低壓小容量CFB鍋爐環(huán)保改造方案應(yīng)用

李二欣， 張龍飛， 韋 飛， 王 特

(1. 國電環(huán)境保護(hù)研究院有限公司， 南京 210031;2. 廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司 電力科學(xué)研究院， 南寧 530023)

近年來，燃煤火電企業(yè)廣泛實(shí)施了環(huán)保改造[1]，我國循環(huán)流化床(CFB)鍋爐發(fā)電機(jī)組容量接近1億kW，CFB鍋爐總臺數(shù)大于3 000臺，其中100 MW以下的鍋爐占多數(shù)[2]。目前有關(guān)CFB機(jī)組環(huán)保的研究工作主要集中在300 MW及以上規(guī)模機(jī)組，關(guān)于低壓小容量CFB鍋爐環(huán)保研究較少[3]。部分低壓小容量CFB鍋爐在選擇改造技術(shù)路線時(shí)，缺少相關(guān)依據(jù)。因此，筆者選取某熱電廠3臺75 t/h CFB鍋爐為研究對象，對其環(huán)保改造方案展開分析研究，以尋求最優(yōu)改造方案。

1 鍋爐概述

CFB鍋爐因其特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具備優(yōu)越的環(huán)保特性。在鈣硫物質(zhì)的量比為2.0～2.5時(shí)：燃用高硫含量煤時(shí)脫硫效率可高達(dá)95%，可控制SO2排放質(zhì)量濃度低于300 mg/m3，燃用低硫含量煤時(shí)脫硫效率可達(dá)90%，可控制SO2排放質(zhì)量濃度低于200 mg/m3；燃用高揮發(fā)分含量煤時(shí)，NOx排放質(zhì)量濃度為200～300 mg/m3，燃用低揮發(fā)分含量煤時(shí)，NOx排放質(zhì)量濃度為100～150 mg/m3[4]。

CFB鍋爐可采用的較為成熟的環(huán)保技術(shù)分為：(1)脫硝技術(shù)，主要有低NOx燃燒技術(shù)、選擇性催化還原(SCR)脫硝技術(shù)和選擇性非催化還原(SNCR)脫硝技術(shù)；(2)脫硫技術(shù)，主要有爐內(nèi)噴鈣脫硫、爐內(nèi)脫硫+爐外半干法循環(huán)流化床脫硫(CFB-FGD)、濕法脫硫(WFGD)；(3)除塵技術(shù)，主要有電除塵器、袋式除塵器(含電袋復(fù)合除塵器)和濕式電除塵器(WESP)等[5]。

該電廠3臺CFB鍋爐中，1號、2號鍋爐為YG-75/3.82-M1型CFB鍋爐，3號鍋爐為TG-75/3.82-M23型CFB鍋爐。3臺鍋爐改造前，其環(huán)保設(shè)備配置見表1。1號、2號鍋爐于2008年進(jìn)行爐內(nèi)噴鈣脫硫系統(tǒng)改造，設(shè)計(jì)脫硫效率為70%，實(shí)際脫硫效率小于50%，3號鍋爐未安裝脫硫裝置。

表1 鍋爐改造前環(huán)保設(shè)備配置

2016年1月16日，對1號鍋爐、3號鍋爐污染物排放情況進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表2(測試期間爐內(nèi)噴鈣脫硫系統(tǒng)未投入運(yùn)行)。1號鍋爐與2號鍋爐的鍋爐爐型、環(huán)保設(shè)備完全一致，并且測試期間電廠2號機(jī)組停機(jī)，因此未對2號鍋爐進(jìn)行測試。改造前摸底測試不是完整的除塵測試，并考慮到測試費(fèi)用，對主要參數(shù)進(jìn)行測試：在高負(fù)荷工況下，可以較好地了解除塵設(shè)備出力，大概預(yù)估在半負(fù)荷工況下，除塵器出口煙塵質(zhì)量濃度的排放程度，因此表2缺少在半負(fù)荷工況下的除塵器出口粉塵質(zhì)量濃度，但基本滿足摸底要求。

表2 煙氣污染物排放情況

2 改造方案

2.1 脫硝改造

受煙溫、煙氣中固體顆粒物成分、場地條件等因素制約，SCR脫硝技術(shù)在CFB鍋爐中應(yīng)用較少[6]，該工程脫硝改造不采用SCR脫硝技術(shù)。CFB鍋爐自身的低溫燃燒特性和空氣分級供給燃燒方式對抑制NOx生成十分有利[7]，電廠鍋爐主要燃煤為褐煤，通過鍋爐實(shí)施高效低NOx燃燒技術(shù)改造能夠達(dá)到排放指標(biāo)。

燃燒系統(tǒng)主要改造工作包括改造二次風(fēng)系統(tǒng)、增設(shè)水冷屏和過熱器、局部優(yōu)化返料系統(tǒng)、完善布風(fēng)板與風(fēng)帽整體布置、優(yōu)化給煤口結(jié)構(gòu)和采用煙氣再循環(huán)技術(shù)，改造后可大幅度降低NOx排放質(zhì)量濃度，爐膛出口NOx排放質(zhì)量濃度不高于150 mg/m3。后續(xù)可通過采用SNCR脫硝技術(shù)，確保最終NOx排放質(zhì)量濃度不高于50 mg/m3，但是該工程方案暫不實(shí)施SNCR脫硝技術(shù)改造，只進(jìn)行爐內(nèi)低NOx燃燒技術(shù)改造。

