李二欣， 張龍飛， 韋 飛， 王 特

(1. 國電環(huán)境保護研究院有限公司， 南京 210031;2. 廣西電網(wǎng)有限責任公司 電力科學研究院， 南寧 530023)

近年來，燃煤火電企業(yè)廣泛實施了環(huán)保改造[1]，我國循環(huán)流化床(CFB)鍋爐發(fā)電機組容量接近1億kW，CFB鍋爐總臺數(shù)大于3 000臺，其中100 MW以下的鍋爐占多數(shù)[2]。目前有關CFB機組環(huán)保的研究工作主要集中在300 MW及以上規(guī)模機組，關于低壓小容量CFB鍋爐環(huán)保研究較少[3]。部分低壓小容量CFB鍋爐在選擇改造技術路線時，缺少相關依據(jù)。因此，筆者選取某熱電廠3臺75 t/h CFB鍋爐為研究對象，對其環(huán)保改造方案展開分析研究，以尋求最優(yōu)改造方案。

1 鍋爐概述

CFB鍋爐因其特殊結構設計，具備優(yōu)越的環(huán)保特性。在鈣硫物質(zhì)的量比為2.0～2.5時：燃用高硫含量煤時脫硫效率可高達95%，可控制SO2排放質(zhì)量濃度低于300 mg/m3，燃用低硫含量煤時脫硫效率可達90%，可控制SO2排放質(zhì)量濃度低于200 mg/m3；燃用高揮發(fā)分含量煤時，NOx排放質(zhì)量濃度為200～300 mg/m3，燃用低揮發(fā)分含量煤時，NOx排放質(zhì)量濃度為100～150 mg/m3[4]。

CFB鍋爐可采用的較為成熟的環(huán)保技術分為：(1)脫硝技術，主要有低NOx燃燒技術、選擇性催化還原(SCR)脫硝技術和選擇性非催化還原(SNCR)脫硝技術；(2)脫硫技術，主要有爐內(nèi)噴鈣脫硫、爐內(nèi)脫硫+爐外半干法循環(huán)流化床脫硫(CFB-FGD)、濕法脫硫(WFGD)；(3)除塵技術，主要有電除塵器、袋式除塵器(含電袋復合除塵器)和濕式電除塵器(WESP)等[5]。

該電廠3臺CFB鍋爐中，1號、2號鍋爐為YG-75/3.82-M1型CFB鍋爐，3號鍋爐為TG-75/3.82-M23型CFB鍋爐。3臺鍋爐改造前，其環(huán)保設備配置見表1。1號、2號鍋爐于2008年進行爐內(nèi)噴鈣脫硫系統(tǒng)改造，設計脫硫效率為70%，實際脫硫效率小于50%，3號鍋爐未安裝脫硫裝置。

表1 鍋爐改造前環(huán)保設備配置

2016年1月16日，對1號鍋爐、3號鍋爐污染物排放情況進行測試，測試結果見表2(測試期間爐內(nèi)噴鈣脫硫系統(tǒng)未投入運行)。1號鍋爐與2號鍋爐的鍋爐爐型、環(huán)保設備完全一致，并且測試期間電廠2號機組停機，因此未對2號鍋爐進行測試。改造前摸底測試不是完整的除塵測試，并考慮到測試費用，對主要參數(shù)進行測試：在高負荷工況下，可以較好地了解除塵設備出力，大概預估在半負荷工況下，除塵器出口煙塵質(zhì)量濃度的排放程度，因此表2缺少在半負荷工況下的除塵器出口粉塵質(zhì)量濃度，但基本滿足摸底要求。

表2 煙氣污染物排放情況

2 改造方案

2.1 脫硝改造

受煙溫、煙氣中固體顆粒物成分、場地條件等因素制約，SCR脫硝技術在CFB鍋爐中應用較少[6]，該工程脫硝改造不采用SCR脫硝技術。CFB鍋爐自身的低溫燃燒特性和空氣分級供給燃燒方式對抑制NOx生成十分有利[7]，電廠鍋爐主要燃煤為褐煤，通過鍋爐實施高效低NOx燃燒技術改造能夠達到排放指標。

燃燒系統(tǒng)主要改造工作包括改造二次風系統(tǒng)、增設水冷屏和過熱器、局部優(yōu)化返料系統(tǒng)、完善布風板與風帽整體布置、優(yōu)化給煤口結構和采用煙氣再循環(huán)技術，改造后可大幅度降低NOx排放質(zhì)量濃度，爐膛出口NOx排放質(zhì)量濃度不高于150 mg/m3。后續(xù)可通過采用SNCR脫硝技術，確保最終NOx排放質(zhì)量濃度不高于50 mg/m3，但是該工程方案暫不實施SNCR脫硝技術改造，只進行爐內(nèi)低NOx燃燒技術改造。

