350MW循環(huán)流化床鍋爐超低排放改造方案

廣西華磊新材料有限公司發(fā)電廠 尹好鶯

近年來，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，大氣污染成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。作為重要的能源供應(yīng)方式之一，燃煤發(fā)電在我國能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要地位。然而，燃煤發(fā)電過程中產(chǎn)生的大量廢氣排放，特別是二氧化硫、氮氧化物和顆粒物等污染物的排放，對環(huán)境和人類健康造成了嚴(yán)重威脅。循環(huán)流化床鍋爐作為一種高效、靈活、環(huán)保的燃煤發(fā)電技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，目前我國循環(huán)流化床鍋爐在超低排放方面仍存在一定的挑戰(zhàn)和問題，需要進(jìn)行改造和優(yōu)化。

目前，我國環(huán)保部門要求發(fā)電廠污染物排放質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)是：SO2質(zhì)量濃度低于35mg/m3，NOx質(zhì)量濃度低于50mg/m3，粉塵質(zhì)量濃度低于5mg/m3[1-3]。而傳統(tǒng)發(fā)電裝置循環(huán)系統(tǒng)流化床（CFB）僅僅依靠介入石灰石進(jìn)行脫硫，依靠低溫分級燃燒控制粉塵，進(jìn)行低氮排放已然無法達(dá)到現(xiàn)今污染控制要求，因而進(jìn)一步開發(fā)新型超低排放技術(shù)勢在必行，盡可能實(shí)現(xiàn)近零排放，實(shí)現(xiàn)最佳的減排降污處理，促進(jìn)火力發(fā)電廠的健康持續(xù)發(fā)展。

因此，本文通過對350MW循環(huán)流化床鍋爐超低排放改造方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施，探索一種可行的技術(shù)路線，提高循環(huán)流化床鍋爐的排放性能，減少污染物的排放量，實(shí)現(xiàn)燃煤發(fā)電的環(huán)境友好型轉(zhuǎn)型。通過該研究，可以為循環(huán)流化床鍋爐超低排放改造提供技術(shù)支持和參考，推動我國燃煤發(fā)電行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，減少環(huán)境污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

1 設(shè)備現(xiàn)狀概述

鍋爐進(jìn)行低NOx燃燒器技術(shù)改造。改造后的NOx排放濃度≤400mg/Nm3（標(biāo)干、6%氧條件）。鍋爐安裝有選擇性催化還原（SCR）煙氣脫硝裝置，采用液氨為脫硝還原劑，在設(shè)計(jì)煤種及電廠現(xiàn)在所燒煤種、鍋爐最大工況（BMCR）、處理100%煙氣量條件下，入口NOx排放濃度為500mg/Nm3，脫硝效率不小于75%，催化劑型式采用板式。目前實(shí)際NOx排放濃度＜200mg/Nm3。

電除塵器為雙室五電場電除塵器。入口煙氣量2027600粉塵m3/h，陽極板有效高度14.685m，截面積330m2，比集塵面積97.2粉塵m2/（m3/s），煙氣流速0.94m/s，保證除塵效率≥99.6%，出口粉塵濃度≤100粉塵mg/Nm3。結(jié)合歷年來的性能測試，機(jī)組實(shí)際干式電除塵器粉塵排放濃度≤248mg/Nm3。

脫硫采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，一爐一塔設(shè)置，吸收塔直徑17/13m，高度38.6m，設(shè)置四層噴淋層，采用平板式除霧器，石灰石漿液制備采用濕式球磨機(jī)系統(tǒng)。脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)入口二氧化硫濃度6363mg/Nm3，出口SO2排放濃度不高于100mg/Nm3，實(shí)際SO2排放濃度在200mg/Nm3以下。

綜上所述，二氧化硫、氮氧化物、粉塵排放直接影響到該電廠的可持續(xù)發(fā)展，需要盡快進(jìn)行超低排放改造，提高煙氣處理能力。

2 改造需求與挑戰(zhàn)分析

2.1 改造需求

一是環(huán)保要求。隨著環(huán)境保護(hù)意識的提高和環(huán)境法規(guī)的不斷加強(qiáng)，對于大型燃煤鍋爐的排放標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)格。350MW循環(huán)流化床鍋爐需要進(jìn)行超低排放改造，以滿足國家和地方的環(huán)保要求。

二是能源效率提升。改造后的循環(huán)流化床鍋爐應(yīng)該具備更高的燃燒效率和熱能利用率，以降低燃煤成本和提高能源利用效率。

三是技術(shù)更新。隨著科技的不斷進(jìn)步，新的技術(shù)和設(shè)備可以提供更好的改造方案，使循環(huán)流化床鍋爐在超低排放方面達(dá)到更高的水平。

