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循環(huán)流化床鍋爐脫硫效果影響因素的大數(shù)據(jù)分析

文檔作者：王虎文檔來(lái)源：中國(guó)石化齊魯分公司熱電廠(chǎng)		更新日期： 2026年05月02日	點(diǎn) 擊數(shù)：
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齊魯石油化工,2023,51(1)：73-77 計(jì)算機(jī)與應(yīng)用QILUPETROCHEMICALTECHNOLOGY
循環(huán)流化床鍋爐脫硫效果影響因素的
大數(shù)據(jù)分析
王虎
（中國(guó)石化齊魯分公司熱電廠(chǎng)，山東淄博255400）
摘要：以某熱電廠(chǎng)循環(huán)流化床鍋爐為研究對(duì)象，結(jié)合歷史運(yùn)行大數(shù)據(jù)及其分析，對(duì)影響鍋爐脫硫效果的因素進(jìn)行
了研究。重點(diǎn)討論了煙氣SO2質(zhì)量濃度與鍋爐負(fù)荷、給煤量之間的關(guān)系，以及石灰石投入量、石灰石粒徑和鍋爐床溫
對(duì)循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硫效果的影響。研究表明：隨著鍋爐負(fù)荷的增加，給煤量逐漸增加，煙氣SO，質(zhì)量濃度明顯
增大；石灰石粒徑應(yīng)適宜，并非越小煙氣脫硫效果越好；鍋爐平均床溫控制在850~875℃為宜。
關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；爐內(nèi)脫硫；大數(shù)據(jù)；石灰石粒徑；床溫
中圖分類(lèi)號(hào):X511
循環(huán)流化床(Circulating Fluidized Bed，CFB)
燃燒技術(shù)具有燃燒效率高、燃料適應(yīng)性強(qiáng)、負(fù)荷調(diào)
節(jié)比寬、負(fù)荷調(diào)節(jié)方便快捷、污染物排放少等優(yōu)
點(diǎn)。流化床燃燒的特點(diǎn)是密相床中有大量高
溫的固體物料,因此送進(jìn)的燃料在強(qiáng)烈的流化狀
態(tài)下，會(huì)快速地升溫而燃燒。為達(dá)到脫硫目的，石
灰石作為脫硫劑與煤粉一起進(jìn)入爐膛，燃燒后煤
中的硫生成SO2,在燃燒過(guò)程中與脫硫劑反應(yīng)而
被固定脫除。研究[2-5]發(fā)現(xiàn),影響CFB鍋爐脫硫
反應(yīng)的因素主要有石灰石粒徑、鍋爐運(yùn)行床溫、過(guò)
量空氣系數(shù)、爐膛壓力、分段燃燒、爐內(nèi)風(fēng)速、給料
方式、煤和石灰石的循環(huán)倍率、煤釋放SO2的時(shí)
間、石灰石分解以及固硫反應(yīng)時(shí)間。
Rahial 等[6]通過(guò)理論建模研究了CFB鍋爐
石灰石脫硫反應(yīng)瞬態(tài)過(guò)程。楊彥卿7]等針對(duì)
CFB鍋爐在投產(chǎn)初期出現(xiàn)的床溫偏高、脫硫效率
低等問(wèn)題，通過(guò)鍋爐燃燒機(jī)理分析以及試驗(yàn)研究，
指出人爐煤粒度和石灰石粒度對(duì)鍋爐脫硫、床溫
等起著至關(guān)重要的作用。趙江婷等[8]通過(guò)研究
發(fā)現(xiàn)：為保證大部分脫硫劑顆粒在爐膛中有足夠
長(zhǎng)的停留時(shí)間，石灰石的最佳顆粒分布應(yīng)該能保
證一定的循環(huán)次數(shù)的最小粒徑。根據(jù)大量的CFB
鍋爐的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)[9-10]，分離器流量偏差和效率偏
差造成的循環(huán)回路循環(huán)量和爐膛物料質(zhì)量濃度存
在差異，會(huì)造成CFB鍋爐床溫偏差大、存在局部
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-9859(2023)01-0073-05
均鍋爐負(fù)荷為203t/h。
3"鍋爐有4臺(tái)刮板給煤輸送機(jī)，給煤量均為3
~30t/h，煤粉通過(guò)4個(gè)落煤管進(jìn)入鍋爐當(dāng)中。通
收稿日期：2022－01-11;修回日期：2022-08-17。
作者簡(jiǎn)介：王虎（1986一），男，工程師。2009年畢業(yè)于北京
石油化工學(xué)院熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)中國(guó)石化齊魯分公司
熱電廠(chǎng)從事科研開(kāi)發(fā)項(xiàng)目管理工作。電話(huà)：13031772699；E
-mail:wanghu2.qlsh@sinopec.com。
高溫點(diǎn)。Krzywanski 等[] 通過(guò)建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)
算模型（ANN)預(yù)測(cè)CFB鍋爐的SO,排放。孫德
意等[12]通過(guò)對(duì)CFB脫硫原理的研究,設(shè)計(jì)了石
