CFB鍋爐開工過程環(huán)保參數(shù)控制策略

(中國石化 洛陽石化公司 熱電部，河南 洛陽 471012)

國家頒布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)對火電廠污染物排放提出了嚴(yán)格的限制要求。燃煤電廠實(shí)現(xiàn)環(huán)保參數(shù)達(dá)標(biāo)排放，滿足國家排放新標(biāo)準(zhǔn)及環(huán)境評價(jià)要求，是健康持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路[1]。循環(huán)流化床(CFB)鍋爐由于燃料適應(yīng)性廣，爐內(nèi)噴石灰石粉控制SO2成本低，NOx排放低等優(yōu)點(diǎn)，近年來發(fā)展迅速，是目前應(yīng)用范圍很廣的清潔燃燒技術(shù)。因CFB鍋爐點(diǎn)爐初期，氧含量高導(dǎo)致折算系數(shù)高，SNCR脫硝及爐內(nèi)脫硫受煙氣溫度影響，脫硫脫硝效率低，CFB鍋爐開工期間，環(huán)保參數(shù)控制極其困難。

1 CFB鍋爐及環(huán)保裝置改造介紹

中國石化洛陽石化分公司(洛陽石化)310 t/h高壓CFB鍋爐于2009年11月建成投用，鍋爐型號為HM310-9.8/540-A。該高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐為單爐膛、單汽包、自然循環(huán)、雙高溫絕熱旋風(fēng)分離器、全鋼架M型露天布置，由煙臺現(xiàn)代冰輪重工公司設(shè)計(jì)并制造。CFB鍋爐設(shè)計(jì)燃料為100%石油焦，校核燃料為50%石油焦+50%無煙煤，采用石灰石粉爐內(nèi)脫硫控制SO2排放，依靠循環(huán)流化床低溫燃燒技術(shù)，NOx排放低的特點(diǎn)控制NOx排放，采用布袋除塵器過濾煙氣降低煙塵含量。

鍋爐設(shè)計(jì)燃料采用延遲焦化的副產(chǎn)品石油焦以及原煤系統(tǒng)的無煙煤，5支床上啟動(dòng)燃燒器燃用低硫輕柴油。在鍋爐爐膛內(nèi)添加粒徑及品質(zhì)符合要求的石灰石粉，在爐內(nèi)燃燒中脫硫，減少SO2排放量。鍋爐原設(shè)置1臺布袋除塵器、1座煙囪，煙囪出口內(nèi)徑4.0 m，高150 m。鍋爐煙氣經(jīng)過低壓脈沖布袋除塵器除塵，凈化后的煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)送入煙囪排放。設(shè)計(jì)煙塵排放濃度≤50 mg/m3，SO2的排放濃度≤400 mg/m3，無設(shè)計(jì)氮氧化物的控制設(shè)施，煙氣氮氧化物初始排放為250 mg/m3左右。

為更好地保護(hù)大氣環(huán)境，我國環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求越來越高。2015年底，國家明確要求，2020年之前，所有燃煤機(jī)組都必須實(shí)施超低排放改造，煙氣排放中的煙塵≤10 mg/m3、SO2≤35 mg/m3、NOx≤50 mg/m3。隨后，河南省政府要求河南省燃煤發(fā)電機(jī)組在2016年10月底前實(shí)現(xiàn)超低排放。