2.2 改造挑戰(zhàn)

一是技術(shù)難題。循環(huán)流化床鍋爐超低排放改造需要解決燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物、二氧化硫和顆粒物等污染物的排放問題。這需要研究和應(yīng)用先進(jìn)的燃燒技術(shù)和脫硫、脫硝、除塵等凈化技術(shù)。

二是設(shè)備更新。改造過程中需要對循環(huán)流化床鍋爐的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行更新和改進(jìn)，包括燃燒器、脫硫裝置、脫硝裝置和除塵裝置等。這需要考慮設(shè)備的可行性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

三是經(jīng)濟(jì)投入。改造循環(huán)流化床鍋爐需要大量的資金投入，包括設(shè)備采購、施工費(fèi)用和運(yùn)行成本等。如何在保證改造效果的前提下，降低改造成本，提高經(jīng)濟(jì)效益是一個(gè)重要的挑戰(zhàn)。

四是運(yùn)行管理。改造后的循環(huán)流化床鍋爐需要進(jìn)行有效的運(yùn)行管理，包括燃料選擇、燃燒控制、凈化設(shè)備的維護(hù)和管理等。這需要建立完善的運(yùn)行管理體系，確保改造效果的持續(xù)和穩(wěn)定。

3 改造工藝路線

基于鍋爐目前NOx、SO2和粉塵排放現(xiàn)狀，原有設(shè)施空間、場地，結(jié)合最新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，該電廠脫硝改造工程采用“增加備用層催化劑”方案，具體內(nèi)容為新增備用層催化劑，同時(shí)配置蒸汽和聲波吹灰器；除塵超低排放改造方案選擇：垂直收塵裝置復(fù)合改造技術(shù)+高頻電源+濕式電除塵器；脫硫超低排放改造方案推薦采用新增旋匯耦合裝置。

4 改造方案

4.1 脫硝改造工藝方案

該電廠初裝兩層催化劑，年運(yùn)行小時(shí)數(shù)為3800h。電科學(xué)技術(shù)研究院對該電廠進(jìn)行了摸底測試，脫硝反應(yīng)器入口NOx濃度為498mg/Nm3，出口NOx濃度為48mg/Nm3，但出口氨難以達(dá)到超低排放要求，必須進(jìn)行改造。原反應(yīng)器每層布置49個(gè)催化劑模塊，每個(gè)模塊尺寸為1882mm×954mm×1300mm，脫硝效率增加后，催化劑體積偏小，需增加催化劑體積，可采用兩種方案：

方案一：加裝備用層模塊高度為1300mm的催化劑（單臺爐體積178m3）。第二次更換催化劑需在原催化劑達(dá)到化學(xué)壽命后即進(jìn)行，以后每24000h更換催化劑。方案二：更換三層新的模塊高度為1224mm的催化劑（單臺爐體積495m3）。第二次加裝催化劑需在本次改造后24000h進(jìn)行。

表1 兩種方案對比結(jié)果

為充分利用現(xiàn)有催化劑催化能力，降低改造成本，本次改造推薦方案一增加催化劑備用層方案。

4.2 除塵超低排放改造工藝方案

方案一：垂直收塵裝置復(fù)合改造技術(shù)+高頻電源+新建濕式電除塵器。從實(shí)際運(yùn)行情況考慮：由于電廠煤質(zhì)變動幅度較大，電除塵器入口濃度較高，電除塵器出口粉塵排放濃度≤248mg/Nm3，干式電除塵器出口粉塵濃度要達(dá)到80mg/Nm3以內(nèi)，綜合考慮投資、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、技術(shù)可靠性、現(xiàn)場場地和設(shè)備現(xiàn)狀等多種因素，提出改造方案一（垂直收塵裝置復(fù)合改造技術(shù)+高頻電源+新建濕式電除塵器），即干式電除塵器改造即在原電除塵器二、三、四、五電場后增設(shè)垂直收塵裝置，并在一、二電場采用高頻電源。

方案二：垂直收塵裝置復(fù)合改造技術(shù)+高頻電源+脫硫系統(tǒng)除塵協(xié)同改造。從實(shí)際運(yùn)行情況考慮：由于電廠煤質(zhì)變動幅度較大，電除塵器入口濃度較高，電除塵器出口粉塵排放濃度≤248mg/Nm3，干式電除塵器出口粉塵濃度要達(dá)到40mg/Nm3以內(nèi)，綜合考慮投資、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、技術(shù)可靠性、現(xiàn)場場地和設(shè)備現(xiàn)狀等多種因素，提出改造方案二（垂直收塵裝置復(fù)合改造技術(shù)+高頻電源+脫硫系統(tǒng)除塵協(xié)同改造），即干式電除塵器改造即在原電除塵器全部電場后增設(shè)垂直收塵裝置，并在一、二電場采用高頻電源。

