300MW CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫脫硝系統(tǒng)改造及優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整

楊彥卿 劉志強(qiáng) 谷 威 馬 輝 薛文祥 鄭 昭

（神華國(guó)能 （神東電力）集團(tuán)薩拉齊電廠，內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市，014100）

神華國(guó)能 （神東電力）集團(tuán)薩拉齊電廠2×300 MW CFB 鍋爐是由哈爾濱鍋爐廠引用ALSTOM 技術(shù)自主研發(fā)生產(chǎn)的第一代產(chǎn)品，采用單爐膛、褲衩腿形雙布風(fēng)板結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是取消了ALSTOM 技術(shù)路線的外置床，將兩級(jí)中溫過熱器及高溫再熱器以吊屏的型式分別懸掛于爐膛前墻和后墻，鍋爐共采用4 個(gè)內(nèi)徑約為8 m 的旋風(fēng)分離器，每個(gè)分離器下方分別布置了一個(gè)非機(jī)械型回料閥，其回料方式為自平衡式。鍋爐燃燒采用風(fēng)分級(jí)送入燃燒室，促使鍋爐分級(jí)燃燒以有效降低NOx的生成量，除從布風(fēng)板送入的一次風(fēng)外，還從燃燒室下部錐段分二層不同高度引入二次風(fēng)。鍋爐的脫硫方式采用爐內(nèi)脫硫，其脫硫劑為石灰石粉，以氣力輸送方式分四點(diǎn)送入回料閥斜腿進(jìn)入爐膛。

表1 鍋爐設(shè)計(jì)煤種

1 鍋爐SO2和NOx滿足新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)存在的主要問題

（1）爐內(nèi)脫硫、脫硝效率低。機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)平均床溫達(dá)到了980℃，最高點(diǎn)超過990℃，脫離了最佳脫硫脫硝的運(yùn)行床溫區(qū)間 （850℃～890℃）。

（2）石灰石輸送系統(tǒng)出力不能滿足需求。實(shí)際燃用煤種的平均硫分為0.91%，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)煤種硫分的0.32%，導(dǎo)致系統(tǒng)出力不足。

（3）未充分實(shí)現(xiàn)空氣分級(jí)燃燒和低過量空氣燃燒。

2 CFB鍋爐爐內(nèi)系統(tǒng)的改造

2.1 鍋爐的降低床溫改造

2.1.1 改造鍋爐受熱面

鍋爐在原有8片水冷屏的基礎(chǔ)上，每片增加5根，共計(jì)28根管，且左、右側(cè)各增加一片水冷屏管，并將所有水冷屏管向下延伸，左右側(cè)新增加的水冷管屏在出口分別匯合至2 個(gè)匯合集箱后再通過導(dǎo)汽管進(jìn)入汽包。

2.1.2 改造分離器

在煤種不變的情況下，為了有效地增加鍋爐循環(huán)灰量以降低鍋爐床溫，因此提高了旋風(fēng)分離器的入口煙氣流速，由原設(shè)計(jì)的23m／s提高至29m／s，分離器的分離效率大幅提高。

2.2 脫硫系統(tǒng)的改造

在原有石灰石粉系統(tǒng)的基礎(chǔ)上新增加了一套石灰石粉輸送系統(tǒng)，通過氣力輸送方式分四點(diǎn)送入褲衩腿內(nèi)側(cè)下二次風(fēng)口，最后通過下二次風(fēng)口送入爐膛，使石灰石粉均勻的噴入爐膛中。石灰石粉系統(tǒng)不僅采用煙氣出口SO2排放量作為被調(diào)量，還在調(diào)節(jié)方式上增加了鍋爐總給煤量及床溫變化的微分、給煤量與石灰石需要量的對(duì)應(yīng)關(guān)系、SO2排放量變化的微分以及SO2排放量與其給定值偏差的微分作為調(diào)節(jié)器輸出指令的前饋信號(hào)同時(shí)對(duì)石灰石粉給料機(jī)的指令進(jìn)行調(diào)節(jié)，充分實(shí)現(xiàn)了石灰石輸送系統(tǒng)的 “三自動(dòng)”。目前石灰石輸送系統(tǒng)改造后投入運(yùn)行較為穩(wěn)定，能夠滿足SO2達(dá)標(biāo)排放的要求。

