3×150 t/h燃煤鍋爐超低排放改造方案設(shè)計(jì)

胡信韜

(湖北省電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖北 武漢 430060)

在《中共中央國務(wù)院關(guān)于全面加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)堅(jiān)決打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見》和《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計(jì)劃的通知》的印發(fā)大背景下,火力發(fā)電廠企業(yè)面臨著空前的壓力,已有發(fā)電污染物排放指標(biāo)需達(dá)到粉塵:10 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn),干煙氣,6%O2),二氧化硫:35 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn),干煙氣,6%O2),氮氧化物:50 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn),干煙氣,6%O2)[1]。污染物未達(dá)標(biāo)的火力發(fā)電廠,必須通過升級改造適應(yīng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

對于氮氧化物超標(biāo),通常推薦采用源頭治理的方案,即從鍋爐低氮燃燒入手,采用水冷風(fēng)室、爐膛出口至分離器進(jìn)口加速段、分離器錐段下部至爐膛水冷壁下部料腿、返料風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化、二次風(fēng)系統(tǒng)、爐膛受熱面改造等鍋爐改造措施[2-6],降低鍋爐本體氮氧化物排放,從而降低后續(xù)脫硝設(shè)備壓力;同時(shí)采用增加選擇性脫硝(SCR)催化劑層數(shù)或SNCR-SCR法,提高SCR反應(yīng)器的脫硝效率[7]。

對于二氧化硫超標(biāo),有電廠采用改造脫硫塔,增大脫硫塔高度,提高脫硫氣液比,增加噴淋層數(shù)、改造除霧器達(dá)到超低排放要求。同時(shí)拆除煙氣-煙氣再熱器(GGH),防止高泄漏率的煙氣-煙氣再熱器影響電廠二氧化硫達(dá)標(biāo)排放。有電廠采用串聯(lián)塔布置,將原有脫硫塔作為一級吸收塔,新建一座脫硫塔作為二級吸收塔,兩臺的綜合效率為脫硫效率[8],拆除GGH及附屬煙道后,需將煙道重新進(jìn)行連接。

對于粉塵超標(biāo),已有電廠采用脫硫塔后增設(shè)濕式電除塵器,提高對細(xì)顆粒脫除效率來達(dá)到高效除塵的目的[9-10]。同時(shí),可通過改造已有除塵器,提高其效率,如更換濾袋,更換電極板等措施,來實(shí)現(xiàn)粉塵超低排放。

1 3×150 t/h燃煤鍋爐系統(tǒng)

某熱電公司,于2011年建成投產(chǎn),全廠設(shè)置3臺150 t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐,兩運(yùn)一備,無錫華光鍋爐有限公司制造。

電廠設(shè)置有兩級脫硫系統(tǒng),即爐內(nèi)脫硫+爐外干法脫硫。因?yàn)閷?shí)際燒的煤比設(shè)計(jì)煤好得多,其低位熱值在19.9 MJ/kg上下,收到基硫不超過1%,僅靠爐內(nèi)脫硫已滿足當(dāng)前排放要求,故爐外干法脫硫?qū)嶋H上并未投用。當(dāng)前SO2排放平均值在30 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))以下,排放峰值超過80 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))。

2015年,電廠完成了鍋爐SNCR脫硝改造,改造后NOx平均排放值由350 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))降低到100 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))以下,排放峰值超過110 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))。

2015年,除塵器更換了濾袋,除塵效率得以提升,粉塵平均排放值由原來的100 mg/m3降低至25 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))以下。

現(xiàn)根據(jù)荊州開發(fā)區(qū)污染防治攻堅(jiān)指揮部要求進(jìn)行超低排放改造,主要是鍋爐低氮燃燒改造和除塵器改造。本次超低排放改造目標(biāo)為: SO2排放濃度不大于28 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))、粉塵排放濃度不大于8 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))、NOx排放濃度不大于45 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))。

考慮到鍋爐服役時(shí)間較長,14 m以下水冷壁磨損情況較嚴(yán)重,對鍋爐進(jìn)行低氮燃燒改造的同時(shí)也需對鍋爐水冷壁進(jìn)行大修改造,提升鍋爐的安全性、可靠性。同時(shí)進(jìn)行DCS升級改造,將SO2排放穩(wěn)定控制在超低排放水平,提升DCS系統(tǒng)的安全性、可靠性和易用性,提升自動化水平,實(shí)現(xiàn)減員增效。

