大型循環(huán)流化床鍋爐超低排放優(yōu)化實(shí)踐

文_孟洛偉 宜昌東陽光火力發(fā)電有限公司

隨著國家關(guān)于全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案的持續(xù)推進(jìn)，具備條件的循環(huán)流化床鍋爐煙氣排放也要達(dá)到“超低排放”指標(biāo)要求，即SO2濃度≤35mg/m3，NOx濃度≤50mg/m3，粉塵濃度≤10mg/m3。因此自2013年以來，我國300MW以上等級的循環(huán)流化床鍋爐陸續(xù)進(jìn)行了超低排放改造。其中，爐內(nèi)石灰石脫硫+煙氣循環(huán)流化床法脫硫+SNCR脫硝+COA輔助脫硝+超細(xì)布袋除塵器除塵工藝在循環(huán)流化床鍋爐超低排放中凸顯一定優(yōu)勢。宜昌東陽光火力發(fā)電有限公司2×330MW循環(huán)流化床鍋爐于2018年10月開始進(jìn)行超低排放改造，通過調(diào)研認(rèn)為設(shè)計(jì)工況與實(shí)際運(yùn)行工況存在較大偏差、部分設(shè)備選型、布置不合理是主要原因。1、2號鍋爐分別于2019年6月、9月改造完成并投入運(yùn)行，經(jīng)實(shí)踐，體現(xiàn)出了系統(tǒng)設(shè)備的高可靠性以及良好的經(jīng)濟(jì)性，可為同類型機(jī)組超低排放改造與運(yùn)行提供借鑒。

1 系統(tǒng)概述

宜昌東陽光火力發(fā)電有限公司2×330MW發(fā)電機(jī)組采用東方鍋爐自主研發(fā)的DG1100/17.4-Ⅱ1型循環(huán)流化床鍋爐。1、2號機(jī)組分別于2009年11月、2010年4月投入商業(yè)化運(yùn)行。每臺鍋爐配套1座260m3石灰石粉倉，2套倉螺體可調(diào)節(jié)送粉系統(tǒng)，每套出力6～30 t/h。配套SNCR系統(tǒng)1套，布袋除塵器1套。煙氣污染物排放控制指標(biāo)為：SO2濃度≤100mg/m3，NOx濃度≤100mg/m3，粉塵濃度≤15mg/m3，低于GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，無法達(dá)到SO2特別排放限值要求，也無法滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

2018年10月開始進(jìn)行超低排放改造，改造范圍包括新增半干法脫硫反應(yīng)塔、旋轉(zhuǎn)噴吹布袋除塵器、COA亞氯酸鈉脫硝系統(tǒng)及生、消石灰系統(tǒng)及附屬輔機(jī)與電氣系統(tǒng)等。將原有行噴吹布袋除塵器改造為重力沉降預(yù)除塵器，改造引風(fēng)機(jī)及DCS控制系統(tǒng)。改造完成后，鍋爐污染物排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

2 設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

2.1 關(guān)鍵參數(shù)選擇

在設(shè)計(jì)階段，因原鍋爐設(shè)計(jì)及校核煤種與實(shí)際燃用煤種偏差過大，故舍棄鍋爐設(shè)計(jì)階段煤種資料，選用鍋爐實(shí)際煤種作為新的設(shè)計(jì)煤種。實(shí)際煤種性質(zhì)見表1，參數(shù)選取對照見表2。

表1 實(shí)際燃用煤種性質(zhì)

表2 參數(shù)選取對照

通過燃用煤質(zhì)及鍋爐系統(tǒng)主要參數(shù)的選擇，避免因參數(shù)選擇裕量過大，導(dǎo)致的實(shí)際煙氣流速低、輔機(jī)選型偏大帶來的廠用電率高、垮灰等問題。

2.2 系統(tǒng)布置優(yōu)化

因場地限制，鍋爐至煙囪區(qū)域原布置布袋除塵器與引風(fēng)機(jī)，沒有場地布置新的除塵器及脫硫反應(yīng)塔。為縮短超低排放改造時(shí)間，原鍋爐系統(tǒng)失去備用時(shí)間，降低系統(tǒng)阻力，將新建脫硫反應(yīng)塔布置在煙囪后，新建布袋除塵器布置連接煙囪的煙道之上。停爐后，改造舊布袋除塵器為重力預(yù)除塵器，連接預(yù)除塵器出口至脫硫吸收塔入口煙道，新增除塵器出口煙道接入原引風(fēng)機(jī)入口煙道，僅將原引風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)本體進(jìn)行更換，保證停爐后25 d完成對接及相關(guān)改造任務(wù)。