2.3 降低床溫改造后的效果

（1）鍋爐經(jīng)受熱面和分離器改造后，機(jī)組滿負(fù)荷的情況下鍋爐的懸浮段差壓上升了約600Pa，同時(shí)經(jīng)過鍋爐的優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整，爐膛的下部床溫降低了60℃～100℃ （受熱面改造后鍋爐床溫由970℃～990℃降至940℃～960℃，分離器改造后床溫可降至900℃～910℃，經(jīng)過鍋爐運(yùn)行調(diào)整床溫降至880℃～890℃，若入爐煤粒徑控制較好床溫還可降至860℃）。

（2）鍋爐降低床溫改造后，經(jīng)過鍋爐的優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整，在爐膛床溫下降的同時(shí)，還降低了鍋爐的風(fēng)量，機(jī)組滿負(fù)荷情況下，一次風(fēng)量下降了6～10萬m3／h，總風(fēng)量下降了25～30萬m3／h，這樣不僅降低了風(fēng)機(jī)的耗電率還減小了鍋爐的磨損，對(duì)于雙布風(fēng)板結(jié)構(gòu)的鍋爐其一次風(fēng)量的減小也降低了翻床的風(fēng)險(xiǎn)，提高了機(jī)組的可靠性。

2.4 脫硫系統(tǒng)改造后取得的效果

（1）脫硫系統(tǒng)改造后，滿負(fù)荷情況下可以將SO2排放值控制在200 mg／Nm3（折算6%O2）以內(nèi)。

（2）脫硫系統(tǒng)改造后，使石灰石粉更能均勻的噴入爐膛，提高了脫硫效率，在鍋爐煤種、氧量不變的同負(fù)荷情況下Ca／S摩爾比可以降低1左右。

（3）脫硫系統(tǒng)改造后，SO2瞬間排放的穩(wěn)定性明顯提高。

3 爐內(nèi)脫硫脫硝優(yōu)化調(diào)整

3.1 風(fēng)量的調(diào)整

在對(duì)鍋爐實(shí)施爐內(nèi)綜合技術(shù)改造后，運(yùn)行床溫較改造前有明顯的大幅下降，床溫能夠控制在890℃以內(nèi)，風(fēng)量?jī)?yōu)化調(diào)整的核心是重構(gòu)爐膛內(nèi)的氧化還原氣氛。

3.1.1 一次風(fēng)的調(diào)整

鍋爐正常運(yùn)行中在床溫≤890℃的情況下盡量減小一次風(fēng)，以有效控制NOx的排放。

為了避免調(diào)整中鍋爐出現(xiàn)翻床，導(dǎo)致一次風(fēng)量小于臨界流化風(fēng)量，在運(yùn)行調(diào)整中一次風(fēng)量不能低于250Nm3／h。

3.1.2 二次風(fēng)調(diào)整原則

保證爐內(nèi)截面的氧量基本均勻，減少爐內(nèi)還原區(qū)的二次風(fēng)量，上層二次風(fēng)開度大于下層的開度，同層二次風(fēng)開度 “中間大、兩側(cè)小”，給煤側(cè)二次風(fēng)小于對(duì)側(cè)，運(yùn)行調(diào)整中盡量開啟內(nèi)側(cè)二次風(fēng)門，負(fù)荷250 MW 以上時(shí)應(yīng)全開內(nèi)側(cè)二次風(fēng)門，負(fù)荷250 MW 以下鍋爐外側(cè)二次風(fēng)與內(nèi)側(cè)二次風(fēng)比例為1∶2。

