火力發(fā)電廠鍋爐設(shè)備管理及改造研究

福建晉江熱電有限公司 戴文斌

對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐而言，燃料適應(yīng)性突出，可有效調(diào)節(jié)負(fù)荷能力，在環(huán)保方面優(yōu)勢(shì)顯著，受到了行業(yè)的高度關(guān)注。相關(guān)文件指出，應(yīng)對(duì)燃煤發(fā)電機(jī)組進(jìn)行嚴(yán)格檢查，判斷大氣污染物排放情況并加強(qiáng)環(huán)保改造，積極落實(shí)脫硫、脫硝設(shè)施安裝，配備防塵設(shè)施，如果機(jī)組未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)責(zé)令整改，確保機(jī)組能夠在全時(shí)段內(nèi)滿足達(dá)標(biāo)排放要求。以國(guó)家相關(guān)政策作為參考，加強(qiáng)燃煤機(jī)組煙氣排放應(yīng)切實(shí)提升日程，經(jīng)有效治理確保企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

某火力發(fā)電廠于2004年建成，截至目前投產(chǎn)運(yùn)行良好。該電廠主要使用2×50MW機(jī)組，配DG260-9.81/540-1型循環(huán)流化床鍋爐，煤源具有較高的穩(wěn)定性。以入爐煤相關(guān)分析報(bào)告作為參考，基硫分均低于0.75%。在未改造前主要應(yīng)用爐內(nèi)噴鈣干法進(jìn)行脫硫處理，經(jīng)有效檢測(cè)，可在一定程度上降低SO2濃度質(zhì)量，應(yīng)用SNCR 完成脫硝工作，還原劑組成為氨水、劑量為25%。NOx濃度質(zhì)量在100mg/m3以下，以布袋除塵器落實(shí)除塵處理。

1 煙氣排放改造

應(yīng)用SNCR 進(jìn)行脫硝，處理完成NOx后，吸收劑接觸到煙氣可形成一定的反應(yīng)，進(jìn)而出現(xiàn)亞硫酸鈣，對(duì)含塵煙氣進(jìn)行凈化并排出，轉(zhuǎn)入到脫硫環(huán)節(jié)，經(jīng)除塵器完成相應(yīng)的氣固分離處理。本文主要以脫硫、脫硝及除塵器三個(gè)方向展開(kāi)相應(yīng)的改造工作，因?yàn)閭鹘y(tǒng)脫硫使用爐內(nèi)噴鈣干法，具有一定效果，可對(duì)該方法進(jìn)行保留、予以優(yōu)化處理，將半干法工藝進(jìn)一步應(yīng)用在鍋爐中。借助生石灰完成脫硫劑排放。經(jīng)有效處理，檢測(cè)鍋爐煙氣排放情況，如果為單爐煙氣排放，SO2質(zhì)量濃度相對(duì)較高，而在使用半干法后煙氣得到有效處理，檢測(cè)SO2排放情況，濃度質(zhì)量下降顯著，具體可控制在350mg/m3。

在脫硝系統(tǒng)方面，改造技術(shù)有低氮燃燒、SNCR（選擇性非催化還原法）系統(tǒng)提效改造以及爐后協(xié)同脫硝。經(jīng)有效改造治理后，對(duì)爐膛各部分煙氣情況進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)，NOX濃度質(zhì)量均得到了有效降低。具體分析，在低氮燃燒改造中，借助分級(jí)燃燒原理能控制爐床溫度，在溫度降低的情況下NOx生成也會(huì)隨之減少。針對(duì)SNCR 應(yīng)用，除數(shù)學(xué)模型構(gòu)建外還涉及到物理模型的構(gòu)建，借助仿真流場(chǎng)模擬相關(guān)技術(shù)，可確定噴槍位置及相應(yīng)參數(shù)，其中還原劑主要由氨水組成。在協(xié)同脫硝工藝方面，將其應(yīng)用在鍋爐運(yùn)行中在極端工況下較為常見(jiàn)，可對(duì)鍋爐運(yùn)行異常情況進(jìn)行有效補(bǔ)救，使煙氣排放得以控制并滿足達(dá)標(biāo)排放要求。利用脫硫吸收塔流化床反應(yīng)器吸附劑顆粒，以其作為載體，借助脫硝劑經(jīng)過(guò)相應(yīng)的氧化、催化作用使NO 有效轉(zhuǎn)變?yōu)镹O2，并與鈣基吸收劑形成中和反應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)脫硝。本文使用脫硝劑成分為25%亞氯酸鈉溶液[1]。

