300 MW循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)期間環(huán)保排放控制與燃燒優(yōu)化

呂 賽

（兗礦華聚能源趙樓電廠，山東 菏澤 274700）

0 引言

半干法脫硫技術(shù)因脫硫效率高、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、脫硫產(chǎn)物易處理等特點(diǎn)被廣泛用于大型機(jī)組中。但循環(huán)流化床鍋爐半干法技術(shù)因設(shè)計(jì)問(wèn)題，對(duì)脫硫、脫銷的反應(yīng)溫度要求較高［1］，在機(jī)組啟動(dòng)期間易出現(xiàn)環(huán)保排放超標(biāo)的問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全工況脫硫、脫硝。某電廠執(zhí)行《山東省大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，SO2排放標(biāo)準(zhǔn)為 35 mg／m3，NOx 排放標(biāo)準(zhǔn)為 50 mg／m3， 煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)為5 mg／m3，但在超低排放改造系統(tǒng)投運(yùn)后機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中環(huán)保排放長(zhǎng)時(shí)間超標(biāo)。本文以該電廠為例，分析了機(jī)組啟動(dòng)期間SO2和NOx排放超標(biāo)的原因，提出了相應(yīng)的調(diào)整措施，并針對(duì)不同階段進(jìn)行了燃燒優(yōu)化，解決了機(jī)組啟動(dòng)期間環(huán)保排放超標(biāo)的問(wèn)題。

1 概述

該循環(huán)流化床鍋爐超低排放系統(tǒng)于2016年投運(yùn)，采用循環(huán)流化床脫硫除塵脫硝一體化工藝?，F(xiàn)脫硫采用爐內(nèi)噴鈣+爐外半干法，脫硝采用爐內(nèi)SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction， 簡(jiǎn)稱 SNCR）+脫硫塔噴入 COA（Catalytic Oxidation Absorption，簡(jiǎn)稱COA）的工藝。正常運(yùn)行期間機(jī)組環(huán)保排放數(shù)據(jù)可達(dá)標(biāo)，但啟動(dòng)期間的煙氣溫度及排放物按氧量折算低等問(wèn)題引起環(huán)保排放數(shù)據(jù)超標(biāo)。

表1為2019年6月30日23∶00時(shí)至7月1日12∶00時(shí)機(jī)組啟動(dòng)期間的環(huán)保排放數(shù)據(jù)。其中加粗?jǐn)?shù)據(jù)顯示NOx排放共超標(biāo)13 h，日均排放值為141 mg／m3；SO2排放超標(biāo) 3 h。 機(jī)組啟動(dòng)期間 SO2和NOx排放趨勢(shì)如圖1所示。

2 原因分析

2.1 半干法技術(shù)要求的溫度不滿足

半干法技術(shù)對(duì)煙氣溫度、床溫等要求較高，不能實(shí)現(xiàn)全工況的超低排放。爐內(nèi)石灰石脫硫最佳反應(yīng)溫度為860～900℃，尿素脫硝最佳反應(yīng)溫度為850～1 000℃［2］，脫硫塔出口消石灰最佳反應(yīng)溫度為69～75℃［3］。由于鍋爐點(diǎn)火及帶負(fù)荷初期，床溫低、煙氣溫度低，脫硫和脫硝劑均不在最佳反應(yīng)溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)效率低。

表1 機(jī)組啟動(dòng)期間環(huán)保排放數(shù)據(jù)