3.1.3 風(fēng)量的自動(dòng)控制

把主一次風(fēng)調(diào)整門全部打開，只用變頻器來調(diào)節(jié)一次風(fēng)量及控制翻床，實(shí)現(xiàn)了單爐膛雙布風(fēng)板鍋爐一、二次風(fēng)的自動(dòng)控制。

3.1.4 氧量調(diào)整

風(fēng)量的調(diào)整能有效地改善風(fēng)、煤的混合程度，以達(dá)到分級(jí)燃燒控制NOx排放的目的。鍋爐氧量的降低能夠有效地減少NOx的排放，但是氧量的降低會(huì)促使SO2排放的升高，同時(shí)石灰石的用量也會(huì)明顯增加，考慮到NOx和SO2排放的綜合控制，運(yùn)行中根據(jù)不同負(fù)荷氧量應(yīng)控制在1.8%～2.8%，鍋爐氧量的降低會(huì)導(dǎo)致鍋爐效率有所下降。

3.2 鍋爐床壓的調(diào)整

床壓是流化床鍋爐運(yùn)行中反應(yīng)床料高低的參數(shù)，床壓過高，密相區(qū)顆粒濃度大，爐膛受熱面磨損量大，在同樣的一次風(fēng)量下，床壓高則一次風(fēng)壓相應(yīng)增大，風(fēng)機(jī)電耗也增加。在保證鍋爐循環(huán)灰量的情況下盡量維持低床壓運(yùn)行，根據(jù)鍋爐雙布風(fēng)板的特點(diǎn)以及鍋爐床壓測(cè)點(diǎn)的位置，試驗(yàn)出不同負(fù)荷下的鍋爐床壓，不同負(fù)荷下控制水冷風(fēng)室壓力在11～13.5KPa范圍內(nèi)，根據(jù)負(fù)荷的不同，1＃鍋爐床壓控制在4～7KPa，2＃鍋爐床壓控制在3.5～6KPa（2＃爐床壓測(cè)點(diǎn)安裝位置偏高），1＃、2＃鍋爐床壓測(cè)點(diǎn)距布風(fēng)板高度位置圖見圖1。

圖1 1＃、2＃鍋爐床壓測(cè)點(diǎn)距布風(fēng)板高度位置圖

3.3 入爐煤的調(diào)整

薩拉齊電廠燃用煤種為大青山水泉露天煤礦的水泉煤和金烽煤炭分公司的韓家村煤。水泉煤煤質(zhì)不穩(wěn)定熱值波動(dòng)較大 （3300～4700kcal／kg），平均發(fā)熱量為4000 kcal／kg，平均空干基灰分為42.6%，平均干燥無灰基揮發(fā)分為27.2%，平均硫分為0.62%；韓家村煤煤質(zhì)穩(wěn)定但其硫分波動(dòng)較大 （0.6%～1.6%），平均發(fā)熱量為3800kcal／kg，平均空干基灰分為23%，平均干燥無灰基揮發(fā)分為38.1%，平均硫分為0.91%。

3.3.1 分倉(cāng)上煤

1＃、4＃原煤倉(cāng)為韓家村煤，2＃、3＃原煤倉(cāng)為水泉煤，通過調(diào)整稱重式給煤機(jī)出力控制入爐煤發(fā)熱量。

3.3.2 分路上煤

甲路膠帶上韓家村煤 （高幅篩條及細(xì)碎間隙適當(dāng)放大），乙路膠帶上水泉煤或韓家村煤與低熱值煤的配煤 （高幅篩條及細(xì)碎間隙較?。行Э刂屏巳霠t煤粒徑 （主要是減少入爐煤中1mm 以下的比例）。

3.3.3 試驗(yàn)

根據(jù)燃煤特點(diǎn)，進(jìn)行燃燒粒徑相對(duì)較大的韓家村煤，燃燒粒徑相對(duì)較小的韓家村煤伴有石灰石籽料，韓家村煤與低熱值水泉煤1∶1進(jìn)行摻燒，韓家村煤與高熱值水泉煤1∶1 摻燒，韓家村煤與相對(duì)較大粒徑水泉煤1∶1 摻燒等試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