使用半干法，除塵器通過(guò)吸收脫硫劑能對(duì)脫硫劑原本均勻性進(jìn)行有效改進(jìn)，使整個(gè)霧化噴水過(guò)程保持良好的均勻性。脫硫后需使用專用布袋除塵器落實(shí)除塵處理，本文對(duì)其加以改造，通過(guò)增加了大腔沉降技術(shù)、超濾技術(shù)并增設(shè)布袋數(shù)量確保除塵系統(tǒng)工作效率。經(jīng)改造后，在煙塵入口處質(zhì)量濃度為54g/m3，具體排放指標(biāo)在10mg/m3以下。就目前而言，無(wú)論是脫硫工藝還是除塵工藝，在行業(yè)內(nèi)均已發(fā)展成熟，因此本文主要以脫硝作為研究重點(diǎn)。在整個(gè)設(shè)備改造中低氮燃燒改造屬于核心部分，在改造前應(yīng)嚴(yán)格檢測(cè)NOx排放情況，以確保煙氣排放控制作為前提，避免相關(guān)要素對(duì)鍋爐運(yùn)行造成影響。

改造二次風(fēng)供風(fēng)。針對(duì)原有鍋爐二次風(fēng)，主要存在于爐前、爐后，各三層、兩層，其中，對(duì)比與布風(fēng)板之間的距離，下層風(fēng)口為951.66mm、上層風(fēng)口為4662.73mm。借助上述設(shè)計(jì)形式，在整體分級(jí)燃料燃燒中并沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)，且具有較高的NOx生成概率。本文主要使用改造技術(shù)為分級(jí)燃燒技術(shù)，通過(guò)合理控制前后墻、側(cè)墻風(fēng)口，可有效實(shí)現(xiàn)NOx生成控制。

以分離器入口方面進(jìn)行改造，通過(guò)縮短1號(hào)、2號(hào)爐分離器入口煙道寬度，能有效保障分離效率，并進(jìn)一步提升整個(gè)鍋爐整體效率。以分離器中心筒方面進(jìn)行改造，應(yīng)借助有效手段對(duì)中心筒厚壁進(jìn)行調(diào)整并做好材料控制工作。選擇適當(dāng)材料完成中心筒鑄造并設(shè)置壁厚為16mm，縮減中心筒上口徑以及下口徑，使中心筒能夠順利膨脹，以免受到高溫影響，出現(xiàn)變形情況。

以布風(fēng)板風(fēng)帽方面進(jìn)行改造，結(jié)合鍋爐運(yùn)行實(shí)際需求，應(yīng)合理選擇風(fēng)帽，保障風(fēng)帽阻力，提高其使用壽命。通過(guò)落實(shí)風(fēng)帽選擇確定開(kāi)孔數(shù)量，能夠進(jìn)一步保障流速、動(dòng)量，使布風(fēng)均勻并提升流化質(zhì)量。在改造后風(fēng)帽被控制在700個(gè)以下，開(kāi)孔率保持在4.0%，以菱形交錯(cuò)形式完成風(fēng)帽布局，有效提升了布風(fēng)板功能，促進(jìn)流化均勻性[2]。

2 改造效果以及改造后問(wèn)題處理

參照上文改造方案，該火電廠完成了對(duì)兩臺(tái)設(shè)備的改造，整個(gè)改造共花費(fèi)4個(gè)月，在改造完成后對(duì)鍋爐煙氣排放情況進(jìn)行檢測(cè)，兩臺(tái)鍋爐均已達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但是結(jié)合實(shí)際運(yùn)行而言鍋爐還存在一定的問(wèn)題，需進(jìn)一步對(duì)改造后的鍋爐進(jìn)行處理，以符合超低煙氣排放作為前提，確保鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定性以及安全性。

建立在有效改造基礎(chǔ)上，火電廠進(jìn)一步完成了煙氣排放檢測(cè)，驗(yàn)收工作由環(huán)保局負(fù)責(zé)。鍋爐1、鍋爐2改造后SO2濃度（mg·m3）分別為4～6/6～23、NO2濃度分別為15～36/20～38、顆粒物濃度分別為2.0～3.4/2.3～5.6。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，SO2、NOx以及顆粒物質(zhì)量濃度應(yīng)分別控制在35mg/m3以下、50mg/m3以下及10mg/m3以下，經(jīng)有效對(duì)比，在完成改造工作后所有鍋爐均符合煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 改造后鍋爐存在問(wèn)題

