循環(huán)流化床鍋爐低氮燃燒改造及運(yùn)行優(yōu)化

方幸平 趙杰

摘要：隨著空氣速度的進(jìn)一步增加，床內(nèi)有氣泡。氣泡的形成和固體顆粒的床層表現(xiàn)出沸騰液體的特性，在這一階段，床層被稱(chēng)為“鼓泡流化床”。由于較高的速度，氣泡形成和消失很快，導(dǎo)致顆粒從流化床中吹出，一些顆粒必須重新循環(huán)以保持穩(wěn)定的系統(tǒng)，稱(chēng)為“循環(huán)流化床”。流化床技術(shù)有鼓泡流化床、循環(huán)流化床和加壓流化床技術(shù)，加壓流化床正處于發(fā)展階段，世界范圍內(nèi)循環(huán)流化床的應(yīng)用日益增多。鑒于此，文章結(jié)合筆者二十幾年的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)循環(huán)流化床鍋爐低氮燃燒改造及運(yùn)行優(yōu)化提出了一些建議，僅供參考。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐;低氮燃燒改造;運(yùn)行優(yōu)化措施

引言

循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)是在鼓泡床鍋爐的基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的較為先進(jìn)的技術(shù)，在這之前，舊鍋爐的改造和新鍋爐的研發(fā)為此提供了數(shù)據(jù)和豐富的經(jīng)驗(yàn)。此次超低排放改造不但有效降低了我公司1#、2#CFB鍋爐多污染物的排放濃度，使得NOx、SO2和煙塵排放可以滿(mǎn)足國(guó)家超低排放標(biāo)準(zhǔn)，而且增加了鍋爐效率。

1、鍋爐基本特性

1#、2#鍋爐型號(hào)為：NG-90/9.8-M，高溫高壓，單鍋筒橫置式，單爐膛，自然循環(huán)，全懸吊結(jié)構(gòu)，全鋼架π型布置。爐膛采用膜式水冷壁，兩個(gè)蝸殼式絕熱旋風(fēng)分離器，在爐膛內(nèi)布置三片屏式過(guò)熱器受熱面。兩側(cè)旋風(fēng)分離器入口水平煙道分別布置3支脫硝噴槍及分離器頂部1支脫硝噴槍?zhuān)瑖娙脒m量的氨水來(lái)去除煙氣中的NOX，脫硝后的煙氣依次經(jīng)過(guò)尾部豎井煙道布置的兩級(jí)四組對(duì)流過(guò)熱器、過(guò)熱器下方布置的二組光管省煤器及一、二次風(fēng)空氣預(yù)熱器，由尾部煙道進(jìn)入布袋除塵器、半干法脫硫經(jīng)除塵后進(jìn)入引風(fēng)機(jī)，后經(jīng)煙囪排出。

2、循環(huán)流化床鍋爐低氮燃燒改造

根據(jù)當(dāng)時(shí)環(huán)保指標(biāo)控制設(shè)計(jì)，氮氧化物原始濃度300mg/m3左右，無(wú)法滿(mǎn)足日益嚴(yán)峻的環(huán)保要求，必須要對(duì)其進(jìn)行爐內(nèi)低氮改造。鍋爐目前運(yùn)行的現(xiàn)狀：（1）運(yùn)行床溫偏高，明顯高于設(shè)計(jì)值，遠(yuǎn)高于對(duì)降低NOX和SO2原始排放有利的床溫890℃。為降低床溫，運(yùn)行中保持較高的一次風(fēng)量，一、二次風(fēng)量比達(dá)55：45，不符合設(shè)計(jì)要求。高床溫和高一次風(fēng)率運(yùn)行均會(huì)導(dǎo)致NOX原始排放值升高，對(duì)減排不利。（2）高床溫運(yùn)行、脫硫效率降低等原因會(huì)導(dǎo)致一些工況下SO2排放超標(biāo)，運(yùn)行中會(huì)選擇投用爐內(nèi)石灰石脫硫系統(tǒng)。NOX的原始生成值隨爐內(nèi)石灰石粉投用量的增加而升高，對(duì)NOX達(dá)標(biāo)排放不利。（3）脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中存在氨水消耗量大，氨逃逸高，脫硝效率低的問(wèn)題（4）負(fù)荷較低時(shí)，半干法脫硫系統(tǒng)無(wú)法投運(yùn)，而且不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)塔床現(xiàn)象，對(duì)鍋爐來(lái)講具有極大的安全隱患。（5）為了降低SO2排放指標(biāo)值，運(yùn)行人員往爐內(nèi)石灰石噴入過(guò)量，鈣硫比失常，由于碳酸鈣顆粒偏細(xì)，粘度增加，流動(dòng)性急劇下降，導(dǎo)致回料不暢，外循環(huán)停滯現(xiàn)象。（6）當(dāng)煤質(zhì)含硫率波動(dòng)較大時(shí)，二級(jí)脫硫系統(tǒng)反應(yīng)滯后，容易造成二氧化硫超標(biāo)。