（1）全部燃用合適粒徑的韓家村煤以及摻燒低熱值高灰分水泉煤，在機(jī)組全工況情況下可以將SO2、NOx排放控制在200mg／Nm3以內(nèi)。

（2）鍋爐在使用同樣煤種的情況下入爐煤粒徑對(duì)鍋爐床溫影響較大，入爐煤粒徑適當(dāng)放大后鍋爐床溫較低，同樣負(fù)荷及煤種下可使鍋爐床溫下降15℃～30℃，促使其在爐膛內(nèi)分級(jí)燃燒使?fàn)t膛內(nèi)的溫度場(chǎng)均勻分布，有效降低NOx排放，也可以有效緩解SO2排放值波動(dòng)，同時(shí)也降低了Ca／S 摩爾比。

（3）水泉煤入廠煤粒徑較細(xì) （15%～30%的煤粒徑＜1 mm，50%的煤粒徑＜3 mm），導(dǎo)致入爐煤粒徑較細(xì)，進(jìn)入鍋爐燃燒后細(xì)顆粒在氧化區(qū)燃燒的份額較多，機(jī)組負(fù)荷在85%以上時(shí)NOx排放難以控制在200mg／Nm3以內(nèi)。

（4）通過改變?nèi)霠t煤的粒徑以及摻配石灰石籽料，不僅可以降低鍋爐床溫，而且有助于控制SO2、NOx的排放，煤中摻配合適粒徑的石灰石籽料后經(jīng)過碎煤機(jī)及膠帶充分混合，可以有效地控制SO2瞬時(shí)排放波動(dòng)。爐煤調(diào)整前后的參數(shù)對(duì)比見表2。

3.4 石灰石粉粒徑的調(diào)整

為了提高脫硫效率，減少石灰石用量，降低發(fā)電成本，解決底渣及飛灰中CaO 含量高的問題，進(jìn)行了燃燒相對(duì)較大粒徑的石灰石粉 （＜1 mm）試驗(yàn)。摻燒相對(duì)較大粒徑石灰石粉的參數(shù)對(duì)比見表3。

表3 摻燒粒徑相對(duì)較大石灰石粉的參數(shù)對(duì)比

摻燒相對(duì)較大粒徑的石灰石粉 （＜1 mm），SO2排放值較以前容易控制，同時(shí)SO2瞬時(shí)值也波動(dòng)較小，且鈣硫摩爾比降低了0.6～1.5，飛灰中CaO 含量也明顯下降1.5%～5%，但是底渣中的CaO 含量升高0.8%～1.5%。

4 結(jié)論

薩拉齊電廠通過對(duì)CFB 鍋爐爐內(nèi)系統(tǒng)的改造以及優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整，在爐內(nèi)脫硫脫硝技術(shù)應(yīng)用上取得了顯著的成效。

（1）有效控制鍋爐床溫至850℃～890℃，可以提高脫硫脫硝的效率，合理的配風(fēng)使?fàn)t內(nèi)的氧化還原氣氛重構(gòu)有助于抑制NOX的生成。

（2）適當(dāng)提高床壓運(yùn)行有助于提高脫硫效率、抑制NOX的生成。

（3）通過摻燒低熱值高灰分煤或根據(jù)煤種適當(dāng)放大入爐煤粒徑，可以有效地提高脫硫脫硝效率。

（4）入爐煤中摻配石灰石籽料，可以降低鍋爐床溫，有助于控制SO2、NOx 的排放，同時(shí)還可以有效地減緩SO2瞬時(shí)排放值的波動(dòng)。

［1］ 呂俊復(fù)，岳光溪，張建勝等.循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行與檢修 ［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2005

［2］ 馮俊凱，岳光溪，呂俊復(fù) .循環(huán)流化床燃燒鍋爐［M］.北京：電力工業(yè)出版社，2003

［3］ 宮述鈞.對(duì)綜合控制循環(huán)流化床鍋爐SO2、NOx及N2O 排放的探討 ［J］.廣東電力，2007