【技術匯】循環(huán)流化床鍋爐超低排放改造技術路線分析及應用

大氣網(wǎng)訊:0 引 言

近些年我國加強了節(jié)能減排方面的管理，循環(huán)流化床鍋爐屬于發(fā)電中最為重要的設備，面臨著非常嚴峻的減排壓力。但是因為循環(huán)流化床鍋爐自身較為特殊，所以實現(xiàn)超低排放技術路線也有所差異。本文主要分析循環(huán)流化床鍋爐超低排放改造技術路線，提出循環(huán)流化床鍋爐煙氣超低排放的使用條件。

1 循環(huán)流化床鍋爐超低排放改造技術路線分析

1.1 爐內改造

對于循環(huán)流化床鍋爐來說，其影響 NOx最主要的因素就是鍋爐的床溫以及氧化還原性能，隨著鍋爐床溫的下降以及氧化還原性的增加，鍋爐爐膛出口的 NOx值會逐漸下降。遵照此原理，可以利用優(yōu)化給煤粒度，增加物料的平均粒度、降低底部密相區(qū)的懸浮濃度來提升快速床流動有效床料比例，可以確保爐膛內部燃燒熱量的有效分配，防止底部出現(xiàn)超溫的情況。

1.2 增設 SNCR 裝置

如果鍋爐所用的煤種是煙煤，那么通過簡單的爐內改造就無法實現(xiàn) NOx的超低排放要求，此種情況下可以增設價格較低的 SNCR 煙氣脫硝設備。

1.3 增設半干法脫硫設施

對于循環(huán)流化床鍋爐來說，最主要的脫硫方式包括爐內鈣法脫硫、爐外半干法脫硫以及爐外濕法脫硫等類型。通過不同爐內鈣法脫硫的 300 MW 循環(huán)流化床鍋爐 SO2排放測試，得知其排放質量濃度比較低（僅為 200 mg/m3）。如果想要實現(xiàn)SO2的超低排放就要確保脫硫效率控制在 98%上，只通過爐內鈣法脫硫是無法實現(xiàn)的。從目前來看，循環(huán)流化床鍋爐超低排放更多采用的是爐內鈣法脫硫+爐外半干法脫硫、爐外濕法脫硫等方式。

1.4 增設超凈電袋復合除塵設施

從以往試驗數(shù)據(jù)能夠得知，采用超凈電袋復合除塵設施之后煙塵排放質量濃度<10 mg/m3，絕大多數(shù)除塵器的運行阻力都在 900 Pa 下。所以在符合超低排放屬性的基礎上，可以優(yōu)先采取超凈電袋復合除塵設施。

2 應用案例分析

2.1 工程基本概況

神華神東電力有限責任公司上灣熱電廠位于內蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗烏蘭木倫鎮(zhèn)，建有 2×150 MW 空冷抽凝式汽輪發(fā)電機組，配置 2×520 t/h 超高壓循環(huán)流化床鍋爐，項目于 2008 年 4 月 2 日開工建設，2009 年 12 月建成并進入設備和系統(tǒng)調試階段。為響應國家“節(jié)能減排”政策號召，順利完成“十三五”減排任務，上灣熱電廠擬于 2019 年完成機組的煤種適應性改造，使鍋爐的床溫不高于原設計值，NOx原始排放濃度≤150 mg/Nm3（干煙氣，6%O2），蒸汽溫度達到額定汽溫。

2.2 鍋爐優(yōu)化改進方案

根據(jù)上述情況，可通過優(yōu)化二次風位置強化分級燃燒效果，布風板風帽更換提高布風均勻性，SNCR 脫硝提效等以達到降低 NOx排放目的；屏過入口分配集箱設置節(jié)流圈，降低屏過壁溫偏差，具體優(yōu)化改造方案如下：提高二次風口，增強分級配風效果（高效二次風方案）：

（1）方案描述高效二次風系統(tǒng)是一種先進的爐內分級、降低 NOx、去除SO2、優(yōu)化爐內燃燒的技術，通過改變鍋爐爐膛燃燒場的方法，在鍋爐效率不受影響，甚至稍有提高的情況下，減少石灰石消耗或提高 CFB 鍋爐的脫硫效率、降低現(xiàn)有 NOx排放。結合入爐煤燃料的特性，通過數(shù)值模擬，鍋爐在常規(guī)二次布置的基礎上提高上二次風的標高、優(yōu)化了二次風噴口的位置、二次風的噴口入爐角度及數(shù)量。

通過采用高效二次風，提高上二次風口以下還原區(qū)域高度，分級燃燒效果得到強化，可以有效降低 NOx排放濃度。具體實施改造內容：原設計下二次風口距離布風板很近有利于燃燒，但分級燃燒效果不明顯。通過提高下二次風標高，起到強化分級燃燒的作用，降低氮氧化物生成量。

二次風改造分兩個方面：①提高下二次風；②提高上二次風。

（2）提高下二次風口原設計下二次風口距離布風板很近有利于燃燒，但分級燃燒效果不明顯。通過提高下二次風標高，起到強化分級燃燒的作用，降低氮氧化物生成量。原設計下二次距離布風板只有1 m，本次改造為將下二次風向上提高，如圖 1 所示。

