文_孟洛偉 宜昌東陽光火力發(fā)電有限公司

隨著國家關于全面實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，具備條件的循環(huán)流化床鍋爐煙氣排放也要達到“超低排放”指標要求，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月開始進行超低排放改造，通過調(diào)研認為設計工況與實際運行工況存在較大偏差、部分設備選型、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行，經(jīng)實踐，體現(xiàn)出了系統(tǒng)設備的高可靠性以及良好的經(jīng)濟性，可為同類型機組超低排放改造與運行提供借鑒。

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號機組分別于2009年11月、2010年4月投入商業(yè)化運行。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準》，無法達到SO2特別排放限值要求，也無法滿足超低排放標準。

2018年10月開始進行超低排放改造，改造范圍包括新增半干法脫硫反應塔、旋轉噴吹布袋除塵器、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除塵器，改造引風機及DCS控制系統(tǒng)。改造完成后，鍋爐污染物排放標準達到超低排放標準。

2 設計優(yōu)化措施

2.1 關鍵參數(shù)選擇

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

表1 實際燃用煤種性質

表2 參數(shù)選取對照

通過燃用煤質及鍋爐系統(tǒng)主要參數(shù)的選擇，避免因參數(shù)選擇裕量過大，導致的實際煙氣流速低、輔機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機，沒有場地布置新的除塵器及脫硫反應塔。為縮短超低排放改造時間，原鍋爐系統(tǒng)失去備用時間，降低系統(tǒng)阻力，將新建脫硫反應塔布置在煙囪后，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除塵器，連接預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機入口煙道，僅將原引風機風機本體進行更換，保證停爐后25 d完成對接及相關改造任務。

2.3 引風機設計選型

鍋爐原引風機型號為RJ60－DW3050F，電動機功率3500 kW，轉速960r/min，配套變頻器輸入功率3750kW，輸出功率3500kW。如按常規(guī)選型，電動機功率需增至4000kW，風機、電動機、變頻器、電纜、高廠變都需更換。為此，對引風機選型進行了核實計算，改造后，風機型號改變?yōu)镽J48－DW3020F，保持電動機功率不變，避免引起其他系統(tǒng)改造，仍符合風機的選型要求，具體參數(shù)選擇及運行參數(shù)見表3。

表3 引風機改造前、后參數(shù)

2.4 返料灰斜槽系統(tǒng)設計優(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計，角度為8°，斜槽流化帆布通用為孔隙率相同金屬燒結絲板，避免長期磨損的損壞與檢修時的損壞。在脫硫反應塔進料方式上進行優(yōu)化，摒棄文丘里管上循環(huán)灰進料方式，采用文丘里管下方進料。為保證沿脫硫吸收塔截面均勻進灰，常規(guī)設計為兩點進料，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均設置一個分配器，一分為二，共4點進料。

2.5 預除塵器設計優(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、噴吹機構，將原除塵器中心煙道改為“人”字形結構，避免積灰，同時在“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，從而達到重力除塵的效果，各進氣室煙氣流量偏差從優(yōu)化前的25.5%降低至10.8%。預計除塵效率達到25%，投運后，經(jīng)環(huán)保監(jiān)測，重力沉降預除塵器效率實際達到32.6%。

3 運行優(yōu)化過程及結果

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、安全性的關鍵指標，而空塔阻力是脫硫吸收塔床壓控制的重要參考依據(jù)。在設計工況下（煙氣量1548288m3/h，煙氣溫度75℃），計算空塔阻力為743Pa。機組實際運行過程中，對空塔阻力進行測試，得出不同煙氣量下的空塔阻力，實際空塔阻力小于設計值。

根據(jù)經(jīng)驗，床壓宜控制在布風板空板阻力的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行觀測，塔底漏灰不明顯，但煙氣量低于90萬m3/h時，漏灰量增加明顯，達到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。因機組負荷長期高于200MW運行，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，導致局部過濕，使大量濕灰黏在脫硫吸收塔內(nèi)壁，黏結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，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個月的運行，機組停運檢查，脫硫吸收塔內(nèi)無任何黏結掛壁現(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構上分為6個獨立的除塵室，每個除塵室包含2個除塵單元，每個除塵單元配有相互獨立的旋轉清灰機構。每個除塵室下設1個船型灰斗，灰斗中存儲有一定的存灰量，一部分返回脫硫反應塔中，一部分通過倉泵輸送系統(tǒng)外排至灰?guī)?。灰斗外壁設有蒸汽盤管，底部和內(nèi)部設有流化裝置。每個船型灰斗上設有2個料位開關，一個高料位、一個低料位，設有一個連續(xù)料位壓力測點。

但實際運行中料位開關頻繁誤報，連續(xù)料位壓力檢測需定期吹掃，不能有效控制灰斗料位，導致脫硫吸收塔床壓波動，各灰斗料位頻繁波動。灰斗料位低時，流化風穿透料層，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、料位壓力的定期吹掃外，將灰斗流化風壓力作為監(jiān)視、控制的主要手段?？刂苹叶妨骰L壓力大于20kPa，低于32kPa，兩側流化風壓力偏差小于于5kPa。在單一灰斗料位實際過高、過低時，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計，按照爐內(nèi)Ca∶S達到2.5左右計算，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時段峰值，達到SO2超低排放要求。多時段測試了實施超低排放改造前后爐內(nèi)添加石灰石脫硫的實際脫硫效果，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個月運行中，爐內(nèi)添加石灰石Ca∶S達到2.5，僅通過調(diào)節(jié)脫硫吸收塔噴水量，SO2達到超低排放標準，在鍋爐運行期間，占比97%的時間段未添加消石灰，消石灰設備處于備用狀態(tài)。可見爐內(nèi)未完全反應的CaO是吸收塔內(nèi)的主要脫硫物質。

表4 脫硫劑控制效果對比

3.5 脫硝系統(tǒng)運行優(yōu)化

對脫硝SNCR系統(tǒng)混合液、壓縮空氣管路、閥門進行優(yōu)化，減小系統(tǒng)阻力，增大噴槍前混合液壓力，適當增大壓縮空氣量，SNCR脫硝效率提高約7%，達到了82%以上。通過優(yōu)化一、二次風配比、上下二次風配比，進一步降低了NOx初始排放，滿足了在燃用揮發(fā)分30%以下煤種時，NOx達到超低排放標準。同時，通過測試，SO2排放值低于50mg/Nm3以下時，SO2對COA脫硝效果影響不明顯，COA脫硝效率達到33%左右。

4 結語

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，通過核實鍋爐實際運行情況，有利于優(yōu)化設計。改造后，循環(huán)流化床鍋爐超低排放系統(tǒng)故障率降低，長周期運行安全性可靠。生產(chǎn)直接成本費用較超低排放改造前未出現(xiàn)明顯增長，改造投資預計3.5a得以回收，可充分體現(xiàn)其經(jīng)濟性。