2.3 引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)選型

鍋爐原引風(fēng)機(jī)型號為RJ60－DW3050F，電動(dòng)機(jī)功率3500 kW，轉(zhuǎn)速960r/min，配套變頻器輸入功率3750kW，輸出功率3500kW。如按常規(guī)選型，電動(dòng)機(jī)功率需增至4000kW，風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變頻器、電纜、高廠變都需更換。為此，對引風(fēng)機(jī)選型進(jìn)行了核實(shí)計(jì)算，改造后，風(fēng)機(jī)型號改變?yōu)镽J48－DW3020F，保持電動(dòng)機(jī)功率不變，避免引起其他系統(tǒng)改造，仍符合風(fēng)機(jī)的選型要求，具體參數(shù)選擇及運(yùn)行參數(shù)見表3。

表3 引風(fēng)機(jī)改造前、后參數(shù)

2.4 返料灰斜槽系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

返料灰斜槽的傾斜角度參照鍋爐飛灰的安息角布置設(shè)計(jì)，角度為8°，斜槽流化帆布通用為孔隙率相同金屬燒結(jié)絲板，避免長期磨損的損壞與檢修時(shí)的損壞。在脫硫反應(yīng)塔進(jìn)料方式上進(jìn)行優(yōu)化，摒棄文丘里管上循環(huán)灰進(jìn)料方式，采用文丘里管下方進(jìn)料。為保證沿脫硫吸收塔截面均勻進(jìn)灰，常規(guī)設(shè)計(jì)為兩點(diǎn)進(jìn)料，優(yōu)化為每根返料灰斜槽在脫硫吸收塔文丘里管段上方兩側(cè)均設(shè)置一個(gè)分配器，一分為二，共4點(diǎn)進(jìn)料。

2.5 預(yù)除塵器設(shè)計(jì)優(yōu)化

鍋爐原布袋除塵器出口粉塵濃度＜20mg/Nm3,如改造原布袋除塵器為超低布袋除塵器，工程量大且空間受限。直接保留原除塵器作為預(yù)除塵器，阻力大，且不利于脫硫吸收塔物料循環(huán)建立、脫硫效率。故將原布袋除塵器改造為重力沉降除塵器，改造方案為清除濾袋及除塵器凈煙氣室花板、噴吹機(jī)構(gòu)，將原除塵器中心煙道改為“人”字形結(jié)構(gòu)，避免積灰，同時(shí)在“人”字形板邊沿位置，將原中心煙道的壁面開一寬度為500mm的縫隙，以便將積灰卸到灰斗里；在除塵單元內(nèi)通過加裝不同角度的導(dǎo)流板，分散入口位置的氣流，使得除塵單元內(nèi)的流場趨于均勻。因除塵單元內(nèi)部煙氣流速極低，從而達(dá)到重力除塵的效果，各進(jìn)氣室煙氣流量偏差從優(yōu)化前的25.5%降低至10.8%。預(yù)計(jì)除塵效率達(dá)到25%，投運(yùn)后，經(jīng)環(huán)保監(jiān)測，重力沉降預(yù)除塵器效率實(shí)際達(dá)到32.6%。

3 運(yùn)行優(yōu)化過程及結(jié)果

3.1 脫硫吸收塔內(nèi)床壓控制

脫硫吸收塔床壓是衡量脫硫吸收塔循環(huán)倍率及SO2穩(wěn)定性、安全性的關(guān)鍵指標(biāo)，而空塔阻力是脫硫吸收塔床壓控制的重要參考依據(jù)。在設(shè)計(jì)工況下（煙氣量1548288m3/h，煙氣溫度75℃），計(jì)算空塔阻力為743Pa。機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過程中，對空塔阻力進(jìn)行測試，得出不同煙氣量下的空塔阻力，實(shí)際空塔阻力小于設(shè)計(jì)值。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，床壓宜控制在布風(fēng)板空板阻力的1～1.5倍。本文控制脫硫吸收塔床壓是空塔阻力的1～1.5倍，并對不同脫硫吸收塔床壓情況下文丘里管段漏灰量進(jìn)行觀測，塔底漏灰不明顯，但煙氣量低于90萬m3/h時(shí)，漏灰量增加明顯，達(dá)到4.8 t/d，明顯高于煙氣量100萬m3/h以上的0.7t/d，但仍在可接受范圍。因機(jī)組負(fù)荷長期高于200MW運(yùn)行，脫硫吸收塔凈煙氣再循環(huán)門未開啟。

3.2 脫硫吸收塔噴水及溫度控制

在保證脫硫吸收塔出口溫度高于煙氣露點(diǎn)溫度15℃以上的情況下，如遇到脫硫吸收塔床壓偏低的情況，噴入脫硫吸收塔的水無法被循環(huán)灰充分混合，導(dǎo)致局部過濕，使大量濕灰黏在脫硫吸收塔內(nèi)壁，黏結(jié)到一定厚度受重力影響而垮塌堵塞文丘里管段使鍋爐被迫停運(yùn)，甚至出現(xiàn)煙道因鍋爐正壓被憋爆的事故。連續(xù)跟蹤不同脫硫吸收塔溫度情況下塔底漏灰的水分情況，制定了不同負(fù)荷情況下，脫硫吸收塔溫度控制的上下限如圖1所示。經(jīng)過4個(gè)月的運(yùn)行，機(jī)組停運(yùn)檢查，脫硫吸收塔內(nèi)無任何黏結(jié)掛壁現(xiàn)象。

