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[摘 要]通过循环流化床锅炉炉内脱硫与尾部烟气湿法脱硫相结合的组合式脱硫方式，燃煤电站 SO2排放可以达到新的国家标准。基于燃煤 SO2产生及脱除过程中系统平准化运行成本最低的原则，提出了一种组合脱硫系统运行状态选择策略模型。
[关键词]循环流化床；锅炉组合；脱硫系统；运行
中图分类号：X773；TM621.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）47-0372-01
一、组合脱硫系统过程建模
组合脱硫系统燃煤脱硫过程可简化为3个过程：1）煤种燃烧SO2产生；2）循环流化床炉内添加石灰石燃烧过程中脱硫；3）锅炉尾部烟气进入湿法烟气脱硫设备，石灰石浆液喷淋脱硫。煤在炉内燃烧产生烟气时，可将炉膛视为单个控制体，假设煤中含硫量完全转化为烟气中SO2。在没有发生脱硫时，根据煤种成分分析可计算烟气SO2含量：
式中：Vc，air为燃烧所需理论空气量，m3/kg；w（Car）为煤种收到基含碳量，%；w（Har）为煤种收到基含氢量，%；w（Oar）为煤种收到基含氧量，%。VSO2为产生SO2体积，m3/kg。根据循环流化床锅炉性能试验规程（DL/T964—2005），考虑脱硫剂对循环流化床锅炉热效率影响，计算CFB锅炉热效率：
式中：thermal为锅炉热效率，%；q2为排烟热损失，%；q3为化学不完全燃烧热损失，%；q4为机械不完全燃烧热损失，%；q5为散热损失，%；q6为灰渣物理热损失，%；q7为石灰石脱硫热损失，%。对于大型循环流化床锅炉脱硫效率可通过理论分析或经验公式计算得到。本文考虑炉内燃烧过程中，Ca/S及床温对脱硫效率的影响，采用基于燃烧试验数据总结的循环流化床锅炉脱硫效率经验公式计算脱硫效率： （4）
式中：CFB为循环流化床锅炉脱硫效率，%；mCFB为CFB炉内钙硫摩尔比，mol/mol；A为无量纲经验系数；B为与床温的函数表达式。拟合参数A值与B表达式如表1所示。
石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统脱硫效率通常可通过对机组FGD系统运行数据回归性分析后得出，也可以根据不同区间反应机理建立。本文以双膜理论为基础，对吸收塔内SO2吸收、S（IV）物质的氧化过程建立相应的数学模型，计算
式中：RSO2为SO2化学吸收速率，mol/（m2s）；KG为总传质系数mol？Pa/（m2s）；PSO2为气相SO2分压，Pa；cSO2为浆液内SO2浓度，mol/m3；H为SO2亨利常数，mol/（m3·Pa）；kSO2，G为SO2气膜传质系数，molPa/（m2s）；kSO2，l为SO2液膜传质系数，m/s；E为化学反应增强因子；Qg为烟气流量，m3/s；At为吸收塔横截面积，m2；a为单位浆液体积内液滴表面积，m2/m3；FGD为湿法烟气脱硫效率，%；PSO2，in为为脱硫塔入口SO2分压，Pa；PSO2，out为脱硫塔出口SO2分压，Pa。
二、组合脱硫系统物料及能量消耗建模
循环流化床锅炉组合脱硫系统各部分及主要能耗设备如图1所示。循环流化床锅炉炉内脱硫主要物料消耗为石灰石；主要能耗设备为石灰石输送风机、一次风机、二次风机和引风机。石灰石/石膏湿法烟气脱硫部分主要物料消耗包括石灰石、系统水耗，同时产生脱硫石膏；主要能耗设备为脱硫增压风机、氧化风机、浆液循环泵。
1、循环流化床锅炉炉内脱硫系统物料消耗
根据锅炉热效率及钙硫比可计算CFB锅炉石灰石耗量：