表1 原實(shí)際燃煤煤質(zhì)分析資料

2 3×150 t/h燃煤鍋爐改造

可以看到鍋爐原始NOx排放為350 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)),SNCR效率計(jì)算值為68%左右,若需進(jìn)一步提高SNCR效率已很困難。為NOx達(dá)標(biāo)排放,需降低NOx原始排放,即進(jìn)行鍋爐本體改造。該項(xiàng)工作為超低排放的最重要的工作。

2.1 循環(huán)物料系統(tǒng)改造

(1)旋風(fēng)分離器按利舊處理。

(2)爐膛出口至分離器進(jìn)口加速段,采用澆注料加厚處理,縮小喉口尺寸,提高喉口流速。

(3)分離器錐段下部至爐膛水冷壁下部料腿入口之間的全部回料腿和回料閥,重新設(shè)計(jì)更換處理?；亓贤冗M(jìn)入爐膛部位水冷壁管需要更換,滿足新回料腿需要。料腿吊掛裝置利舊。

(4)返料風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造,確保返料風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。羅茨風(fēng)機(jī)更換,設(shè)三臺,兩開一備,一個(gè)羅茨風(fēng)機(jī)對應(yīng)一個(gè)回料閥,不采用母管制,返料風(fēng)道及控制系統(tǒng)新設(shè)計(jì)。羅茨風(fēng)機(jī)布置要充分考慮檢修通道,并盡可能集中布置。

2.2 二次風(fēng)系統(tǒng)改造

(1)一、二次風(fēng)比由原來的55∶45改變?yōu)?0∶50,減少一次風(fēng)量,增加二次風(fēng)量。

(2)二次風(fēng)管重新設(shè)計(jì),調(diào)整二次風(fēng)口標(biāo)高。

(3)二次風(fēng)環(huán)形風(fēng)箱利舊。

2.3 水冷布風(fēng)風(fēng)室改造

(1)水冷風(fēng)室優(yōu)化改造,重新設(shè)計(jì),兩側(cè)進(jìn)風(fēng)改為后側(cè)進(jìn)風(fēng),構(gòu)造均壓風(fēng)室,確保布風(fēng)板布風(fēng)均勻。點(diǎn)火裝置利舊。

(2)布風(fēng)板上部床面積通過澆注料進(jìn)行縮床處理,同時(shí)風(fēng)帽更換,改用新型超低排放風(fēng)帽。

(3)落渣管位置根據(jù)具體情況確定是否需要重新排布, 每爐增加1臺冷渣機(jī)。冷渣機(jī)布置要充分考慮檢修通道,并盡可能集中布置。

2.4 爐膛受熱面

(1)考慮到鍋爐經(jīng)過多年運(yùn)行,水冷壁磨損已比較嚴(yán)重,本次鍋爐低氮燃燒改造同時(shí)將14 m層以下水冷壁全部更換。本技術(shù)協(xié)議所指14 m高度系相對于水冷壁下集箱,下集箱標(biāo)高為2.9 m。

(2)對爐膛14 m層以上水冷壁視情檢修處理,如需要?jiǎng)t予以部分更換。(此項(xiàng)更換工作不在報(bào)價(jià)范圍內(nèi),后續(xù)實(shí)施過程中如有需要更換部件,單獨(dú)列出協(xié)商)。

(3)針對原設(shè)計(jì),受熱面不夠,運(yùn)行床溫偏高,必須增加部分受熱面積。新設(shè)計(jì)水冷屏和過熱屏安裝,加大受熱面。

(4)水冷屏和過熱屏進(jìn)出口集箱,前水冷壁和頂部水冷壁用于插屏的讓管、密封裝置及吊掛裝置均需增加。

(5)水冷屏下降管及引出管需要增加,具體根據(jù)現(xiàn)場情況確定。

(6)增加水冷屏排污閥門以及過熱屏疏水閥門及管線。

2.5 SNCR優(yōu)化及氨逃逸

當(dāng)前每臺爐已配置有1套氨逃逸檢測儀,氨逃逸檢測儀利舊。優(yōu)化SNCR,改造后,氨逃逸不超過8 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))。