灰石流量控制方案和CFB的床溫控制方案,并應(yīng)
用在 CFB過(guò)程控制中。
中國(guó)石化某熱電廠(chǎng)（簡(jiǎn)稱(chēng)熱電廠(chǎng)）設(shè)有3臺(tái)
240t/h的CFB鍋爐（1#～3#CFB鍋爐）,正常運(yùn)行
方式為兩開(kāi)一備。本文對(duì)2020年1月1日至7
月17日3CFB鍋爐（簡(jiǎn)稱(chēng)3#鍋爐）運(yùn)行的234組
DCS數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,研究了鍋爐負(fù)荷、給煤量、石
灰石投人量、石灰石粒徑以及床溫等因素對(duì)鍋爐
煙氣SO2質(zhì)量濃度的影響，為進(jìn)一步提高該熱電
廠(chǎng)CFB鍋爐脫硫效率的改造提供數(shù)據(jù)支撐。
1鍋爐負(fù)荷和給煤量的影響
對(duì)3#鍋爐鍋爐負(fù)荷DCS數(shù)據(jù)進(jìn)行頻數(shù)分析
（見(jiàn)圖1），鍋爐負(fù)荷主要集中于190~220t/h，平
齊魯石油化工
·74· QILU PETROCHEMICALTECHNOLOGY
過(guò)變頻器控制給煤量，給煤量根據(jù)變頻機(jī)輸出頻
率折算得到,將DCS中4臺(tái)給煤機(jī)的給煤量之和
作為人爐煤量，3鍋爐煙氣SO，質(zhì)量濃度、人爐煤
量、鍋爐負(fù)荷之間的關(guān)系如圖2所示。
500
400
X 300
200
100
180185190195200205210215220225230235
圖13鍋爐鍋爐負(fù)荷的DCS數(shù)據(jù)
鍋爐負(fù)荷t·h）)
600 240
500
(-.B/喜ros
400
300
200
100
90
圖2人爐煤量、鍋爐負(fù)荷與煙氣SO，質(zhì)量濃度的關(guān)系
由圖2可以看出：當(dāng)給煤量較大、負(fù)荷較高
時(shí),3鍋爐煙氣SO2質(zhì)量濃度較高。隨著鍋爐負(fù)
荷增加,給煤量也逐漸增加,主要從95~110t/h
逐漸轉(zhuǎn)變成100~115t/h。當(dāng)鍋爐負(fù)荷為180~
200t/h時(shí),煙氣SO2質(zhì)量濃度（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)）集中在0
~200mg/m²；當(dāng)鍋爐負(fù)荷為200~220h時(shí)，煙
氣S02質(zhì)量濃度（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)）明顯增大，集中在200
~ 500 mg/m°。
2石灰石投入量的影響
CFB鍋爐的脫硫劑一般采用石灰石。石灰石
的投人量決定了CFB鍋爐的鈣硫摩爾比，而鈣硫
摩爾比是影響CFB鍋爐脫硫效果的重要因素。
2023,51(1)
3鍋爐在額定設(shè)計(jì)工況條件下?tīng)t內(nèi)鈣硫摩爾比為
2.5，在額定設(shè)計(jì)工況條件下石灰石消耗量為6.4
/h。
通過(guò)實(shí)際DCS數(shù)據(jù)分析,石灰石投入量與煙
氣SO，質(zhì)量濃度關(guān)系如圖3所示。
600
500
400
300
200
100
0
鍋爐負(fù)荷（t·h)
圖3石灰石投入量與煙氣SO，質(zhì)量濃度的關(guān)系
由圖3可知：3鍋爐的石灰石投人量主要在
10～30t/h之間,計(jì)算得出2019年7月至2020年
6月期間實(shí)際月均鈣硫摩爾比為6,是額定工況爐
230 內(nèi)鈣硫摩爾比的1倍以上，石灰石投入明顯過(guò)量。
220 過(guò)量的石灰石對(duì)降低煙氣SO2質(zhì)量濃度影響不
210 大，反而造成大量浪費(fèi)，建議適當(dāng)減少石灰石投入
量。為準(zhǔn)確控制3"鍋爐石灰石人爐量,降低鈣硫
200
摩爾比,建議配備高精度的石灰石計(jì)量裝置,并增
190 設(shè)煙氣SO2質(zhì)量濃度反饋調(diào)節(jié)控制。
180
100 110
入爐煤量1h）
20
120 130
40
石灰石投入量（th）
3石灰石粒徑分布的影響
對(duì)2020年1月投用的3批不同產(chǎn)地的石灰
石進(jìn)行粒徑分布檢測(cè),結(jié)果見(jiàn)表2。
表2石灰石粒徑分布測(cè)試結(jié)果
項(xiàng)目0 ~ 40 μm 40 ~100 μm 100 ~600 μm 6
產(chǎn)地一48. 04
產(chǎn)地二18.57
產(chǎn)地三42.55
由表2可知：產(chǎn)地一的石灰石平均粒徑最小，
小于40μm的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）占48.04%；產(chǎn)地
三的石灰石粒徑分布主要集中在0~600μm;產(chǎn)
地二的石灰石平均粒徑最大,粒徑大于100μm的
含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）占74.81%。
對(duì)這3批石灰石在3鍋爐的煙氣SO質(zhì)量濃
度數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果如圖4所示。
