的變化。
對于鍋爐房特別緊湊，鍋爐平臺、框架上不允許安裝設備的電廠，可以采取國外先進的“倉螺體”或“RotoFeed”注料泵直接從零米向鍋爐合適的溫度區噴射固硫劑。整個過程由小型DCS（集中分散控制系統）控制，主要功能有：
1.輸送系統程序控制和故障判斷處理；
2.固硫劑噴射量控制：
根據鍋爐負荷（主蒸汽量訊號）計算煤量（經發熱量修正），煤含硫量、設定的鈣硫比來計算固硫劑噴入量。給料量由變頻調速控制。實測的煙氣含SO2量經氧量校正用來修正噴入量；
3.助推吹風量控制：
主要作用為控制噴嘴在不同的噴射量時需要流速和停用噴嘴時的冷卻風量；
4.根據鍋爐負荷和爐溫變化切換上下排噴嘴；
5.加熱和流化的自動控制；
6.保安功能：
當鍋爐燃料切斷（MET）和系統故障時，聯停固硫系統；
7.給電廠主機組計算機系統提供脫硫系統運行狀態、參數。
注：噴嘴位置需經爐內溫度場數值計算模式進行計算機模擬計算和不同煤種，不同負荷狀態下現場實測數據確定。
三、50MW和300MW發電機組鍋爐應用AG固硫劑脫硫技術經濟分析：
(1)計算依據：
單位投資：
120元/ kwh
固硫劑價格：
140元/噸，含稅，運費為40元/噸，到電廠價為180元/噸
固硫劑用量：（t/h）
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注：石灰石粉含鈣折算值。
SO2排放總量計算：
煤量（t/h）×煤含硫量（%）×2×0.85
設備折舊期：
15年
維修及管理費：
總投資×3%/年
煤價：
320元人民幣/噸
廠用電價：
0.32元人民幣/ kwh
總熱效率損失：
0.3%~0.4%，按0.4%計算
能耗折算成廠用電率：
0.2%
減免排污費：
選 0.15元/公斤和0.6元/公斤二個參考值。
四、煤粉鍋爐使用本脫硫技術裝備幾個問題的分析：
(1)對爐效率的影響
對鍋爐熱效率的影響，理論計算如下：(脫硫反應熱效應根據蓋斯定律用標準生成熱進行計算)
反應(1)脫硫劑受熱分解，反應吸熱：
CaCO3→CaO+ CO2+ Q1
Q1=-178.40kJ/mol
反應(3)脫硫生成石膏，反應放熱
CaO+ SO2+1/2O2→CaSO4+ Q3
Q3=501.10kJ/mol
Q1和Q3是溫度為25℃時的標準熱效應，但在鍋爐內，反應是在1100℃下進行，脫硫反應物和生成物的熱容都是溫度的函數，根據基爾霍夫定律，過程等壓熱效應的溫度系數等于系統等壓熱容差數，即：
dQ= △CpdT
將各物熱容差值代入上式并積分，可求得石灰石分解和脫硫反應熱效應
分別為：
Q1=-214.36kJ/mol
Q3=466.00kJ/mol
當脫硫率為69.6%， molCa/S=2.5時，總熱效應為：
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標準煤/ kg-S
若煤含硫1.0%，則鍋爐燃燒每噸煤的熱損失為2.25 kg標準煤(低位熱值：29308kJ/kg)，熱損失為0.225%。
又：固硫劑噴入爐膛升溫1100℃時吸熱量為：
Q4=Cp(T2-T1)=0.0921×（1100-25）=99.0kJ/mol
而固硫劑隨煙氣從1100℃降至排煙溫度時的回收熱為：
0.0921×（1100-150）=87.5kJ/mol
實際固硫劑吸熱為△Q4=99-87.5=11.5kJ/mol
則Q5=11.5×2.5×1000/32=898.4=0.031kJ/kg，熱損失為0.04%。連同固硫劑受熱分解、反應吸熱、放熱的熱損失0.225%，則理論計算熱損失僅為0.27%。
下面是固硫劑第一次工業試運行時鍋爐效率的測試結果：
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(2)對鍋爐受熱面的影響
a. 由于AG系列固硫劑的原理是氧化鈣與SO2與SO3的反應生成CaSO4，從而降低了SO3和硫酸蒸汽濃度，也降低了低溫受熱面的腐蝕。固硫劑從爐膛出口區域噴入，對爐膛影響極少，不可能增加高溫腐蝕。