完成鍋爐改造后，在正式運(yùn)行過(guò)程中旋風(fēng)分離器異常情況時(shí)常發(fā)生，返料不僅間斷性進(jìn)行，整體返料也呈現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，且在返料風(fēng)室存在明顯振動(dòng)反應(yīng)。同時(shí)，由于塌床頻發(fā)難以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷調(diào)整，無(wú)論是鍋爐、低負(fù)荷運(yùn)動(dòng)均得不到有效調(diào)整，導(dǎo)致環(huán)保參數(shù)難以得到保障。在NOx控制方面，受到改造后影響氨水使用情況增多，在氨水過(guò)量的情況下將會(huì)由于物料過(guò)多導(dǎo)致壓死，并進(jìn)一步影響流化狀態(tài)的形成，造成機(jī)組解列，需經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間排渣工作才能使鍋爐繼續(xù)運(yùn)行。因?yàn)檠瓑幕伊砍霈F(xiàn)增加情況，在輸渣系統(tǒng)中將會(huì)達(dá)到一個(gè)較高的負(fù)荷，對(duì)設(shè)備損害嚴(yán)重，導(dǎo)致其可靠性下降。

2.2 鍋爐存在問(wèn)題原因分析

經(jīng)有效改造分離效率提升明顯，并在一定程度上增加了外循環(huán)量，改造效果十分顯著。但在整個(gè)改造環(huán)節(jié)并沒(méi)有涉及到返料系統(tǒng)改造，因?yàn)樵黾恿送庋h(huán)量，返料處理難以滿足改造后需求，造成返料不均勻、物料返回爐膛加劇，將會(huì)進(jìn)一步造成流化狀態(tài)被破壞，進(jìn)而增加塌床的可能性，甚至還會(huì)出現(xiàn)爐床壓死的現(xiàn)象。建立在有效測(cè)算手段基礎(chǔ)上，獲取爐內(nèi)物料量為230t，與改造前相比增加顯著。針對(duì)返料風(fēng)室而言，受到澆筑料脫落影響絕熱部分功能下降，將會(huì)導(dǎo)致流化、返料受到影響，返料風(fēng)室形成振動(dòng)情況。

此外，在分離器中，高溫循環(huán)物料在改造后得到顯著提升，因?yàn)樗浔谡舭l(fā)、受熱面吸熱增加，在溫度過(guò)高的情況下鍋爐尾部受熱面明顯減少，觀察主蒸汽溫度，將會(huì)發(fā)現(xiàn)其脫離最初設(shè)計(jì)要求。正常而言，通過(guò)使用SNCR 改造，將改造后與改造前相對(duì)比分級(jí)燃燒可有效降低整個(gè)爐膛的溫度，但受到低負(fù)荷影響，鍋爐還原反應(yīng)工作效率顯著下降，增加增加氨水使用量。

2.3 鍋爐處理對(duì)策

針對(duì)上文出現(xiàn)的鍋爐問(wèn)題對(duì)鍋爐進(jìn)行了二次改造，首先對(duì)鍋爐分離器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，調(diào)整了入口煙道寬度，通過(guò)控制分離效率使循環(huán)灰量得以降低。在U 型回料中對(duì)回料阻力進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，使其得到一定的降低，促進(jìn)鍋爐回料量得到增加。結(jié)合整個(gè)處理環(huán)節(jié)，在不更改外筒尺寸的情況下合理控制澆筑料厚度，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)“翻墻”高度控制，使阻力得到有效降低，提高返料處理。集中檢查分離器立管，在發(fā)現(xiàn)澆注料脫落后統(tǒng)一進(jìn)行修補(bǔ)，更換已被燒毀的鋼板以及風(fēng)帽。落實(shí)爐膛負(fù)壓調(diào)整，將其控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，針對(duì)床壓波動(dòng)，應(yīng)以負(fù)方向?qū)ω?fù)壓作加大處理，使?fàn)t膛細(xì)灰份額得到有效控制，盡可能避免鍋爐處于負(fù)壓運(yùn)行狀態(tài)，確保細(xì)灰量能夠順利排出。

2.4 改造后處理效果

經(jīng)再次處理后，鍋爐各項(xiàng)運(yùn)行異常情況均得到了有效控制，床壓波動(dòng)恢復(fù)正常，在降低分離效率后，在尾部煙道中飛灰份額增加，過(guò)熱系統(tǒng)換熱量也得到有效控制，主汽溫度處于正常狀態(tài)并達(dá)到額定值水平，在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，因減少了立管振動(dòng)情況返料風(fēng)室振動(dòng)情況消失。

綜上，在整個(gè)鍋爐設(shè)備改造中燃料來(lái)源始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，且由于基流分低于0.75%，使用爐內(nèi)噴鈣干法、爐外半干法落實(shí)脫硫工作，并使用高效布袋防塵器配合除塵系統(tǒng)做好相應(yīng)的處理工作，經(jīng)低氮燃燒、SNCR 系統(tǒng)提效以及爐外協(xié)同脫硝工藝，可有效實(shí)現(xiàn)煙氣排放控制，并進(jìn)一步落實(shí)低氮燃燒改造。在本文設(shè)備中，借助有效改造后鍋爐均達(dá)到超低煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，為企業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展提供了有效保障。