方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較均以機(jī)組滿負(fù)荷為例進(jìn)行對比。兩種方案對比結(jié)果見表2。

表2 兩種方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較

從表2中可以看出：方案一增設(shè)濕除，干式電除塵器進(jìn)行提效改造，一方面可以減輕電除塵出口粉塵排放壓力，另一方面可以確保穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)10mg/Nm3的排放指標(biāo)，對脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行不會產(chǎn)生影響，由于增設(shè)運(yùn)行設(shè)備，該方案投資費(fèi)用和運(yùn)行能耗相對較高。方案二通過脫硫協(xié)同技術(shù)路線是可以實(shí)現(xiàn)10mg/Nm3的排放指標(biāo)，對脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行也不會產(chǎn)生影響。該方案投資費(fèi)用和運(yùn)行能耗相對較低，由于二期機(jī)組干式電除塵容量偏小，煤質(zhì)變化較大，使得該方案干式除塵器出口粉塵排放要求較高，若要長期穩(wěn)定可靠達(dá)標(biāo)排放有一定的風(fēng)險(xiǎn)。

綜上所述，由于電廠煤質(zhì)變動幅度較大，電除塵器入口濃度較高，要求粉塵濃度長期穩(wěn)定可靠達(dá)標(biāo)排放，在充分考慮改造技術(shù)可靠性與先進(jìn)性；改造措施經(jīng)濟(jì)、合理、有效；改造后設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、安全；整機(jī)使用壽命周期長，設(shè)備檢修維護(hù)方便；能滿足國家環(huán)保新標(biāo)準(zhǔn)的條件，推薦本次一期機(jī)組采用方案一：垂直收塵裝置復(fù)合改造技術(shù)+高頻電源+濕式電除塵器，即干式電除塵器改造即在原電除塵器二、三、四、五電場后增設(shè)垂直收塵裝置，并在一、二電場采用高頻電源；脫硫后增設(shè)濕式電除塵器，作為本次超低排放除塵改造的實(shí)施方案。

4.3 脫硫改造工藝方案

根據(jù)本工程實(shí)際情況，根據(jù)現(xiàn)有條件，脫硫提效改造主要對現(xiàn)有吸收塔不進(jìn)行大的改造前提下，主要改造方案有：增加旋匯耦合器、單塔雙區(qū)改造、增加1層噴淋層、增加托盤，增強(qiáng)氣液膜傳質(zhì)效果，改造后吸收塔脫硫效率應(yīng)不低于99.2%。具體改造方案見表3。

表3 粉塵脫硫備選方案對比表

從表3表分析，“新增一層噴淋層”和“高效托盤”方案由于改造工程量較大，相對的造價(jià)也較高；“旋匯耦合”和“單塔雙區(qū)”方案投資較低，其中“單塔雙區(qū)”方案運(yùn)行業(yè)績相對較少，且分區(qū)調(diào)節(jié)pH值，對運(yùn)行的要求較高。負(fù)荷較低時(shí)，加大分區(qū)的難度，控制不好會加速吸收塔的結(jié)垢。四種脫硫改造方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合曲靖電廠機(jī)組長期半負(fù)荷運(yùn)行以及適當(dāng)控制工程投資，目前風(fēng)機(jī)壓頭余量充足的情況下，在技術(shù)可靠、安全穩(wěn)定基礎(chǔ)上，本次脫硫超低排放改造可選取方案一“旋匯耦合方案”。

綜上，該350MW循環(huán)流化床鍋爐經(jīng)改造方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比分析，脫硝改造工程采用“增加備用層催化劑”方案，具體內(nèi)容為新增備用層催化劑，同時(shí)配置蒸汽和聲波吹灰器；除塵超低排放改造方案選擇：垂直收塵裝置復(fù)合改造技術(shù)+高頻電源+濕式電除塵器；脫硫超低排放改造方案推薦采用新增旋匯耦合裝置。實(shí)施上述煙氣超低排放改造方案后，煙囪排放氮氧化物、粉塵、二氧化硫濃度小于50mg/Nm3、10mg/Nm3、35mg/Nm3，達(dá)到超低排放減排的效果。