摘要： 為響應(yīng)國家號(hào)召,減少火電廠排放及污染,全國大部分燃煤機(jī)組已相繼開展超低排放改造工作.某電廠480t/h循環(huán)流化床鍋爐根據(jù)自身運(yùn)行特點(diǎn),采用了“爐內(nèi)脫硫+SNCR+半干法”超低排放技術(shù),脫硫效率及脫硝效率分別高于98.7%及82.4%,實(shí)現(xiàn)機(jī)組超低排放運(yùn)行.通過燃燒調(diào)整及運(yùn)行維護(hù)調(diào)試,機(jī)組投運(yùn)的鈣硫比及氨氮比分別達(dá)到設(shè)計(jì)值(4、1.6),鍋爐實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定運(yùn)行.經(jīng)理論分析及試驗(yàn)佐證,若爐內(nèi)噴鈣脫硫系統(tǒng)高效運(yùn)行,爐后半干法系統(tǒng)不需要投入消石灰,只需噴水增濕即可實(shí)現(xiàn)鍋爐SO2的超低排放,每年可節(jié)約環(huán)保投運(yùn)成本224萬元/臺(tái).

0前言

超低排放，是指火電廠燃煤鍋爐在發(fā)電運(yùn)行、末端治理等過程中，采用多種污染物高效協(xié)同脫除集成系統(tǒng)技術(shù)，使其大氣污染物排放濃度基本符合燃?xì)鈾C(jī)組排放限值，即煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度(基準(zhǔn)含氧量6%)分別不超過5 mg/m3、35mg/m3、50 mg/m3。根據(jù)國務(wù)院下發(fā)的《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》通知，我國所有在運(yùn)行的燃煤機(jī)組必須在2020年底前完成超低排放技術(shù)改造。在此之前，燃煤機(jī)組實(shí)行國家環(huán)保部《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223—2011)，即煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度(基準(zhǔn)含氧量6%)分別不超過30 mg/m3、200mg/m3、200 mg/m3。大型循環(huán)流化床鍋爐由于自身燃燒特點(diǎn)，一般采用爐內(nèi)噴鈣脫硫+SNCR的技術(shù)路線。其中，爐內(nèi)脫硫噴鈣受制于鍋爐燃燒工況，脫硫效率只能達(dá)到80%～90%，必須配套響應(yīng)的半干法技術(shù)才可達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn);而SNCR技術(shù)受噴槍霧化擴(kuò)散等條件影響，脫硝效率約為70%～85%，若流化床鍋爐未進(jìn)行低氮燃燒改造，也很難直接達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。本文將以阜新金山煤矸石熱電有限公司2號(hào)鍋爐為例，詳細(xì)介紹其采用的超低排放路線及應(yīng)用效果。

1 超低排放系統(tǒng)

1.1鍋爐簡介

阜新金山煤矸石熱電有限公司建有4臺(tái)無錫華光鍋爐股份有限公司UG一480/13.7一M型超高壓自然循環(huán)流化床鍋爐，單鍋筒橫置式，單爐膛，自然循環(huán)，全懸吊結(jié)構(gòu)，全鋼架Ⅱ型布置。爐膛采用膜式水冷壁，鍋爐和煙道中間是絕熱式旋風(fēng)分離器。旋風(fēng)分離器與燃燒室之間，旋風(fēng)分離器的料腿與返料裝置之間分別裝有耐高溫的膨脹節(jié)，以補(bǔ)償其脹差。循環(huán)流化床鍋爐焚燒溫度在700℃～900℃，主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

鍋爐超低排放環(huán)保設(shè)施配有1套石灰石爐內(nèi)噴鈣脫硫系統(tǒng)、1套SNCR尿素噴射脫硝系統(tǒng)、1套電除塵系統(tǒng)、1套爐后半干法脫硫系統(tǒng)。

1.2低氮燃燒配風(fēng)系統(tǒng)