鑒于以上循環(huán)物料分離效率低、循環(huán)量小、實(shí)際床溫偏高、一次風(fēng)量偏大等因素。本次技改低氮脫硝改造擬從提高鍋爐循環(huán)物料系統(tǒng)分離效率提高循環(huán)量，改善床層質(zhì)量，以及降低爐膛運(yùn)行溫度，調(diào)整一二次風(fēng)比例，調(diào)整二次風(fēng)口設(shè)計(jì)，控制底部燃燒含氧量等方面進(jìn)行。主要內(nèi)容有：（1）對(duì)下部流化床進(jìn)行縮床處理。同時(shí)對(duì)原有風(fēng)帽進(jìn)行更換成低流阻大風(fēng)帽，風(fēng)帽個(gè)數(shù)由原來(lái)的391只減少一半，采用前后增加澆注料方式，縮小燃燒室面積，由原來(lái)的23m2減至15m2，保證下部床的流化燃燒。（2）對(duì)分離器入口進(jìn)行縮小處理，提高分離效率;分離器進(jìn)口流速按28-30m/s進(jìn)行設(shè)計(jì)。（3）更換返料系統(tǒng)，從分離器錐段下部開(kāi)始，全部更換返料腿，返料床料腿變細(xì)，返料腿上部直管段內(nèi)徑由原來(lái)的600mm變?yōu)?00mm。（4）NOx的初始排放濃度很高，為滿(mǎn)足環(huán)保排放要求，鍋爐尾部受熱面應(yīng)增設(shè)SCR脫硝裝置。SCR布置在上級(jí)省煤器和中級(jí)之間，鍋爐內(nèi)部去掉中級(jí)省煤器，將下級(jí)省煤器下移，留出空間，重新制作與布置中級(jí)省煤器。（5）爐內(nèi)增加2片水冷屏，大約80m2，降低床溫。（6）二次風(fēng)改造：?二次風(fēng)口由兩層變一層，提高二次風(fēng)口位置，加大下部密相區(qū)還原性氣氛空間，減少?NOx?生成;改造后單個(gè)噴口動(dòng)能增加，有利于二次風(fēng)擾動(dòng)，降低飛灰含碳量。具體做法為：?封堵原有的二次風(fēng)口，用鋼板、抓釘和耐磨可塑料封堵。保留前墻石灰石噴管。?新二次風(fēng)口采用單層布置、大動(dòng)量、低阻力、強(qiáng)穿透力二次風(fēng)設(shè)計(jì)，口徑加大，標(biāo)高抬高。

3、循環(huán)流化床鍋爐低氮燃燒運(yùn)行優(yōu)化措施

3.1氮氧化物的脫除工藝

NOx的脫除同樣采用爐內(nèi)爐外相結(jié)合的方式。爐內(nèi)采用SNCR脫硝工藝，用氨水作為還原劑，稀釋后的氨水和工廠(chǎng)風(fēng)混合，通過(guò)噴嘴噴入煙氣中，與煙氣中的NOx進(jìn)行反應(yīng)。化學(xué)反應(yīng)為：NO+NO2+2NH3=2N2+3H2O??4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O通常系統(tǒng)所采用的氨水濃度為20%～25%，稀釋到5%左右通過(guò)噴槍噴入鍋爐爐膛出口段，在氨水霧化的瞬間捕捉煙氣中的NOx并迅速與之反應(yīng)，達(dá)到脫除NOx的目的。爐外擬采用臭氧脫硝系統(tǒng)，主要用于低負(fù)荷時(shí)降低氮氧化物的輔助手段。臭氧發(fā)生器出口裝有濃度監(jiān)測(cè)儀，根據(jù)臭氧噴入口之前和脫硫塔出口所監(jiān)測(cè)的NOx濃度來(lái)控制臭氧的噴入量，加入臭氧后低價(jià)的NOx氧化生成高價(jià)的NOx，即臭氧與NO和NO2迅速反應(yīng)生成可溶的N2O5，N2O5與脫硫塔內(nèi)的石灰石漿液反應(yīng)生成硝酸鹽。處理NOx的過(guò)程中，臭氧同時(shí)將煙氣中的部分SO2氧化為SO3，同步提高了脫硫效率。