60
19.77 30.48
6.62 47.60
16. 10 39.63
80
質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%
600 ~ 1 000 μm
1.58
27.21
1.38
120
2023 ,51(1) 王虎：循環(huán)流化床鍋爐脫硫效果影響因素的大數(shù)據(jù)分析75
通常,石灰石粒徑越小,其參與脫硫反應(yīng)的比
表面積越大，從而就提高了煙氣脫硫效果；然而，
粒徑過(guò)小的石灰石，也會(huì)加大其以飛灰形式的逃
逸量,從而降低煙氣脫硫效果,故在實(shí)際應(yīng)用中石
灰石粒徑并非越小越好。由圖4可以看出：產(chǎn)地
二的石灰石脫硫效果最好,其粒徑主要集中在
100~1000μm內(nèi),粒徑小于100μm的石灰石占
比最少。
700
600
500
400
300
200
100
0 00:0004:0008:0012:0016:0020:0024:00
圖4不同產(chǎn)地的石灰石SO，質(zhì)量濃度對(duì)比
4床溫的影響
從CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫效率的角度考慮,CFB
鍋爐床溫一般控制在850~950℃，且分布均勻。
床溫過(guò)低，石灰石熳燒速率下降,影響CaO的產(chǎn)
率;床溫過(guò)高,脫硫產(chǎn)物 CaSO4易在還原性氣氛
中分解生成S0,[13]。圖5為2020年3月3*鍋爐
不同測(cè)點(diǎn)的DCS床溫?cái)?shù)據(jù)分布。
1000
900
800
3./700
600
500
206.5
圖53鍋爐不同位置床溫統(tǒng)計(jì)結(jié)果
由圖5可知：3鍋爐床溫比較均勻，基本位于
850 ~980℃。
進(jìn)一步探究不同負(fù)荷下床溫對(duì)3鍋爐脫硫
效果的影響,根據(jù)3鍋爐的DCS數(shù)據(jù)分析可得3#
鍋爐平均床溫、鍋爐負(fù)荷與煙氣SO，質(zhì)量濃度的
散點(diǎn)關(guān)系,如圖6所示。
600r
500
400
300
200
產(chǎn)地一
產(chǎn)地二
一產(chǎn)地三
時(shí)刻
207.0 207.5 208.0 208.5 209.0 209.5
鍋爐負(fù)荷·h）
100
800
(a) 鍋爐負(fù)荷180~185t/h
600
500
400
300
200
100
0
800
(b) 鍋爐負(fù)荷185~190/h
600r
500
400F
300
200
100
0800
(c) 鍋爐負(fù)荷190~195Vh
·底部測(cè)溫點(diǎn)1
·底部測(cè)溫點(diǎn)2
底部測(cè)溫點(diǎn)3
底部測(cè)溫點(diǎn)4
底部測(cè)溫點(diǎn)5
850
溫度/℃
850 900
溫度/℃
850 900
溫度/℃
600r
500
400
300
200
100
0
800
(d) 鍋爐負(fù)荷195~200t/h
900
850 900
溫度/℃
950
950
950
950
齊魯石油化工
:76· QILU PETROCHEMICAL TECHNOLOGY
600r
500
400
300
200
100
0
800
(e) 鍋爐負(fù)荷200~205/h
600r
500
400
300
200
100
0
800
(f) 鍋爐負(fù)荷205~210t/h
600r
500
400
300
200
100
0
800
(g) 鍋爐負(fù)荷210~215t/h
600r
500
400
300
200
100
0800
（h）鍋爐負(fù)荷215~220Vh
圖6不同負(fù)荷下床溫與煙氣SO，質(zhì)量濃度的關(guān)系
由圖6可知：3鍋爐平均床溫、鍋爐負(fù)荷與爐
2023,51(1)
內(nèi)脫硫反應(yīng)密切相關(guān)。鍋爐負(fù)荷越高、平均床溫
越高，爐內(nèi)煙氣S02質(zhì)量濃度越大，負(fù)荷超過(guò)205
h時(shí),爐內(nèi)煙氣SO2質(zhì)量濃度與床溫正相關(guān)的
特征更明顯;同時(shí),由于在爐內(nèi)SO，的生成與脫
除連續(xù)發(fā)生，高溫也會(huì)促進(jìn)脫硫產(chǎn)物分解,故而過(guò)
高的床溫會(huì)削弱爐內(nèi)脫硫反應(yīng)的進(jìn)行,實(shí)際運(yùn)行
中需要特別控制平均床溫，建議控制在850~875
850 900
溫度/℃
850 900
溫度/℃
850 900
溫度/℃
850 900
溫度/℃
950
950
950
950
℃。
5結(jié)論
(1)3鍋爐的煙氣SO02質(zhì)量濃度與鍋爐負(fù)
荷、給煤量之間呈正相關(guān)性，隨著鍋爐負(fù)荷的增
加,給煤量逐漸增加，煙氣SO，質(zhì)量濃度值明顯增
大。
(2)3"鍋爐在額定設(shè)計(jì)工況條件下?tīng)t內(nèi)鈣硫
摩爾比為2.5,目前實(shí)際鈣硫摩爾比達(dá)到6,過(guò)量
的石灰石脫硫劑對(duì)降低煙氣SO，質(zhì)量濃度影響不