2.6 其他部分

(1)尾部高溫過熱器不需改造。

(2)改造過程中破除的保溫及澆注料要恢復(fù),其余保溫及澆注料利舊。如果發(fā)現(xiàn)鍋爐其他地方保溫?fù)p壞并需要修復(fù)的,單獨(dú)列出協(xié)商。

(3)鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng)需要改造,將柴油機(jī)械霧化改為空氣霧化。

(4)本次改造方案是建立在原鍋爐各設(shè)備完好的情況下制定的,如在項(xiàng)目實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)有部件損壞需要更換,且該部件不在本技術(shù)協(xié)議所約束的改造范圍內(nèi),雙方應(yīng)就費(fèi)用和實(shí)施方案另行協(xié)商。

(5)發(fā)包人應(yīng)對給煤系統(tǒng)和落渣系統(tǒng)進(jìn)行檢查,保證燃煤粒度達(dá)到要求0～10 mm,排渣順暢。

(6)省煤器上部、旋風(fēng)筒出口的非金屬大膨脹節(jié)有漏風(fēng)現(xiàn)象,需要修補(bǔ)。

2.7 改造后的鍋爐參數(shù)

從表2可以看到,通過一系列鍋爐改造,將鍋爐出口原始NOx排放從350 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))降低至140 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)),經(jīng)過SNCR脫硝后,按照68%SNCR脫硝效率考慮,鍋爐出口NOx排放達(dá)到45 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))。該排放保證值及改造方案的實(shí)施由鍋爐廠家負(fù)責(zé)。

表2 改造后鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)

3 脫硫改造

當(dāng)前爐內(nèi)脫硫能力滿足超低排放要求,但SO2排放波動較大,主要原因是爐內(nèi)石灰石給料量常滯后于給煤量的變化。因此,改進(jìn)石灰石給料系統(tǒng),提高石灰石給料及時(shí)性,僅靠爐內(nèi)脫硫滿足超低排放是可行的。

石灰石給料波動大有兩個(gè)原因。一是,實(shí)際燃煤硫分比原來設(shè)計(jì)煤低很多,按原來設(shè)計(jì)煤選的給料閥出力相比現(xiàn)在實(shí)際需要就偏大了。二是,石灰石粉倉落料不暢,塌料情況時(shí)有發(fā)生,造成石灰石給料量突然增大或減少。

主要改造措施為:

(1)更換石灰石給料機(jī),檢修石灰石料倉。

(2)優(yōu)化DCS控制系統(tǒng),改進(jìn)石灰石給料控制邏輯,使石灰石給料能及時(shí)響應(yīng)給煤量和SO2排放值的變化。石灰石給料與鍋爐負(fù)荷、給煤量調(diào)整聯(lián)動。鍋爐負(fù)荷提升時(shí),先提高石灰石給料量,再提高給煤量;鍋爐負(fù)荷降低時(shí),先降低給煤量,再降低石灰石給料量。

更換干法脫硫損壞的設(shè)備,更換設(shè)備列于表3。未列入表3中的設(shè)備,在項(xiàng)目實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)需要更換的,更換費(fèi)用由發(fā)包人和承包人協(xié)商解決。

表3 半干法脫硫改造清單

4 除塵改造

除塵改造主要是改造除塵器,將現(xiàn)有濾袋更換為新型超低排放濾袋,濾袋外層為超細(xì)纖維,過濾精度高,可保證粉塵排放低于8 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))。

本項(xiàng)目每臺爐配一臺布袋除塵器,每臺布袋除塵器共有1 440個(gè)濾袋,全部更換,濾袋規(guī)格為Φ150 mm×7 560 mm,總過濾面積為5 130 m2,設(shè)計(jì)過濾風(fēng)速0.8 m/s。

濾袋技術(shù)要求如下:

(1)除塵濾袋的工作溫度≤160 ℃,瞬間溫度不大于180 ℃。

(2)除塵袋的主體材質(zhì)為PPS+PTFE,超細(xì)纖維,質(zhì)量約550 g/m2。

(3)布袋的使用壽命按正常環(huán)境條件從布袋安裝之日起,使用時(shí)間不小于3年,如在規(guī)定時(shí)間損壞,由廠家負(fù)責(zé)免費(fèi)更換,并不得影響生產(chǎn)或煙氣排放超標(biāo)。