洛陽石化CFB鍋爐爐后脫硫系統(tǒng)2013年12月破土動(dòng)工，2014年6月29日投產(chǎn)運(yùn)行。爐后煙氣脫硫?yàn)橐粻t一塔，脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理煙氣量為350 000 m3/h，設(shè)計(jì)入口SO2濃度為2 500 mg/m3，出口SO2≤50 mg/m3，設(shè)計(jì)脫硫效率98%。SNCR脫硝裝置自2014年6月29日建成投用，COA氧化脫硝自2016年11月建成使用，經(jīng)兩次脫硝改造后，洛陽石化CFB鍋爐形成SNCR+COA兩級脫硝工藝。洛陽石化CFB鍋爐原設(shè)置1臺布袋除塵器，經(jīng)鍋爐本體空氣預(yù)熱器后排出的煙氣，經(jīng)低壓脈沖布袋除塵器除塵，之后由引風(fēng)機(jī)送入煙囪排放。2014年新增爐后脫硫裝置，將煙氣從鍋爐引風(fēng)機(jī)后的煙道引出，進(jìn)入脫硫吸收塔，新增布袋除塵器，煙氣經(jīng)脫硫除塵后，通過脫硫引風(fēng)機(jī)，由原150 m煙囪排出。CFB鍋爐環(huán)保設(shè)施流程及布置圖見圖1。

圖1 CFB鍋爐環(huán)保設(shè)施流程及布置圖

2 開工過程環(huán)保參數(shù)控制措施

2018年洛陽石化3#CFB鍋爐檢修后開工，為滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，實(shí)現(xiàn)開工過程中環(huán)保參數(shù)達(dá)標(biāo)，洛陽石化采取多種措施，首次實(shí)現(xiàn)開工期間環(huán)保參數(shù)零超標(biāo)，對同類型鍋爐有借鑒意義。控制措施如下。

2.1 提前準(zhǔn)備低硫燃料

①使用硫含量為0.011 4%的低硫輕柴油，降低點(diǎn)火初期煙氣中初始SO2含量。②由于是緊急停工，石油焦倉內(nèi)存有近7 m的燃料，留存燃料為石油焦和煤，硫含量高?？紤]到開工環(huán)保參數(shù)控制，克服清理難度大、工期緊等困難，安排作業(yè)人員將石油焦倉存料全部清空。③點(diǎn)爐采用三種固體燃料分階段梯級使用，在點(diǎn)動(dòng)給料初期，創(chuàng)造性地使用廢活性炭，活性炭燃點(diǎn)低、易燃燒，且不產(chǎn)生污染物；之后使用低硫無煙煤，將床溫升至正常床溫；最后使用石油焦和煤，調(diào)整鍋爐各工況至正常運(yùn)行工況。

2.2 半干法脫硫提前建床

為控制SO2、煙塵環(huán)保參數(shù)，在CFB鍋爐點(diǎn)爐前，爐后半干法脫硫提前建床。在爐后脫硫引風(fēng)機(jī)和鍋爐引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后，爐后脫硫塔提前進(jìn)床層物料，為脫硫塔床層建立做準(zhǔn)備。物料為粉煤灰和消石灰。在鍋爐點(diǎn)爐前共注入粉煤灰約100 t，Ca(OH)2約100 t，脫硫劑氫氧化鈣比例50%。

改變以往待鍋爐點(diǎn)爐后煙氣量達(dá)到350 000 m3/h以上才開始脫硫塔建床的操作步驟。粉煤灰和消石灰注入完成后，將清潔煙氣再循環(huán)擋板開大，利用脫硫引風(fēng)機(jī)風(fēng)量開始提前建床，控制床層壓降為0.5～0.6 kPa，建立脫硫反應(yīng)床層，半干法脫硫系統(tǒng)流程圖見圖2。

床層建立后，2018年3月19日16:00 CFB鍋爐點(diǎn)火，16:32脫硫出口NOx濃度突然增加至75 mg/m3，小流量投運(yùn)COA脫硝裝置。根據(jù)出口NOx濃度調(diào)整COA亞氯酸鈉溶液的添加量。因脫硫塔床層中氫氧化鈣含量較高，COA脫硝效果突出，3月19日16:30—3月20日6:30期間，脫硫塔進(jìn)出口NOx平均濃度分別為150.87、45.04 mg/m3，脫硝效率70.15%，確保了點(diǎn)爐期間的NOx指標(biāo)達(dá)標(biāo)。點(diǎn)爐升溫升壓期間脫硫塔進(jìn)出口NOx趨勢圖如圖3所示。