圖1 機(jī)組啟動(dòng)期間SO2和NOx排放趨勢(shì)圖

2.2 超低排放加灰建床時(shí)間滯后

循環(huán)流化床鍋爐半干法脫硫工藝在啟動(dòng)前需向超低排放設(shè)備底部加灰，做脫硫塔床層使用，灰量大約為400 t。該電廠之前加灰使用容量為30 t的罐車(chē)輸送，需要較長(zhǎng)時(shí)間，延誤超低排放系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)間。原設(shè)計(jì)超低排放灰斗加灰管位于脫硫塔底部，在加灰時(shí)需啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)。循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，按照高流風(fēng)機(jī)→引風(fēng)機(jī)→二次風(fēng)機(jī)→一次風(fēng)機(jī)的順序啟動(dòng)，整個(gè)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間大約為40～60 min，隨即進(jìn)行油槍點(diǎn)火。但添加超低排放床料需要6～8 h，超低排放加灰建床時(shí)間遠(yuǎn)滯后于鍋爐點(diǎn)火時(shí)間，在點(diǎn)火期間及帶負(fù)荷初期，超低排放系統(tǒng)無(wú)法投運(yùn)。

2.3 排放物按氧量折算低

通過(guò)表1中排放數(shù)據(jù)可知，SO2及NOx經(jīng)氧量折算濃度雖超標(biāo)，但實(shí)際排放數(shù)據(jù)較低，NOx日均排放值超標(biāo)的主要原因是按氧量折算低。

3 調(diào)整措施

1）檢修期間對(duì)超低排放灰斗、斜槽徹底清理，確保無(wú)積灰殘留，保證系統(tǒng)快速建床，為環(huán)保材料投入做好準(zhǔn)備。

2）在灰斗位置增加靜態(tài)加灰管，在不啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)的情況下向灰斗內(nèi)加灰；啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)后再利用塔底加灰管加灰，縮短建床時(shí)間，保證在鍋爐點(diǎn)火前超低排放系統(tǒng)具備建床條件。

3）提前點(diǎn)燃啟動(dòng)鍋爐，投入超低排放灰斗蒸汽伴熱、灰斗流化風(fēng)及斜槽流化風(fēng)加熱，溫度控制在100～120℃，從而提高脫硫塔及灰斗溫度，創(chuàng)造脫硫塔循環(huán)灰反應(yīng)條件。

4）改善鍋爐添加床料的品質(zhì)，保證床料中的含碳量，提高燃燒的穩(wěn)定性。

5）借鑒濕法脫硫、脫硝的原理，增加煙氣濕度，增強(qiáng)灰的吸附性，提高脫硫、脫硝效率［4］。初期利用COA稀釋水（煙氣量?。?，后期利用工藝水（高壓水）增加煙氣濕度，增強(qiáng)灰的吸附性，提高脫硫、脫硝的效率。

4 啟動(dòng)期間燃燒優(yōu)化

4.1 點(diǎn)火投油初期階段

1）根據(jù)環(huán)保監(jiān)測(cè)規(guī)定，氧量高于19%時(shí)，默認(rèn)機(jī)組停運(yùn)，排放量按實(shí)際值計(jì)算，不進(jìn)行氧量折算。點(diǎn)火投油初期，利用二次風(fēng)門(mén)將氧量控制在19%以上，環(huán)保數(shù)據(jù)即為實(shí)際排放量。

2）增加引風(fēng)機(jī)出力，提高超低排放煙氣流量以滿足超低排放系統(tǒng)建床條件，盡快建床。

4.2 投油后期及投油投煤階段

1）油槍投運(yùn)后，增加燃油量，提高床溫，床溫超400℃即開(kāi)始脈動(dòng)投煤。因床溫和煙氣溫度較低，脫硫和脫硝劑反應(yīng)效率低，此時(shí)SO2排放較低，NOx排放較高，間斷投入消石灰，過(guò)多的石灰石會(huì)促進(jìn)NOx的生成［5］。投運(yùn)煙道側(cè)COA噴槍，開(kāi)啟稀釋水泵，在循環(huán)灰表面覆蓋一層水膜。隨后啟動(dòng)COA供料泵，投入COA溶液，根據(jù)NOx數(shù)值調(diào)整COA供料泵出力。