2.2 脫硫改造

通過提高爐內(nèi)噴鈣干法脫硫系統(tǒng)鈣硫物質(zhì)的量比及控制燃煤硫含量，可使鍋爐出口SO2排放質(zhì)量濃度達(dá)標(biāo)；但該方法使用石灰石量大，對煤種適應(yīng)性低，跟蹤負(fù)荷變動效果差[8]。CFB鍋爐采用CFB-FGD技術(shù)在燃用劣質(zhì)煤時(shí)基本能實(shí)現(xiàn)SO2排放質(zhì)量濃度低于35 mg/m3的超低排放要求，并且使實(shí)際脫硫效率達(dá)到設(shè)計(jì)脫硫效率(90%)，但受爐內(nèi)、爐外雙重循環(huán)的影響，出口SO2質(zhì)量濃度對調(diào)控的響應(yīng)慢，入口SO2質(zhì)量濃度短時(shí)大幅增加時(shí)，可能會存在瞬時(shí)超標(biāo)現(xiàn)象[9]。

在濕法脫硫工藝中，石灰石-石膏濕法、濕式氧化鎂法、海水脫硫法、氨水洗滌法等工藝均能使脫硫效率達(dá)到98.25%以上。石灰石-石膏濕法是國內(nèi)主流脫硫工藝，約占燃煤電廠總裝機(jī)容量的90%以上，其特點(diǎn)是技術(shù)成熟、系統(tǒng)可靠、脫硫效率高、吸收劑來源廣泛、煤種及機(jī)組容量適應(yīng)性強(qiáng)；濕式氧化鎂法的吸收劑來源受限制；海水脫硫法僅適用于沿海地區(qū)的電廠；氨水洗滌法脫硫系統(tǒng)復(fù)雜，且投資高。

脫硫工藝的選擇取決于煙氣量、燃燒設(shè)備的類型、燃料的種類和含硫量、設(shè)計(jì)脫硫效率、吸收劑的供應(yīng)條件、電廠的地理?xiàng)l件、副產(chǎn)品的利用等。該鍋爐脫硫改造方案選擇石灰石-石膏濕法脫硫工藝作為改造路線，并參考DL/T 5196—2016 《火力發(fā)電廠煙氣脫硫設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》，按“三爐一塔”方式建設(shè)。

2.3 除塵改造

燃煤電廠煙氣環(huán)保改造應(yīng)充分利用脫硫裝置、脫硝裝置及除塵裝置的協(xié)同能力，實(shí)現(xiàn)大氣污染物綜合脫除[10]。結(jié)合脫硫改造方案，并且考慮電廠運(yùn)行穩(wěn)定，年利用小時(shí)數(shù)低，在實(shí)現(xiàn)超低排放基礎(chǔ)上盡量降低工程投資，適宜采用協(xié)同除塵改造方案，具體內(nèi)容為：

(1) 將1號、2號鍋爐原電除塵器改造為袋式除塵器。

(2) 3號鍋爐原除塵器殼體及支架較小，無法對原殼體利舊，將原除塵器拆除，新建袋式除塵器。

(3) 設(shè)計(jì)袋式除塵器出口粉塵排放質(zhì)量濃度小于30 mg/m3；脫硫系統(tǒng)采用高效除霧器，使除霧器出口霧滴質(zhì)量濃度小于20 mg/m3，減少霧滴攜帶的粉塵量；粉塵經(jīng)脫硫吸收塔洗滌后最終

排放質(zhì)量濃度小于10 mg/m3。

改造后1號、2號機(jī)組運(yùn)行，3號機(jī)組處于停備狀態(tài)，并且1號、2號機(jī)組脫硝改造難度較大，3號機(jī)組的鍋爐爐膛截面積比較大，燃燒系統(tǒng)原有條件較好，NOx排放質(zhì)量濃度低于前2臺機(jī)組，最終脫硝測試確定為1號、2號機(jī)組。

3 性能測試

3.1 脫硝測試

改造后脫硝測試數(shù)據(jù)見表3(BMCR工況為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量工況，上標(biāo)★表示在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、干基、6%氧氣體積分?jǐn)?shù)條件下?lián)Q算后的物理量)，改造后NOx排放質(zhì)量濃度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求(低于150 mg/m3)。

表3 脫硝測試數(shù)據(jù)

3.2 脫硫測試

改造后脫硫測試數(shù)據(jù)見表4，1號鍋爐平均負(fù)荷為55.5 t/h，2號鍋爐平均負(fù)荷為50.2 t/h，1號、2號鍋爐入爐煤收到基硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.35%，脫硫塔入口SO2質(zhì)量濃度為1 050.88 mg/m3，脫硫塔出口SO2質(zhì)量濃度為17.95 mg/m3，脫硫塔脫硫效率為98.29%，脫硫改造達(dá)標(biāo)。

表4 脫硫測試數(shù)據(jù)

3.3 除塵測試

改造后除塵測試數(shù)據(jù)見表5(上標(biāo)☆表示在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、干基、實(shí)際氧氣體積分?jǐn)?shù)條件下得到的物理量)，1號鍋爐平均負(fù)荷為61.3 t/h，除塵器出口粉塵平均質(zhì)量濃度為20.33 mg/m3，除塵器除塵效率為99.957%，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

表5 除塵測試數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

針對該熱電廠CFB鍋爐環(huán)保改造，筆者提出脫硝改造采取低NOx燃燒技術(shù)、脫硫改造采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫法、除塵改造采用袋式除塵器的改造方案。改造后的各項(xiàng)環(huán)保指標(biāo)均能達(dá)到要求。環(huán)保設(shè)施運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、最佳運(yùn)行狀態(tài)等方面問題需要進(jìn)一步跟蹤研究。