圖2 半干法脫硫系統(tǒng)流程圖

圖3 點(diǎn)爐升溫升壓期間脫硫塔進(jìn)出口NOx趨勢圖

此外，在床層建立的情況下，少量噴入亞氯酸鈉溶液，起到輕微的增濕作用，有助于脫硫塔脫硫效果的發(fā)揮。在床溫500 ℃，點(diǎn)動(dòng)投用給焦機(jī)時(shí)，提前開啟爐前石灰石系統(tǒng)，低轉(zhuǎn)速添加石灰石粉，進(jìn)行爐內(nèi)脫硫。點(diǎn)爐升溫升壓期間脫硫塔進(jìn)出口SO2趨勢圖見圖4。

圖4 點(diǎn)爐升溫升壓期間脫硫塔進(jìn)出口SO2趨勢圖

2.3 合理控制鍋爐升溫速度

點(diǎn)爐初期出口環(huán)保參數(shù)受氧含量折算影響較大，因環(huán)保法規(guī)規(guī)定，當(dāng)煙氣中氧含量<19%時(shí)開始折算，此時(shí)折算倍數(shù)高達(dá)7.5，極易引起上傳的環(huán)保參數(shù)超標(biāo)。

開工過程中，由工藝工程師專門負(fù)責(zé)鍋爐升溫進(jìn)度，通過合理控制燃料油量，合理配風(fēng)，在升溫初期控制氧含量>19%，緩慢升溫烘爐。隨后通過控制油槍投入和配風(fēng)，氧含量下降速度適當(dāng)加快，避開高折算系數(shù)區(qū)域。點(diǎn)爐期間主要參數(shù)溫升率趨勢圖見圖5。

圖5 點(diǎn)爐期間主要參數(shù)溫升率趨勢圖

整個(gè)開工過程將出口環(huán)保參數(shù)控制和鍋爐升溫進(jìn)度緊密結(jié)合，合理控制開工進(jìn)度，確保環(huán)保參數(shù)受控。

2.4 統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，精心調(diào)控

環(huán)保要求日益嚴(yán)格，洛陽石化高度重視CFB鍋爐開工，開工前組織專業(yè)技術(shù)人員討論開工期間環(huán)保參數(shù)控制難點(diǎn)及解決措施，協(xié)調(diào)亞氯酸鈉、氧化鈣、氫氧化鈣進(jìn)廠，提前試運(yùn)爐后脫硫塔設(shè)備。待各方條件具備，爐后脫硫建床正常后，鍋爐點(diǎn)爐。

開工過程中鍋爐崗位和脫硫崗位緊密配合、加強(qiáng)溝通，現(xiàn)場人員協(xié)調(diào)得力，崗位人員精心控制，將環(huán)保參數(shù)控制和鍋爐開工充分結(jié)合，實(shí)現(xiàn)開工過程環(huán)保參數(shù)受控。

3 結(jié)論

①點(diǎn)爐使用低硫輕柴油、活性炭、無煙煤，分階段梯級使用，且點(diǎn)爐初期燃料中硫含量低，是開工過程環(huán)保參數(shù)受控的前提。②爐后半干法脫硫提前注入粉煤灰、氫氧化鈣，提前建床，提前運(yùn)行爐后脫硫脫硝裝置，少量噴入亞氯酸鈉脫硝溶液，起到輕微的增濕作用，有助于提高脫硫脫硝效果，是開工過程環(huán)保參數(shù)受控的關(guān)鍵。③點(diǎn)爐初期控制煙氣氧量在19%以上，根據(jù)溫升率控制要求，避開氧含量高折算系數(shù)區(qū)域，將出口環(huán)保參數(shù)控制和鍋爐升溫進(jìn)度緊密結(jié)合，是開工過程環(huán)保參數(shù)受控的支撐。④高度重視，開工過程中協(xié)調(diào)得力，崗位人員精心控制，是開工過程環(huán)保參數(shù)受控的保障。