鍋爐原二次風(fēng)系統(tǒng)分上下兩層，分管直徑咖325 mm×5 mm，噴嘴為咖250 mm×5 mm。上層布置12個(gè)，前后墻各6個(gè);下層布置12個(gè)，前后墻各6個(gè)。上層二次風(fēng)噴口距離布風(fēng)板表面約4 850 mm，水平夾角30;下層二次風(fēng)噴口距離布風(fēng)板表面約2 250 mm，水平夾角30。?？紤]兩層二次風(fēng)布置較為接近，燃燒分層效果較差，因此距布風(fēng)板表面約11 700 mm位置處增設(shè)一層12個(gè)二次風(fēng)噴口，前后墻各6個(gè)。通過燃燒配風(fēng)調(diào)整，控制鍋爐額度負(fù)荷下NOx原始排放由285 mg/m3降至≤255 mg/m3。

1.3 SNCR尿素噴射脫硝系統(tǒng)

鍋爐原SNCR脫硝系統(tǒng)采用了18支墻式雙流體短槍，液量為100～200 L/h，脫硝系統(tǒng)氨氮比設(shè)計(jì)值為1.8。噴槍在鍋爐爐膛氣力輸送區(qū)及水平煙道人口均有布置。尿素循環(huán)泵則采用2臺(tái)鍋爐1用1備的運(yùn)行模式，即2臺(tái)鍋爐公用1套尿素輸送循環(huán)系統(tǒng)。原尿素噴射裝置在爐膛側(cè)因噴射距離短，脫硝效率低;在水平煙道側(cè)由于霧化效果差，無法對煙氣中的NOx進(jìn)行深度脫除。另外，由于我國可再生能源發(fā)電大規(guī)模并網(wǎng)，燃煤機(jī)組需實(shí)現(xiàn)靈活性運(yùn)行，而原公用輸送系統(tǒng)無法滿足鍋爐單元制運(yùn)行的需求。

基于以上因素，改造后的SNCR脫硝系統(tǒng)采用了1臺(tái)爐尿素循環(huán)泵1用1備，即單臺(tái)爐單元制輸送系統(tǒng)。尿素噴槍更換為華能清潔能源研究院設(shè)計(jì)的大流量、高霧化、創(chuàng)新型噴槍，噴槍分2列間隔布置于分離器人口水平煙道兩側(cè)。

1.4爐內(nèi)噴鈣脫硫系統(tǒng)

原爐內(nèi)脫硫系統(tǒng)石灰石粉庫布置在遠(yuǎn)離爐膛位置，石灰石粉庫至爐前日用倉的輸送管線過長，距離約為300 m，輸送阻力高且管道容易堵塞。同時(shí)，爐內(nèi)石灰石投入點(diǎn)在鍋爐前墻的上二次風(fēng)口，投入點(diǎn)較高，并且石灰石風(fēng)機(jī)壓力低，噴人爐內(nèi)的石灰石穿透力弱，不能很好地與煙氣混合，造成脫硫效率降低。在最大出力情況下，只能將入口SO。濃度降至2 200 mg/m3左右，實(shí)際石灰石最大耗量約為4.5 t，僅為原設(shè)計(jì)出力的一半，爐內(nèi)噴鈣效率僅為25%左右。改造后的爐內(nèi)噴鈣脫硫系統(tǒng)選擇在鍋爐廠房一側(cè)新建石灰石儲(chǔ)存?zhèn)}并加裝兩級(jí)緩沖輸送系統(tǒng)，石灰石粉分別通過鍋爐下二次風(fēng)管及返料管輸送至爐膛前墻和后墻，見圖1。

改造后的爐內(nèi)噴鈣輸送系統(tǒng)最大出力可達(dá)到15 t/h，脫硫效率可達(dá)90%，脫硫系統(tǒng)鈣硫比設(shè)計(jì)值為4。

1.5循環(huán)流化半干法脫硫系統(tǒng)

脫硫除塵島煙道系統(tǒng)包含原有電除塵器出口與脫硫塔的連接煙道、脫硫布袋除塵器與脫硫引風(fēng)機(jī)的連接煙道、脫硫引風(fēng)機(jī)返回原有引風(fēng)機(jī)出口的連接煙道及清潔煙氣再循環(huán)煙道，見圖2。