式中：BCFB，limestone为CFB锅炉石灰石消耗量，t/h；Bcoal为实际燃料消耗量，t/h；Sar为煤种收到基含硫量，%；MCaCO3为CaCO3摩尔质量，g/mol；MS为S摩尔质量，g/mol；WCaCO3为石灰石CaCO3质量分数，%；thermal为锅炉热效率，%；Q为锅炉有效利用热量，kJ/h；Qr為锅炉输入热量，kJ/kg。
2、石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统物料消耗
根据脱硫效率，可计算石灰石消耗量：
式中：BFGD，limestone为FGD系统石灰石消耗量，t/h；FGD为湿法烟气脱硫效率，%；CSO2，m为WFGD入口SO2质量分数，mg/m3；Qflue为入口烟气量m3/h；mFGD为WFGD系统钙硫比，mol/mol；MSO2为SO2摩尔质量，gmol。SO2在脱硫喷淋塔与石灰石浆液反应后，脱硫石膏主要产物为CaSO42H2O以及未反应石灰石和杂质，其产量计算如下：
式中：Bgypsum为脱硫石膏产量，t/h；BCaSO42H2O为CaSO42H2O产量，t/h；Bimpurity为杂质含量，t/h；WH2O为脱硫石膏含水率，%。石灰石/石膏湿法脱硫水系统包括工业水系统和工艺水系统。脱硫系统水耗主要包括烟气蒸发水量、烟气携带液态水、石膏带走的水量和系统排放的废水等4部分，水耗主要由4部分组成。式中：mwater为湿法脱硫系统总水耗，t/h；mwater，1为蒸发水量，t/h；mwater，2为烟气携带液态水量，t/h；mwater，3为石膏带走水量，t/h；mwater，4为系统排放废水量，t/h。
结束语
针对大型循环流化床锅炉湿法烟气组合脱硫系统，基于燃煤电站燃煤污染物 SO2产生及脱除达到国家排放标准的完整过程，考虑系统物料消耗成本、能量消耗成本以及锅炉热效率，提出了一种以最低平准化运行成本为目标的系统运行策略模型。
参考文献
[1] 李伟，李诗媛，徐明新，等.循环流化床富氧燃烧 SO2排放和石灰石脱硫特性研究[J].中国电机工程学报，2014，34（23）：3932-3937.
[2] 曾庭华，湛志钢，方健，等.大型循环流化床锅炉深度脱硫探讨[J].中国电力，2011，44（6）：34-37.
[关键词]循环流化床；锅炉组合；脱硫系统；运行
中图分类号：X773；TM621.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）47-0372-01
一、组合脱硫系统过程建模
组合脱硫系统燃煤脱硫过程可简化为3个过程：1）煤种燃烧SO2产生；2）循环流化床炉内添加石灰石燃烧过程中脱硫；3）锅炉尾部烟气进入湿法烟气脱硫设备，石灰石浆液喷淋脱硫。煤在炉内燃烧产生烟气时，可将炉膛视为单个控制体，假设煤中含硫量完全转化为烟气中SO2。在没有发生脱硫时，根据煤种成分分析可计算烟气SO2含量：
式中：Vc，air为燃烧所需理论空气量，m3/kg；w（Car）为煤种收到基含碳量，%；w（Har）为煤种收到基含氢量，%；w（Oar）为煤种收到基含氧量，%。VSO2为产生SO2体积，m3/kg。根据循环流化床锅炉性能试验规程（DL/T964—2005），考虑脱硫剂对循环流化床锅炉热效率影响，计算CFB锅炉热效率：
式中：thermal为锅炉热效率，%；q2为排烟热损失，%；q3为化学不完全燃烧热损失，%；q4为机械不完全燃烧热损失，%；q5为散热损失，%；q6为灰渣物理热损失，%；q7为石灰石脱硫热损失，%。对于大型循环流化床锅炉脱硫效率可通过理论分析或经验公式计算得到。本文考虑炉内燃烧过程中，Ca/S及床温对脱硫效率的影响，采用基于燃烧试验数据总结的循环流化床锅炉脱硫效率经验公式计算脱硫效率： （4）
式中：CFB为循环流化床锅炉脱硫效率，%；mCFB为CFB炉内钙硫摩尔比，mol/mol；A为无量纲经验系数；B为与床温的函数表达式。拟合参数A值与B表达式如表1所示。