（3）提高上二次風口，即高效二次風方案將原上二次風口提高到爐膛下部拐點以上，進一步增大還原區(qū)高度，同時利于增強上二次風的穿透性和擾動性。將上二次風布置在爐膛的稀相區(qū)，鍋爐密相區(qū)均為欠氧環(huán)境（風量控制在理論空氣量以下），還原性氣氛圍區(qū)域相對于常規(guī)二次風系統(tǒng)更廣。同時，高效二次風在鍋爐爐膛上部區(qū)間內產生強烈的擾動，能對鍋爐噴射區(qū)域及影響區(qū)域內的整個物料流化反應場進行重新分配，能夠改善 CFB 鍋爐爐膛中心缺氧問題，增大鍋爐的有效反應空間，同時因氣流的高速穿透也增加了煤顆粒及石灰石顆粒在爐內的滯留時間，改善了碳顆粒與石灰石顆粒在爐內的化學反應條件，使下部欠氧環(huán)境下不能充分反應燃燒的物料強化了反應和燃燒。

（4）布風板及風帽優(yōu)化布置采用最新風帽結構，且采用分區(qū)布置，使布風更為均勻，減少局部的高溫區(qū)。新風帽結構不僅有利于均勻床溫，且更利于電廠運行維護。原設計的布風板，風帽全爐膛設計一致，四周與中間風帽結構一致，導致中間部分風量偏大，四周風量偏小的情況，出現(xiàn)床溫偏差。為改善流化質量，有利于布風均勻，現(xiàn)采用爐膛及四周風帽分區(qū)布置，即爐膛中間區(qū)域采用阻力系數(shù)較大的風帽，四周區(qū)域采用阻力系數(shù)較小的風帽，達到全爐膛風量一致、布風均勻的目的。

（5）旋風分離器入口煙道優(yōu)化為提高旋風分離器分離效率，通過耐磨耐火材料優(yōu)化旋風分離器入口煙道寬度。固定耐火材料用金屬錨固件加長，用于固定支撐耐磨可塑料，耐磨可塑料需注意與原內襯材料相接處圓滑過渡。此處澆注料施工需要將該部位原澆注料去除，再按圖重新施工。旋風分離器入口煙道優(yōu)化后，分離器效率得到提升，首先會降低飛灰含碳量，再者由于分離器分離效率提高，灰循環(huán)量增加，提升爐內物料濃度。

（6）爐膛布風板優(yōu)化縮小布風板深度，提高布風板區(qū)域風速，降低上、下爐膛床溫偏差，提高上爐膛溫度；布風板深度適當縮小，布風板深度降低后，也可以降低一次風率，提高二次風率，降低 NOx。為減小改造工程量，采用敷設耐火材料方法實現(xiàn)。

3 改造結果

分析2# 爐改造前、后滿負荷工況的 NOx排放及床溫分布的情況，對比可發(fā)現(xiàn)，滿負荷工況改造后平均床溫由改造前 945~950 ℃（未折算） 的降低至 920 ℃左右，降低效果比較明顯，SNCR 投運，NOx控制在 165~185 mg/Nm3時，尿素用量明顯比改造前低，由 300—350 L/h 減少至 100—150 L/h。滿負荷工況鈣硫比也較改造前有較大優(yōu)化。

本次改造后，床溫均勻性有較大改善，改造前滿負荷工況多個測點床溫超 960 ℃，部分點高于 1000 ℃，改造后僅后墻個別點床溫超 960 ℃，剔除后墻下部受流化風和水冷壁影響溫度偏低的兩測點，床溫偏差低于50 ℃。105 MW 負荷改造后 NOx排放量明顯降低，改造后 105 MW負荷不投 SNCR，NOx原始排放低于 150 mg/Nm3，滿足性能考核要求。而改造前 105 MW 負荷 NOx控制在 145~150 mg/Nm3范圍，需投 85—138 L/h 的尿素量。

改造后同負荷二次風量明顯降低，風機電耗明顯減少，改造前運行風量偏大（與改造后滿負荷工況運行風量相當），說明改造后床溫可控性明顯優(yōu)于改造前，同負荷下無需大風量控床溫。75 MW 負荷改造后不投 SNCR，NOx排放可降至 130 mg/Nm3左右，滿足不投脫硝低于 150 mg/Nm3的性能考核指標。改造前 75 MW 負荷 NOx降至 130 mg/Nm3左右需投 60—80 L/h 的尿素。

綜合改造前、后 75 MW、105 MW 和 150 MW 三個負荷段運行情況，本次改造整體效果優(yōu)良，各負荷段 NOx排放明顯降低，75~112 MW 負荷經調整后 NOx原始排放可降至 150 mg/Nm3以下穩(wěn)定運行，滿負荷也較改造前降低超 60 mg/Nm3。床溫均勻性及可控性、鈣硫比、風機電耗、滿負荷工況穩(wěn)定性等均優(yōu)于改造前。

4 結束語

本文主要以神華神東電力有限責任公司上灣熱電廠超高壓循環(huán)流化床鍋爐為例，介紹了超低排放改造技術以及施工方面的內容，并且對其具體改造運行結果進行了分析，可知床溫均勻性及可控性、鈣硫比、風機電耗、滿負荷工況穩(wěn)定性等均優(yōu)于改造前，改造效果良好。通過本文的介紹能夠對循環(huán)流化床鍋爐超低排放改造提供一定參考和幫助，對于節(jié)能環(huán)保具有現(xiàn)實意義。