圖1 脫硫吸收塔溫度控制上下限

3.3 除塵器灰斗料位控制

脫硫布袋除塵器在結(jié)構(gòu)上分為6個(gè)獨(dú)立的除塵室，每個(gè)除塵室包含2個(gè)除塵單元，每個(gè)除塵單元配有相互獨(dú)立的旋轉(zhuǎn)清灰機(jī)構(gòu)。每個(gè)除塵室下設(shè)1個(gè)船型灰斗，灰斗中存儲有一定的存灰量，一部分返回脫硫反應(yīng)塔中，一部分通過倉泵輸送系統(tǒng)外排至灰?guī)?。灰斗外壁設(shè)有蒸汽盤管，底部和內(nèi)部設(shè)有流化裝置。每個(gè)船型灰斗上設(shè)有2個(gè)料位開關(guān)，一個(gè)高料位、一個(gè)低料位，設(shè)有一個(gè)連續(xù)料位壓力測點(diǎn)。

但實(shí)際運(yùn)行中料位開關(guān)頻繁誤報(bào)，連續(xù)料位壓力檢測需定期吹掃，不能有效控制灰斗料位，導(dǎo)致脫硫吸收塔床壓波動(dòng)，各灰斗料位頻繁波動(dòng)?；叶妨衔坏蜁r(shí)，流化風(fēng)穿透料層，使除塵器收集的灰不能落入灰斗，除塵器阻力增加，噴吹失效。因此除了加大對料位開關(guān)、料位壓力的定期吹掃外，將灰斗流化風(fēng)壓力作為監(jiān)視、控制的主要手段。控制灰斗流化風(fēng)壓力大于20kPa，低于32kPa，兩側(cè)流化風(fēng)壓力偏差小于于5kPa。在單一灰斗料位實(shí)際過高、過低時(shí)，通過倉泵外排灰量來控制灰斗料位。從而避免了灰斗料位控制異常引發(fā)的故障。

3.4 爐內(nèi)及爐后脫硫劑比例控制

根據(jù)煙氣循環(huán)流化床法脫硫的原理及設(shè)計(jì)，按照爐內(nèi)Ca∶S達(dá)到2.5左右計(jì)算，隨鍋爐煙氣逃逸的CaO量能夠使脫硫吸收塔Ca∶S≥50，通過噴水增濕能消除SO2時(shí)段峰值，達(dá)到SO2超低排放要求。多時(shí)段測試了實(shí)施超低排放改造前后爐內(nèi)添加石灰石脫硫的實(shí)際脫硫效果，以及脫硫吸收塔內(nèi)加入消石灰的脫硫效果，對比情況見表4。

在鍋爐超低排放改造后6個(gè)月運(yùn)行中，爐內(nèi)添加石灰石Ca∶S達(dá)到2.5，僅通過調(diào)節(jié)脫硫吸收塔噴水量，SO2達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，在鍋爐運(yùn)行期間，占比97%的時(shí)間段未添加消石灰，消石灰設(shè)備處于備用狀態(tài)?？梢姞t內(nèi)未完全反應(yīng)的CaO是吸收塔內(nèi)的主要脫硫物質(zhì)。

表4 脫硫劑控制效果對比

3.5 脫硝系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化

對脫硝SNCR系統(tǒng)混合液、壓縮空氣管路、閥門進(jìn)行優(yōu)化，減小系統(tǒng)阻力，增大噴槍前混合液壓力，適當(dāng)增大壓縮空氣量，SNCR脫硝效率提高約7%，達(dá)到了82%以上。通過優(yōu)化一、二次風(fēng)配比、上下二次風(fēng)配比，進(jìn)一步降低了NOx初始排放，滿足了在燃用揮發(fā)分30%以下煤種時(shí)，NOx達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，通過測試，SO2排放值低于50mg/Nm3以下時(shí)，SO2對COA脫硝效果影響不明顯，COA脫硝效率達(dá)到33%左右。

4 結(jié)語

煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝在大型循環(huán)流化床鍋爐超低排放改造過程中具有較大優(yōu)勢，通過核實(shí)鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況，有利于優(yōu)化設(shè)計(jì)。改造后，循環(huán)流化床鍋爐超低排放系統(tǒng)故障率降低，長周期運(yùn)行安全性可靠。生產(chǎn)直接成本費(fèi)用較超低排放改造前未出現(xiàn)明顯增長，改造投資預(yù)計(jì)3.5a得以回收，可充分體現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)性。