2）鍋爐連續(xù)投煤后，增加爐外消石灰及爐內(nèi)石灰石投入量，盡管石灰石反應(yīng)效率低，但仍能夠有效降低爐內(nèi)SO2含量。此時(shí)NOx的控制需調(diào)整鍋爐燃燒，降低爐內(nèi)含氧量，減少NOx排放數(shù)值。

3）隨床溫及煙氣溫度的上升，吸收塔的煙氣溫度同步上升，控制SO2難度增加。提高COA稀釋水泵出力，降低煙氣溫度，提高脫硫效率，同時(shí)增加爐內(nèi)石灰石的投入量。COA噴槍切至吸收塔，根據(jù)NOx數(shù)值調(diào)整COA供料泵出力，此階段NOx數(shù)值變化緩慢，盡量將NOx控制在較低水平，防止造成小時(shí)超標(biāo)。

4.3 暖機(jī)階段

暖機(jī)階段依然保持投油、投煤，維持燃燒穩(wěn)定，盡量避免燃燒大幅波動(dòng)。隨著爐內(nèi)床溫和爐膛出口煙溫的升高，啟動(dòng)爐內(nèi)脫硝系統(tǒng)，投入尿素噴槍，降低爐內(nèi)的NOx含量。根據(jù)出口NOx數(shù)值高低，間斷投運(yùn)COA供料泵。SO2排放不易控制，COA稀釋水泵無(wú)法滿足降溫要求，啟動(dòng)高壓水泵進(jìn)行降溫，提高脫硫效率，間斷性投入消石灰，保證SO2在正常范圍內(nèi)。

4.4 低負(fù)荷階段

機(jī)組并網(wǎng)開(kāi)始升負(fù)荷期間，隨著負(fù)荷的增加，爐內(nèi)燃料量增加，床溫升高，爐膛出口煙溫升高，爐內(nèi)脫硫和脫硝效率開(kāi)始升高，此時(shí)爐內(nèi)脫硫、脫硝為主，超低排放為輔。退油槍時(shí)調(diào)整爐內(nèi)燃燒，間斷性投入石灰石和消石灰，控制吸收塔入口SO2數(shù)值在較低水平。爐內(nèi)脫硝系統(tǒng)根據(jù)吸收塔入口NOx濃度合理增減尿素噴槍投運(yùn)組數(shù)來(lái)調(diào)整尿素母管流量，若無(wú)法將NOx排放量降至正常范圍內(nèi)，及時(shí)投入COA溶液。

5 優(yōu)化效果

采取上述調(diào)整措施并優(yōu)化燃燒后，2019年10月機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中SO2排放未超標(biāo)，NOx排放超標(biāo)僅4次，分別是 10月 15日 22∶00排放量 53.6 mg／m3，10 月16 日 2∶00 排放量 126 mg／m3，3∶00 排放量179 mg／m3，4∶00 排放量 146 mg／m3。 NOx 雖個(gè)別時(shí)段超標(biāo)，但總體控制較好，未造成日均值超標(biāo)的現(xiàn)象。SO2全程未超標(biāo)，煙氣排放數(shù)據(jù)遠(yuǎn)低于前期水平，且環(huán)保物資投入量未見(jiàn)明顯提高，在保證排放達(dá)標(biāo)的前提下兼顧了經(jīng)濟(jì)性。

6 結(jié)語(yǔ)

半干法脫硫技術(shù)被廣泛用于大型火力發(fā)電機(jī)組中，但其技術(shù)要求等原因使機(jī)組在啟動(dòng)期間大氣污染物排放不能達(dá)標(biāo)。本文針對(duì)某300 MW循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)期間出現(xiàn)的SO2和NOx排放超標(biāo)的問(wèn)題，分析了原因，采取調(diào)整措施并進(jìn)行燃燒優(yōu)化，基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)組啟動(dòng)期間的環(huán)保排放達(dá)標(biāo)，且環(huán)保物資消耗也在合理范圍內(nèi)。