3.2提高塔內(nèi)凈化效率

為提高脫硫塔內(nèi)煙氣的綜合處理效果，對(duì)脫硫塔內(nèi)各組件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，更換氣動(dòng)脫硫單元下噴淋層及對(duì)應(yīng)噴嘴，提高噴嘴霧化效果，使霧化效果達(dá)到Dv50<2900μm;Dv32<2400μm;讓霧滴分布盡可能一致、均勻。同時(shí)在噴淋層高度上優(yōu)化，噴淋層噴嘴布置方向由單獨(dú)向上噴更改為上下噴，充分提高噴嘴噴出的霧化漿液與煙氣的接觸面和縱深高度。技術(shù)改造升級(jí)后原4臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行實(shí)現(xiàn)3臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)備用。按其中功率最小的一臺(tái)泵133kW計(jì)算，年節(jié)省電能116.5萬(wàn)kW·h，年節(jié)約電耗成本約62.91萬(wàn)元。

3.3脫硝噴槍的選型優(yōu)化

現(xiàn)有鍋爐采用了SNCR脫硝工藝，SNCR采用20%濃度的氨水為還原劑，爐內(nèi)脫硫工藝、電袋除塵器技術(shù)。為符合浙江省小火電“50355”達(dá)標(biāo)排放，擬采用SNCR-SCR脫硝方法?；旌蟂NCR-SCR工藝具有2個(gè)反應(yīng)區(qū)，通過(guò)布置在鍋爐爐墻上的噴射系統(tǒng)，首先將還原劑噴入第1個(gè)反應(yīng)區(qū)—爐膛，在高溫下還原劑與NOx在沒(méi)有催化劑參與的情況下發(fā)生還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)初步脫硝。然后未反應(yīng)的還原劑進(jìn)入混合工藝的第2個(gè)反應(yīng)區(qū)SCR反應(yīng)器，在有催化還原的情況下進(jìn)一步脫硝。SCR最佳反應(yīng)溫度區(qū)間300℃～420℃，而現(xiàn)場(chǎng)省煤器布置空間受限，低負(fù)荷時(shí)反應(yīng)區(qū)間又沒(méi)有，考慮到費(fèi)用因素，需在后期做進(jìn)一步改造。根據(jù)當(dāng)前情況，同步采用了新型噴槍選型優(yōu)化，同時(shí)對(duì)稀釋濃度配比的改變，脫硝效率提升明顯，取得了良好的控制效果。

3.4通過(guò)旋風(fēng)分離器及返料器改造提升效率

將旋風(fēng)分離器進(jìn)口水平煙道重新設(shè)計(jì)改造，擴(kuò)大爐膛出口到水平煙道截面積，降低水平煙道到分離器的截面積，縮小水平煙道通流面積，增加流速，提高旋風(fēng)分離器效率。返料器改造主要是對(duì)風(fēng)帽型式的改變以減小小孔堵塞和增加風(fēng)帽個(gè)數(shù)使布風(fēng)更加均勻。返料風(fēng)機(jī)分左右料退單獨(dú)設(shè)置，通過(guò)返料器風(fēng)箱單獨(dú)進(jìn)風(fēng)，減小搶風(fēng)擾動(dòng)。

3.5增設(shè)煙氣再循環(huán)系統(tǒng)

鍋爐增設(shè)了一套煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)引風(fēng)機(jī)出口公用煙道引出一路管子至空預(yù)器出口，風(fēng)量大約總風(fēng)量的15%左右，在保證鍋爐正常流化的同時(shí)，以降低爐底含氧量，從而降低鍋爐低負(fù)荷工況氮氧化物生成。循環(huán)風(fēng)機(jī)采用變頻，以降低廠(chǎng)用電率，功率130Kw，前后增加擋板門(mén)，中間增加調(diào)節(jié)門(mén)以控制風(fēng)量。

3.6提升防磨損技術(shù)

在循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，由于燃料的高速運(yùn)動(dòng)和燃燒造成的高溫摩擦對(duì)鍋爐本體造成了極其嚴(yán)重和不可逆轉(zhuǎn)的永久性損傷。這一缺陷大大縮短了鍋爐設(shè)備的使用壽命，增加了生產(chǎn)成本。因此，探索降低材料磨損的技術(shù)，開(kāi)發(fā)更多的耐磨爐料是今后循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的新發(fā)展方向。

結(jié)束語(yǔ)

循環(huán)流化床鍋爐由于具有燃燒效率高、污染排放低、燃料適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用。但是，循環(huán)流化床鍋爐在大規(guī)模商業(yè)化過(guò)程中仍存在著長(zhǎng)期不能滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行、燃燒效率低、分離器效率低、飛灰含碳量高、結(jié)渣、受熱面磨損等問(wèn)題，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，該技術(shù)仍存在一些不足。隨著循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)更加廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)當(dāng)中，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下必將實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，更好地促進(jìn)未來(lái)工業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，從而促進(jìn)社會(huì)文明進(jìn)步。

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