石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统脱硫效率通常可通过对机组FGD系统运行数据回归性分析后得出，也可以根据不同区间反应机理建立。本文以双膜理论为基础，对吸收塔内SO2吸收、S（IV）物质的氧化过程建立相应的数学模型，计算
式中：RSO2为SO2化学吸收速率，mol/（m2s）；KG为总传质系数mol？Pa/（m2s）；PSO2为气相SO2分压，Pa；cSO2为浆液内SO2浓度，mol/m3；H为SO2亨利常数，mol/（m3·Pa）；kSO2，G为SO2气膜传质系数，molPa/（m2s）；kSO2，l为SO2液膜传质系数，m/s；E为化学反应增强因子；Qg为烟气流量，m3/s；At为吸收塔横截面积，m2；a为单位浆液体积内液滴表面积，m2/m3；FGD为湿法烟气脱硫效率，%；PSO2，in为为脱硫塔入口SO2分压，Pa；PSO2，out为脱硫塔出口SO2分压，Pa。
二、组合脱硫系统物料及能量消耗建模
循环流化床锅炉组合脱硫系统各部分及主要能耗设备如图1所示。循环流化床锅炉炉内脱硫主要物料消耗为石灰石；主要能耗设备为石灰石输送风机、一次风机、二次风机和引风机。石灰石/石膏湿法烟气脱硫部分主要物料消耗包括石灰石、系统水耗，同时产生脱硫石膏；主要能耗设备为脱硫增压风机、氧化风机、浆液循环泵。
1、循环流化床锅炉炉内脱硫系统物料消耗
根据锅炉热效率及钙硫比可计算CFB锅炉石灰石耗量：
式中：BCFB，limestone为CFB锅炉石灰石消耗量，t/h；Bcoal为实际燃料消耗量，t/h；Sar为煤种收到基含硫量，%；MCaCO3为CaCO3摩尔质量，g/mol；MS为S摩尔质量，g/mol；WCaCO3为石灰石CaCO3质量分数，%；thermal为锅炉热效率，%；Q为锅炉有效利用热量，kJ/h；Qr為锅炉输入热量，kJ/kg。
2、石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统物料消耗
根据脱硫效率，可计算石灰石消耗量：
式中：BFGD，limestone为FGD系统石灰石消耗量，t/h；FGD为湿法烟气脱硫效率，%；CSO2，m为WFGD入口SO2质量分数，mg/m3；Qflue为入口烟气量m3/h；mFGD为WFGD系统钙硫比，mol/mol；MSO2为SO2摩尔质量，gmol。SO2在脱硫喷淋塔与石灰石浆液反应后，脱硫石膏主要产物为CaSO42H2O以及未反应石灰石和杂质，其产量计算如下：
式中：Bgypsum为脱硫石膏产量，t/h；BCaSO42H2O为CaSO42H2O产量，t/h；Bimpurity为杂质含量，t/h；WH2O为脱硫石膏含水率，%。石灰石/石膏湿法脱硫水系统包括工业水系统和工艺水系统。脱硫系统水耗主要包括烟气蒸发水量、烟气携带液态水、石膏带走的水量和系统排放的废水等4部分，水耗主要由4部分组成。式中：mwater为湿法脱硫系统总水耗，t/h；mwater，1为蒸发水量，t/h；mwater，2为烟气携带液态水量，t/h；mwater，3为石膏带走水量，t/h；mwater，4为系统排放废水量，t/h。
结束语
针对大型循环流化床锅炉湿法烟气组合脱硫系统，基于燃煤电站燃煤污染物 SO2产生及脱除达到国家排放标准的完整过程，考虑系统物料消耗成本、能量消耗成本以及锅炉热效率，提出了一种以最低平准化运行成本为目标的系统运行策略模型。
参考文献
[1] 李伟，李诗媛，徐明新，等.循环流化床富氧燃烧 SO2排放和石灰石脱硫特性研究[J].中国电机工程学报，2014，34（23）：3932-3937.
[2] 曾庭华，湛志钢，方健，等.大型循环流化床锅炉深度脱硫探讨[J].中国电力，2011，44（6）：34-37.