300MWCFB鍋爐提高SO2超低排放經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)研究

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:循環(huán)流化床(CFB)鍋爐技術(shù)燃燒技術(shù)是20世紀(jì)70年代末發(fā)展起來的清潔煤燃燒技術(shù)。與常規(guī)燃燒方式相比，CFB鍋爐具有一定的優(yōu)勢(shì)。CFB鍋爐采用較低的燃燒溫度(850～920℃)和空氣分級(jí)燃燒，NOx生成量較低(＜250mg/m3)，并具有一定的自脫硫能力(SO2的實(shí)際生成量低于按照全硫計(jì)算的SO2理論生成量);CFB鍋爐通過爐內(nèi)干法脫硫(向爐內(nèi)添加一定量的石灰石顆粒)可有效脫除90%甚至更多的SO2;CFB鍋爐具有極佳的燃料適應(yīng)性，幾乎可以設(shè)計(jì)燃用任何化石燃料;CFB鍋爐具有良好的調(diào)峰能力，可以在30%額定負(fù)荷下不投油穩(wěn)定燃燒。因此，近20年間CFB鍋爐技術(shù)在我國(guó)得到迅速發(fā)展，CFB鍋爐機(jī)組發(fā)電容量近1億kW，總循環(huán)流化床鍋爐臺(tái)數(shù)大于3000臺(tái)，工程應(yīng)用已發(fā)展到600MW超臨界等級(jí)。

我國(guó)是以煤炭為主要能源的國(guó)家，能源結(jié)構(gòu)決定了發(fā)電以火力發(fā)電為主的格局?；鹆Πl(fā)電在電力工業(yè)中的比例約為75%，發(fā)電用煤占煤炭生產(chǎn)總量的54%左右，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤污染物排放量日益加大［5］。2017年1月國(guó)家環(huán)保部發(fā)布了《火電廠污染防治技術(shù)政策》。

火電廠的污染防治應(yīng)遵循和提倡源頭控制與末端治理相結(jié)合的技術(shù)路線;污染防治技術(shù)的選擇應(yīng)因煤制宜、因爐制宜、因地制宜，并統(tǒng)籌兼顧技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、便于維護(hù)的原則。燃煤電廠大氣污染防治應(yīng)以實(shí)施達(dá)標(biāo)排放為基本要求，以全面實(shí)施超低排放為目標(biāo)。燃煤電廠超低排放即在基準(zhǔn)含氧量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50mg/m3。

循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)(CFB－FGD)始于20世紀(jì)60年代末，80年代中期應(yīng)用于電站鍋爐煙氣脫硫。和濕法脫硫工藝相比，具有工藝簡(jiǎn)單，初投資和運(yùn)行成本較低，工藝水耗較小，無廢水產(chǎn)生，能夠協(xié)同脫除重金屬和SO3，在鈣硫摩爾比(Ca/S=1.2～1.5)條件下，脫硫效率達(dá)到90%以上?？蓪?shí)現(xiàn)脫硫除塵一體化，同時(shí)滿足SO2和煙塵的排放要求，我國(guó)350MW等級(jí)超臨界CFB發(fā)電機(jī)組上具有應(yīng)用業(yè)績(jī)。

CFB鍋爐通過爐內(nèi)干法脫硫與CFB－FGD脫硫相結(jié)合的兩級(jí)聯(lián)合脫硫工藝路線可實(shí)現(xiàn)SO2的超低排放，且具有調(diào)節(jié)靈活性和SO2排放的穩(wěn)定性，國(guó)內(nèi)約有20余臺(tái)300MW級(jí)CFB發(fā)電機(jī)組采用該工藝路線實(shí)現(xiàn)了SO2的超低排放。

結(jié)合某300MWCFB鍋爐實(shí)爐試驗(yàn)，研究了CFB鍋爐爐內(nèi)干法脫硫與CFB－FGD脫硫相結(jié)合的兩級(jí)聯(lián)合脫硫技術(shù)，并對(duì)應(yīng)用中存在的問題進(jìn)行了分析，提出了優(yōu)化改進(jìn)措施。

1、鍋爐及脫硫系統(tǒng)簡(jiǎn)介

300MWCFB鍋爐機(jī)組2015年進(jìn)行了煙氣污染物超低排放改造，其中SO2超低排放改造技術(shù)路線采用爐內(nèi)干法+CFB－FGD兩級(jí)聯(lián)合脫硫工藝路線，保留了原爐內(nèi)干法脫硫系統(tǒng)，新建CFB－FGD脫硫除塵一體化工藝系統(tǒng)一套，同時(shí)實(shí)現(xiàn)SO2和煙塵的超低排放。