(4)除塵布袋投用后,保證煙氣粉塵排放濃度≤8 mg/m3。

(5)根據(jù)環(huán)保要求,需取消除塵器旁路,鍋爐采用輕柴油點(diǎn)火,點(diǎn)火時(shí)有糊袋風(fēng)險(xiǎn)。承包人應(yīng)對此風(fēng)險(xiǎn)充分考慮,提供預(yù)防糊袋措施,并提供技術(shù)指導(dǎo)。

每臺除塵器袋籠更換數(shù)量按720條考慮,承包方保證投運(yùn)時(shí)所有袋籠都是完好的,袋籠采用有機(jī)硅防腐。

此外,考慮對布袋除塵器進(jìn)行漏風(fēng)檢測,對漏風(fēng)點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)。

布袋除塵器的改造由布袋除塵器廠家實(shí)施,主要的材料由布袋除塵器廠家供貨,從而保證粉塵排放濃度達(dá)標(biāo)。

5 電控改造

5.1 控制改造

改造升級后實(shí)現(xiàn)除塵、脫硫、脫硝控制全部進(jìn)入集中控制,方便集中控制管理,提升管理效率,減少管理人員。

(1)將布袋除塵系統(tǒng)的PLC取消,也納入DCS控制系統(tǒng)中。將脫硫、脫硝、除塵和鍋爐汽機(jī)整合到一個(gè)局域網(wǎng)中,取消脫硫控制室,主廠房集控室進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控。

(2)針對上述改造內(nèi)容,根據(jù)實(shí)際情況,把新增的設(shè)備納入各自對應(yīng)的控制系統(tǒng)中去,利用機(jī)柜內(nèi)備用的通道或卡槽位,并對其重新組態(tài)。并要求DCS廠家修改現(xiàn)有的石灰石控制策略,比如將給煤量作為前反饋信號,核對并調(diào)整鈣/硫比值等措施,減少調(diào)節(jié)延遲,從控制側(cè)增強(qiáng)脫硫排放的可靠性。

5.2 電氣改造

本次改造中涉及的電氣部分為:

(1)新增工藝設(shè)備的供電,電纜敷設(shè)及防火,防雷接地等。

(2)對施工期間被拆除或受損的用電設(shè)備、電纜、電纜橋架及防火設(shè)施的復(fù)裝或修復(fù)。

低壓動力電纜采用阻燃聚氯乙烯絕緣內(nèi)鎧裝銅芯電纜?？刂齐娎|采用阻燃聚氯乙烯絕緣屏蔽電纜;對模擬量及脈沖量回路選用對絞分屏蔽加總屏蔽電纜,數(shù)字量信號回路選用對絞總屏蔽電纜。

本次改造將利用現(xiàn)有的電纜溝及電纜橋架敷設(shè)電纜。由于電廠原有電纜防火措施已很完整,為防止火災(zāi)蔓延造成損失,所以僅對改造區(qū)域內(nèi)采取相關(guān)防火措施,具體采用的防火措施如下:采用有效的防火材料對電纜構(gòu)筑物分區(qū)封堵;進(jìn)入柜、盤的電纜孔洞用耐火材料封堵。

6 結(jié) 論

(1)針對氮氧化物超標(biāo)情況,采用水冷風(fēng)室、循環(huán)物料系統(tǒng)、二次風(fēng)系統(tǒng)等鍋爐改造措施實(shí)現(xiàn),降低鍋爐原始排放;

(2)針對二氧化硫超標(biāo)情況,改進(jìn)石灰石給料系統(tǒng),提高石灰石給料及時(shí)性,僅靠爐內(nèi)脫硫滿足超低排放是可行的實(shí)現(xiàn),同時(shí)更換半干法脫硫損壞的設(shè)備;

(3)針對粉塵超標(biāo)情況,將現(xiàn)有布袋除塵器濾袋更換為新型超低排放濾袋,濾袋外層為超細(xì)纖維,過濾精度高,可保證粉塵達(dá)標(biāo)排放。

經(jīng)過對鍋爐系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、電控系統(tǒng)的綜合性改造方案設(shè)計(jì),并投入一年半時(shí)間依次對三臺鍋爐及其附屬環(huán)保設(shè)施進(jìn)行改造,該項(xiàng)目效果顯著,各項(xiàng)污染物水平均達(dá)標(biāo)排放,供電、防雷、接地安全可靠,控制系統(tǒng)更加符合現(xiàn)代化電廠運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。最終該項(xiàng)目完整移交給業(yè)主單位。