脫硫塔是1個(gè)七孔文丘里空塔結(jié)構(gòu)，主要由進(jìn)口段、下部方圓節(jié)、給料段、文丘里段、錐形段、直管段、上部方圓節(jié)、頂部方形段和出口段組成。吸收塔文丘里段安裝有空氣斜槽用以導(dǎo)人消化后的石灰石粉，錐形段安裝有冷卻水噴嘴。從吸收塔出來的含有較多未被反應(yīng)消石灰的脫硫灰，被氣流夾帶從吸收塔頂部側(cè)向出口排出，經(jīng)脫硫布袋除塵器進(jìn)行氣固分離，從布袋除塵器4個(gè)灰斗排出的脫硫灰大部分通過物料循環(huán)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)后進(jìn)入空氣斜槽，排放至吸收塔文丘里段前變徑段，循環(huán)流量調(diào)節(jié)閥主要是根據(jù)吸收塔的床層壓降信號(hào)進(jìn)行開度調(diào)節(jié)的。設(shè)計(jì)工況下，脫硫效率≥90%，爐內(nèi)正常脫硫時(shí)，保證出口SOz濃度<50 mg/Nm3;爐內(nèi)脫硫停運(yùn)時(shí)，入口SO：濃度為2 750mg/Nm3，保證裝置出口S02濃度<150 mg/Nm3。

爐后半干法脫硫系統(tǒng)由于循環(huán)硫化需要同時(shí)配套布袋除塵系統(tǒng)，未反應(yīng)完全的吸收劑及經(jīng)前級(jí)除塵后的粉塵隨煙氣從吸收塔出口側(cè)向垂直向下進(jìn)入布袋除塵器，利用布袋各個(gè)室壓力的自均衡性，使煙氣均勻分配到各除塵室，從濾袋外側(cè)進(jìn)入內(nèi)部，配合電廠原有的電除塵設(shè)施可完成除塵超低凈化過程。

2冷態(tài)試驗(yàn)及氧量標(biāo)定試驗(yàn)

為保證調(diào)試數(shù)據(jù)可靠穩(wěn)定，利用畢托管網(wǎng)格測壓方式對阜新金山煤矸石電廠2號(hào)爐左右一次風(fēng)母管、左右二次風(fēng)母管、左側(cè)上下二次風(fēng)、松動(dòng)風(fēng)、返料風(fēng)風(fēng)量進(jìn)行重新標(biāo)定，給出了準(zhǔn)確的修正系數(shù)。試驗(yàn)單位測量了布風(fēng)板在不同風(fēng)量下的冷態(tài)空床(未裝床料)阻力，得出了冷態(tài)布風(fēng)板的阻力特性曲線。根據(jù)冷態(tài)布風(fēng)板阻力數(shù)據(jù)回歸出了布風(fēng)板阻力特性計(jì)算公式，為熱態(tài)運(yùn)行時(shí)利用風(fēng)室壓力判斷爐內(nèi)床料層厚度提供參考依據(jù)。鍋爐布風(fēng)板阻力特性曲線見圖4。

圖4中包含2根曲線，下方的曲線是冷態(tài)試驗(yàn)條件下測量的布風(fēng)板阻力曲線，上方曲線是根據(jù)冷態(tài)試驗(yàn)結(jié)果換算到熱態(tài)條件下(風(fēng)溫221℃)的布風(fēng)板阻力曲線。

經(jīng)回歸得到的布風(fēng)板阻力計(jì)算公式見式(1)

排放標(biāo)準(zhǔn)，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。通過觀察對比鍋爐不同負(fù)荷下的運(yùn)行數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，超低改造后阜新金山煤矸石電廠2號(hào)爐床溫隨負(fù)荷波動(dòng)較小，但分離器人口煙溫即SNCR脫硝系統(tǒng)投入?yún)^(qū)域溫度隨負(fù)荷降低而快速下降。隨著負(fù)荷的上升，脫硝系統(tǒng)尿素投入量與脫硫系統(tǒng)石灰石投入量均逐漸增加。

對于鍋爐SNCR尿素噴射脫硝系統(tǒng)，為保證噴槍霧化效果，溶液壓力及空氣壓力必須依照設(shè)計(jì)壓力運(yùn)行。因此，最終進(jìn)入鍋爐的尿素溶液濃度是被動(dòng)跟隨尿素投入量及尿素溶液壓力波動(dòng)，以阜新金山煤矸石電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)為例，當(dāng)負(fù)荷上升時(shí)，尿素溶液濃度可由4%增至13%。另外，當(dāng)流化床鍋爐處于低負(fù)荷時(shí)，分離器人口煙溫較低，脫硝效率快速下降，為保證鍋爐維持超低排放標(biāo)準(zhǔn)，以阜新金山煤矸石電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)為例，鍋爐可增加床壓，降低鍋爐N0，的原始排放，最終實(shí)現(xiàn)30%負(fù)荷下超低排放運(yùn)行。除此以外，鍋爐也可采用煙氣再循環(huán)、返料器改造、分離器改造等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)鍋爐脫硝超低排放運(yùn)行，具體需參考鍋爐運(yùn)行現(xiàn)狀。