b. 對受熱面的磨損和沖擊細磨后的CaO的硬度較小，而且不朝向受熱面噴射不至于增加撞擊磨損。主要磨損的是灰負荷，加入固硫劑后，灰負荷有所增大，但未至于會造成對鍋爐尾部磨損有較大的影響。根據南京下關電廠爐內噴鈣運行多年觀察，未發現明顯磨損跡象。
(3)對鍋爐燃燒的影響：
固硫劑從鍋爐屏過下部噴入，已是燃燒中心上部，已接近鍋爐轉向室，該處的燃料粒子已完全燃盡，所以不會影響到鍋爐的燃燒，也不會改變煤灰的變形溫度（T2）軟化溫度（T1）。
(4)對電除塵器的影響：
對已應用的廣石化的自備電廠4#爐和廣州恒運電廠3#~5#爐的結果表明，在最大鈣硫比（Ca/S=2.5）的狀況下，雙室三電場的電除塵在正常工作狀態下，出口煙塵濃度變化不大。按廣東省2002年1月1日執行的“大氣污染物排放值”上述兩廠也擬對電除塵器進行改造。使用固硫劑以后，出口煙塵量最大可比原灰荷增加約1/5，但電除塵作修復性檢修后，基本可滿足固硫劑條件。為了適應更加嚴格的煙塵排放標準。建議對電除塵選用以下改進方法：
a. 改進進口煙箱（在工程承包范圍內），使電除塵進口煙箱的慣性除塵率達到40%以上。減輕進電場的煙塵濃度（已有專利技術），消化使用固硫劑后增加的煙塵濃度。
b. 改進板線結構采用“C”=480板和電暈性能較好的陰極線。
c. 改善振打清灰性能。
(5)對粉煤灰的影響：
使用固硫劑后使粉煤灰在一定程度上發生了變化，生成的是高鈣高硫粉煤灰。在這種粉煤灰中CaSO4以SO3的形式存在。由于固硫劑是鈣基型，致使粉煤灰顆粒類似于高鈣灰粒，有較高的反應活性，當采取干法排灰時，灰的內部成分不發生化學反應，保持較高的火山灰活性。
如南京某電廠采用LAFIC脫硫技術（爐內噴鈣和尾部增濕）其粉煤灰活性指標28天抗壓強度比可達86.8%，在建材方面有較大的利用價值，仍可按常規方式綜合利用。粉煤灰用作成品混凝土摻合料時，價值最高。但粉煤灰標準的SO3不能超過3%。使用AG系列固硫劑脫硫技術，可選擇合理的煤含硫量，脫硫率（Ca/S比）煙氣含SO2濃度保證粉煤灰中的SO3的含量不超過3%。按中科院大連化物所理論計算，在煤含硫量為0.63%，脫硫率為60%時，粉煤灰的SO3含量為3.33%，除去爐渣的硫份，實際運行中是達不到這個理論計算值。
廣州某電廠含硫為0.6%的煤，脫硫率為65%時，其粉煤灰總硫量為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廠熟料和建材產品等方面是沒有問題的。不過價值要比優質粉煤灰低，但粉煤灰量的增加，可彌補這方面的損失。要說明的是，用作混凝土摻和料的粉煤灰標準是90年代初制定的。當時并沒有高鈣高硫粉煤灰產生。隨著電廠逐步上脫硫設施，粉煤灰指標和脫硫粉煤灰的應用必將擺上議事日程。
五、本技術優勢
1. 本干法催化脫硫技術是可以裝備大容量煤粉鍋爐，尤其是已投入運行的鍋爐。50MW~300MW發電機組鍋爐可以應用本脫硫技術。
2. 本脫硫技術應用干法催化技術，使傳統的爐內噴鈣脫硫率有大幅度增加。
3. 本脫硫技術無論一次性投資、設備占地面積、運行成本、脫硫單位費用、施工周期等方面相比于其它脫硫技術是最低的。特別是安裝和將來設備檢修，發電機組完全可以正常運行，不影響電廠的發電指標完成。
4. 本脫硫技術不會產生二次污染，是綠色技術，其固硫劑原材料為天然礦物質和工業廢料。
5. 本脫硫技術具有可持續發展功能，升級能力強，通過進一步優化固硫劑的配方或煙道增濕活化提高脫硫率，在應用AG-2固硫技術同時，改造除塵器進口煙箱，消化使用固硫劑增加的粉煤灰，也可為將來通過尾部煙道增濕活化再提高脫硫率打下基礎。
6. 在電力系統中，安全可靠性可謂是電廠管理的重中之重。而AG-2固硫劑干法催化脫硫技術及其裝備全部在爐外布置，對比其它在煙道布置的脫硫技術，有著不可替代的安全優勢。它絕不會因為脫硫系統故障影響到鍋爐正常運行。隨時停下來檢修，絕不會影響到機組發電。
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