2.2 脫硫改造

通過提高爐內(nèi)噴鈣干法脫硫系統(tǒng)鈣硫物質(zhì)的量比及控制燃煤硫含量，可使鍋爐出口SO2排放質(zhì)量濃度達標；但該方法使用石灰石量大，對煤種適應性低，跟蹤負荷變動效果差[8]。CFB鍋爐采用CFB-FGD技術在燃用劣質(zhì)煤時基本能實現(xiàn)SO2排放質(zhì)量濃度低于35 mg/m3的超低排放要求，并且使實際脫硫效率達到設計脫硫效率(90%)，但受爐內(nèi)、爐外雙重循環(huán)的影響，出口SO2質(zhì)量濃度對調(diào)控的響應慢，入口SO2質(zhì)量濃度短時大幅增加時，可能會存在瞬時超標現(xiàn)象[9]。

在濕法脫硫工藝中，石灰石-石膏濕法、濕式氧化鎂法、海水脫硫法、氨水洗滌法等工藝均能使脫硫效率達到98.25%以上。石灰石-石膏濕法是國內(nèi)主流脫硫工藝，約占燃煤電廠總裝機容量的90%以上，其特點是技術成熟、系統(tǒng)可靠、脫硫效率高、吸收劑來源廣泛、煤種及機組容量適應性強；濕式氧化鎂法的吸收劑來源受限制；海水脫硫法僅適用于沿海地區(qū)的電廠；氨水洗滌法脫硫系統(tǒng)復雜，且投資高。

脫硫工藝的選擇取決于煙氣量、燃燒設備的類型、燃料的種類和含硫量、設計脫硫效率、吸收劑的供應條件、電廠的地理條件、副產(chǎn)品的利用等。該鍋爐脫硫改造方案選擇石灰石-石膏濕法脫硫工藝作為改造路線，并參考DL/T 5196—2016 《火力發(fā)電廠煙氣脫硫設計技術規(guī)程》，按“三爐一塔”方式建設。

2.3 除塵改造

燃煤電廠煙氣環(huán)保改造應充分利用脫硫裝置、脫硝裝置及除塵裝置的協(xié)同能力，實現(xiàn)大氣污染物綜合脫除[10]。結合脫硫改造方案，并且考慮電廠運行穩(wěn)定，年利用小時數(shù)低，在實現(xiàn)超低排放基礎上盡量降低工程投資，適宜采用協(xié)同除塵改造方案，具體內(nèi)容為：

(1) 將1號、2號鍋爐原電除塵器改造為袋式除塵器。

(2) 3號鍋爐原除塵器殼體及支架較小，無法對原殼體利舊，將原除塵器拆除，新建袋式除塵器。

(3) 設計袋式除塵器出口粉塵排放質(zhì)量濃度小于30 mg/m3；脫硫系統(tǒng)采用高效除霧器，使除霧器出口霧滴質(zhì)量濃度小于20 mg/m3，減少霧滴攜帶的粉塵量；粉塵經(jīng)脫硫吸收塔洗滌后最終

排放質(zhì)量濃度小于10 mg/m3。

改造后1號、2號機組運行，3號機組處于停備狀態(tài)，并且1號、2號機組脫硝改造難度較大，3號機組的鍋爐爐膛截面積比較大，燃燒系統(tǒng)原有條件較好，NOx排放質(zhì)量濃度低于前2臺機組，最終脫硝測試確定為1號、2號機組。

3 性能測試

3.1 脫硝測試

改造后脫硝測試數(shù)據(jù)見表3(BMCR工況為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量工況，上標★表示在標準狀態(tài)、干基、6%氧氣體積分數(shù)條件下?lián)Q算后的物理量)，改造后NOx排放質(zhì)量濃度均達到設計要求(低于150 mg/m3)。

表3 脫硝測試數(shù)據(jù)

3.2 脫硫測試

改造后脫硫測試數(shù)據(jù)見表4，1號鍋爐平均負荷為55.5 t/h，2號鍋爐平均負荷為50.2 t/h，1號、2號鍋爐入爐煤收到基硫質(zhì)量分數(shù)為0.35%，脫硫塔入口SO2質(zhì)量濃度為1 050.88 mg/m3，脫硫塔出口SO2質(zhì)量濃度為17.95 mg/m3，脫硫塔脫硫效率為98.29%，脫硫改造達標。

表4 脫硫測試數(shù)據(jù)

3.3 除塵測試

改造后除塵測試數(shù)據(jù)見表5(上標☆表示在標準狀態(tài)、干基、實際氧氣體積分數(shù)條件下得到的物理量)，1號鍋爐平均負荷為61.3 t/h，除塵器出口粉塵平均質(zhì)量濃度為20.33 mg/m3，除塵器除塵效率為99.957%，達到設計要求。

表5 除塵測試數(shù)據(jù)

4 結語

針對該熱電廠CFB鍋爐環(huán)保改造，筆者提出脫硝改造采取低NOx燃燒技術、脫硫改造采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫法、除塵改造采用袋式除塵器的改造方案。改造后的各項環(huán)保指標均能達到要求。環(huán)保設施運行維護費用、最佳運行狀態(tài)等方面問題需要進一步跟蹤研究。