對于鍋爐爐內(nèi)噴鈣脫硫系統(tǒng)，其需通過燃燒調(diào)整及系統(tǒng)優(yōu)化的方式實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫硫的高效運(yùn)行。以阜新金山煤矸石電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)為例，通過燃燒調(diào)整，鍋爐在100 MW負(fù)荷以下時(shí)不需要投入爐后循環(huán)流化床半干法脫硫系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)鍋爐SO2超低排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)鍋爐處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)(150 MW)時(shí)，鍋爐需維持低氮燃燒以降低Nn的原始排放節(jié)約尿素投入量，爐內(nèi)脫硫處于欠氧氣氛運(yùn)行，脫硫效率降低；阜新金山煤矸石電廠所用石灰石顆粒小于0.25 mm比例都在85%以上，顆粒嚴(yán)重偏細(xì)，細(xì)顆粒還沒有參加脫硫反應(yīng)就已經(jīng)被煙氣攜帶出爐膛，造成脫硫劑利用率低。因此，高負(fù)荷狀態(tài)下，單依靠爐內(nèi)脫硫系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)鍋爐SO。的超低排放，需輔助配以循環(huán)流化床半干法脫硫系統(tǒng)。

石灰石粉經(jīng)過爐內(nèi)煅燒可轉(zhuǎn)換為生石灰粉，后者因?yàn)榱狡?xì)易被分離器分離送往鍋爐尾部煙道及機(jī)組電除塵系統(tǒng)。由于電除塵系統(tǒng)對于細(xì)灰狀的石灰石粉脫除效率較低，大量的生石灰粉最終會(huì)進(jìn)入至爐后的半干法系統(tǒng)進(jìn)行二次循環(huán)流化。生石灰粉在二次循環(huán)流化過程中經(jīng)噴水增濕可轉(zhuǎn)換為消石灰，最終成功脫除煙氣中的SO。。經(jīng)過燃燒調(diào)整試驗(yàn)驗(yàn)證，在滿負(fù)荷狀態(tài)，只需以8 t/h流量投入石灰石粉，最終即可鍋爐整體的超低排放運(yùn)行。石灰石成本約100元/t，而生石灰成本約500元/t，以阜新金山煤矸石電廠半干法系統(tǒng)設(shè)計(jì)生石灰用量0.64 t/h計(jì)算，單臺(tái)爐每日可節(jié)約成本6 144元，年可節(jié)約成本約224萬元。

4 結(jié)語

通過“爐內(nèi)脫硫+SNCR+半干法”組合式技術(shù)路線，大型循環(huán)流化床機(jī)組可達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，但技術(shù)改造需考慮鍋爐原有系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)超低排放系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。

(1)為提高脫硫效率，爐內(nèi)噴鈣系統(tǒng)噴鈣點(diǎn)設(shè)計(jì)需考慮鍋爐密相區(qū)燃燒位置及鍋爐實(shí)際燃燒工況；受霧化噴射行程影響，SNCR脫硝系統(tǒng)噴槍位置以分離器人口水平煙道為宜。

(2)額定負(fù)荷狀態(tài)下，系統(tǒng)脫硫效率和脫銷效率分別為98.7%及82.4%，同時(shí)，鈣硫比和氨氮比也分別達(dá)到設(shè)計(jì)值(4及1.6)。

(3)SNCR尿素噴射脫硝系統(tǒng)以壓力及尿素用量作為主要調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)而非溶液濃度；低負(fù)荷時(shí)由于分離器人口煙溫低而SNCR系統(tǒng)效率低，需輔助響應(yīng)調(diào)整手段或技改措施方可實(shí)現(xiàn)NU的超低排放。

(4)爐內(nèi)噴鈣脫硫系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷段超低排放脫硫，必須輔助以半干法脫硫設(shè)施；若調(diào)整得當(dāng)，鍋爐半干法脫硫系統(tǒng)不需投人生石灰即可達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，年可節(jié)約成本約224萬元。