大，反而造成大量浪費(fèi)，建議適當(dāng)減少石灰石投入
量。
(3)合適的石灰石粒徑，會(huì)提高煙氣脫硫效
果,建議石灰石粒徑范圍控制在100~1000 μm。
(4)過(guò)高的床溫會(huì)減弱爐內(nèi)脫硫反應(yīng)的進(jìn)
行,3鍋爐平均床溫控制在850~875℃為宜。
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W. Nowak. A generalized model of SO, emissions
Abstract:Taking the circulated fluidized bed boiler of a thermal plant as the research object,
influencing factors of the boiler desulfurization efficiency are studied basing on the historical
operation big data. It focuses on the relationship among SO, concentration in the exhaust gas
with boiler load and coal feed, effect of input and particle size of the limestone, boiler bed temperature
on the exhaust gas desulfurization in circulated fluidized bed boiler. The research
shows that with rise of the boiler load and gradual increase of coal supply, mass concentration
value of SO, in the exhaust gas increases significantly. The limestone particle size should be
suitable, not the particle size smaller the desulfurization efficiency is better. Average bed temperature
of the boiler should be controlled in 850 ~ 875 ℃ .
Key words: CFB; combustion desulphurization; large data; particle size of the limestone;
bed temperature
1
王虎：循環(huán)流化床鍋爐脫硫效果影響因素的大數(shù)據(jù)分析
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BIG DATA ANALYSIS OF FACTORS INFLUENCING
DESULFURIZATION EFFECT OF CIRCULATING
FLUIDIZED BED BOILER
Wang Hu
(Thermal Power Plant of Qilu Branch Co. , SINOPEC, Zibo Shandong 255400)
.77
from large - and small - scale CFB boilers by artificial
neural network approach: Part 1. The mathematical
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[13]曹亞明：循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫效率分析[D].
l"llli"
用于原油轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)和方法
根據(jù)本申請(qǐng)公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例，可以通過(guò)一種方法由原油生產(chǎn)石化產(chǎn)品，所述方法包括將所述原油和氫氣輸送到加
氫處理反應(yīng)器，將加氫處理的油分離成較低沸點(diǎn)餾分和較高沸點(diǎn)餾分，將所述較低沸點(diǎn)餾分輸送到蒸汽裂解爐的熱解段
以產(chǎn)生包含烯烴、芳香烴或兩者的熱解流出物，將所述較高沸點(diǎn)餡分傳遞到氣化爐，其中所述氣化爐產(chǎn)生氫氣，以及將由
所述氣化爐產(chǎn)生的所述氫氣的至少一部分輸送到所述加氫處理反應(yīng)器。（沙特阿拉伯石油公司）/CN110546241B,2022
- 12 - 13
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近期,有人冒用《齊魯石油化工》名義在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行約稿、組稿，從中謀取經(jīng)濟(jì)利益，造成惡劣影響。對(duì)此，我刊鄭
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