NOx的超低排放采用SNCR脫硝工藝路線。機(jī)組于2015年11月完成了超低排放技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)了SO2、NOx和煙塵的超低排放。但存在CFB－FGD脫硫Ca/S偏離設(shè)計(jì)值較大，尤其在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行工況時(shí)矛盾更為突出，導(dǎo)致機(jī)組脫硫成本上升，為了提高脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了兩級(jí)脫硫系統(tǒng)的優(yōu)化試驗(yàn)研究。

1．1鍋爐概況

該300MWCFB鍋爐機(jī)組配備1025t/h亞臨界CFB鍋爐。鍋爐主要由膜式水冷壁爐膛，3臺(tái)汽冷式旋風(fēng)分離器和由汽冷包墻包覆的尾部豎井(HRA)3部分組成。每個(gè)汽冷式旋風(fēng)分離器下部各布置一臺(tái)J閥回料器，回料器為一分為二結(jié)構(gòu)，鍋爐外循環(huán)灰通過六路回料斜腿返回爐膛。鍋爐設(shè)計(jì)床溫910℃，爐內(nèi)干法脫硫效率設(shè)計(jì)值84.7%，以保證脫硫后煙氣中SO2質(zhì)量排放質(zhì)量濃度不高于400mg/m3，石灰石的最大耗量9.58t/h。

1．２兩級(jí)脫硫系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該300MWCFB鍋爐爐內(nèi)干法脫硫系統(tǒng)配套石灰石粉粉倉(cāng)一座，石灰石輸送系統(tǒng)2套(含輸送管路)，采用壓縮空氣作為輸送氣源。石灰石粉入爐點(diǎn)設(shè)置在返料器回料斜腿，石灰石粉倉(cāng)容積可滿足鍋爐B－MCＲ工況72h的用量需求，單套石灰石輸送系統(tǒng)最大出力約12t/h，滿足鍋爐B－MCＲ工況石灰石粉用量要求并保有一定裕量，日常運(yùn)行中一用一備。

機(jī)組CFB－FGD系統(tǒng)，采用脫硫除塵一體化工藝，一爐一塔布置方式，原電袋復(fù)合式除塵器拆除袋區(qū)，保留除塵器第1、2電場(chǎng)作為CFB－FGD系統(tǒng)預(yù)除塵，空預(yù)器出口煙氣經(jīng)預(yù)除塵后從底部進(jìn)入吸收塔，與噴入的減溫水和消石灰進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)SO2的脫除。工藝系統(tǒng)主要包括煙道、吸收塔，脫硫布袋除塵器，吸收劑制備及供應(yīng)系統(tǒng)、物料再循環(huán)系統(tǒng)等。電廠采購(gòu)生石灰，經(jīng)消化裝置消化成熟石灰作為脫硫劑。兩級(jí)脫硫系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

運(yùn)行中，通過爐內(nèi)干法脫硫系統(tǒng)投入石灰石粉的量來控制CFB－FGD系統(tǒng)入口的SO2濃度，通過CFB－FGD系統(tǒng)脫硫塔投入消石灰的量控制煙囪入口的SO2排放值不高于35mg/m3。

2、結(jié)果討論

２.1內(nèi)干法脫硫技術(shù)

CFB鍋爐通過爐內(nèi)添加石灰石粉的方法可以實(shí)現(xiàn)燃燒中脫硫。由于爐內(nèi)干法脫硫技術(shù)與工藝流程簡(jiǎn)單，投資和運(yùn)行費(fèi)用較低，是當(dāng)前CFB鍋爐領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的一種脫硫工藝，大部分CFB鍋爐在設(shè)計(jì)階段均配備有該系統(tǒng)。

爐內(nèi)干法脫硫反應(yīng)可分為2個(gè)階段，第1個(gè)階段是石灰石粉進(jìn)入到爐膛，被高溫?zé)煔饧拔锪霞訜岱纸?，反?yīng)方程為:CaCO3＝CaO+CO2－183kJ/mol，該階段反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，大部分石灰石的起始分解溫度在620～650℃，在800～850℃分解速度達(dá)到峰值;第2個(gè)階段是石灰石煅燒后生成的CaO與煙氣中SO2發(fā)生的固硫反應(yīng)，反應(yīng)方程為：

CaO+SO2+1/2O2＝CaSO4+486kJ/mol，該階段的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在一定溫度范圍內(nèi)隨著溫度的升高，固硫反應(yīng)速率呈上升趨勢(shì)，在800～850℃達(dá)到最大值。另外，在800～850℃鍋爐NOx生成量較低。因此，多數(shù)CFB鍋爐設(shè)計(jì)運(yùn)行床溫在850℃左右，對(duì)于揮發(fā)分較低的難燃煤種，為提高燃燒效率，降低固體和氣體不完全燃燒熱損失，床溫會(huì)適當(dāng)提高至900～920℃。

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