150MW循环流化床锅炉脱硫脱硝技术改造及燃烧优化.docx

150MW循环流化床锅炉脱硫脱硝技术改 造及燃烧优化循环流化床锅炉作为高效清洁燃烧设备，煤种适应性广, 能够稳定燃烧原煤洗选后产生的煤泥、洗混煤、煤阡石等劣 质煤，被广泛地作为坑口电厂的首选炉型。阳城电厂采用*锅炉厂DG480/13. 7-II2型循环流化 床锅炉，该锅炉超高压中间一次再热、单汽包自然循环、单 炉膛单布风板平衡通风、固态排渣、露天布置。锅炉主要由 炉膛、高温汽冷旋风别离器、自平衡“J”阀双路回料器和 尾部对流烟道组成。炉膛内布置有8片屏式过热器、4片屏 式再热器、1片水冷分隔墙。锅炉前墙均匀布置6个给煤口、4个石灰石给料口，石 灰石粉输送管道长约200m,经压缩空气输送至炉前墙。热一 次风经两侧进入水冷风室，通过布风板上的钟罩式风帽均匀 进入炉膛，主要起到流化床料的作用；热二次风经12个上二 次风口、11个下二次风口分层进入炉膛，起到扰动燃烧、提 供足够氧量的作用。燃料由距布风板约12nl的炉膛两侧喷入。两台锅炉共设 置3台氨水输送泵和3台稀释水输送泵，均为二用一备。脱 硝喷枪设置在炉膛出口两侧的水平烟道上，单侧水平烟道烟 气外旋方向布置7支喷枪，内旋方向布置3支。阳城电厂入 炉燃料中煤泥约占30%,洗混煤约占60%o表1为入炉燃料 特性。随着运行时间的增加，阳城电厂循环流化床锅炉采用SNCR技术的脱硝系统，存在脱硝剂耗量增大，氨逃逸指数升 高，NOx指标无法满足环保要求的现象。另外随着环保指标 的提高，脱硫系统也迫切需要技术升级。假设采用湿法脱硫， 投资大、本钱高，改造困难。根据循环流化床锅炉脱硫特性， 采取干法炉内脱硫技术到达超低排放要求意义重大。1脱硫脱硝改造1. 1脱硫改造增加炉膛中隔墙水冷屏，降低炉膛床温循环流化床锅炉炉内脱硫反响最正确温度区间为850 900o通过热力计算，确定通过中隔墙水冷屏，增加炉内 受热面换热，降低炉膛床温。增加36根与中隔墙水冷屏同 材质的20G,规格为76X8的管排，换热面积约为120m3o 经70%、80%、90%、100%负荷工况比对,床温分别降低18、 24. 5、28、35o改造后50%100%负荷工况时炉膛床温维持在855895 区间，始终处于脱硫最正确反响温度（如图1）。增加中隔墙 水冷屏后，中隔墙两侧屏式过热器壁温超温现象彻底解决， 减温水量由5t/h降至lt/h,进一步证明水冷屏增加后对床 温的影响。同时，对再热器出口蒸汽温度无明显影响，两侧 再热汽温均能到达额定值。1. 1.2上下二次风口分级燃烧改造原下二次风口位置距炉膛复原性区域过近，炉膛复原性 区域不稳定，二次风分级燃烧效果不显著，不利于抑制NOx 生成。为此开展二次风配置改造，即下二次风拉开与一次风距离，上二次风提高至密相区上方，作为高效燃烧二次风, 强化分级燃烧，增加炉膛密相区复原性气氛，抑制NOx生成 量，如图2。1. 1. 3增加石灰石颗粒添加系统增加一套石灰石颗粒添加装置。通过石灰石颗粒变频调 节输送皮带，将石灰石颗粒添加至输煤皮带，经过与煤混合 后进入原煤仓，然后由给煤机送入炉内燃烧，参与脱硫。石 灰石颗粒粒度控制在05mm,粒径35mm石灰石颗粒约占 80%o石灰石颗粒入炉后主要在锅炉密相区参与脱硫反响。石灰石颗粒添加量根据给煤皮带煤量及煤质含硫量、石 灰石含碳酸钙量，由控制系统自动计算而得，并将其作为指 令信号发送给石灰石皮带变频调节系统，通过调节皮带转速 来实现入炉石灰石颗粒量的精细化控制。运行人员手动输入 钙硫摩尔比、煤质含硫量、石灰石含碳酸钙量，也可实现对 石灰石颗粒量的调整。由于煤泥中无法添加石灰石颗粒，钙 硫比按3.5控制。Gsh=2. 5KscBSar/Cg式中Sar燃料中硫的含量，%B计算燃料量，kgCg石灰石中碳酸钙含量，%Ksc钙硫摩尔比Gsh参加的石灰石量，kg 石灰石颗粒进入炉内吸热发生化学反 应：CaC03=CaO+CO2。由于反响过程中分子尺寸变小，石灰石 颗粒变成一种多孔构造的钙颗粒，与煤中硫与氧的生成物二 氧化硫气体发生反响：CaO+SO2+l/2O2=CaS04。整个脱硫反响 中，石灰石颗粒不断吸热膨胀以及相互撞击破裂，是床温降 低的一方面。(2)床料颗粒度增大后，炉膛密相区物料浓度增加，在 一次风量不变的情况下，锅炉内循环增大，促进床温降低和 稳定裕度增大。石灰石颗粒在炉内煨烧破裂后，粒度相对较 大，易被旋风别离器捕捉，再次返入炉膛参与脱硫反响，增 加脱硫剂在炉内的反响时间。1. 1.4石灰石粉入炉口位置调整石灰石颗粒添加系统投入运行后，石灰石粉螺旋给料机 作为补充，减小S02排放值的波动。石灰石粉原设计4个炉 前给入口，给入位置距布风板约1.4瞑 改造为由改造后下二 次风管喷入，下二次风管距布风板2联 脱硫反响与02呈负 相关特性，在富氧的环境中有利于生成CaS04o试验说明， 在复原性气氛中CaS04极不稳定，易发生复原反响：CaS04+C0=Ca0+S02+C02CaS04+4C0=CaS+4c02改造后石灰石粉入炉位置提高，避开炉膛密相区复原性 气氛。下二次风口提高后，石灰石粉随二次风相对穿透深度 增加，石灰石粉始终处于富氧环境下，提高脱硫反响效率。二次风机扩容通过二次风机扩容，二次风机风量由156319m3/h(标态) 提高至187000m3/h（标态）。根据二次风口上移后，二次风口 入炉处床压降低，阻力变小，二次风机出口风压由16. 514kPa 降至12. 7kPa,运行中下二次风压高于床压12kPa,保证 了二次风的穿透力。锅炉变工况过程中，不开展一次风量调 整，由二次风调整燃烧氧量，保证锅炉密相区复原性气氛稳 定，减小NOx生成量的波动。1. 1. 6增加一套煤泥供应系统原煤泥供应系统采用一套煤泥泵向炉膛两侧17. 5nl处供 煤泥，经煤泥口喷入炉膛。实际运行中，由于煤泥独特的流 动特性，导致运行中只有一侧煤泥口能连续供入煤泥，煤泥 掺烧量较低。现增加一套煤泥泵，两侧供料分开独立运行， 提高煤泥入炉量。由于煤泥含水量为30%,煤泥量增加后， 尾部烟气湿度由6. 5%升至9.8%。尾部烟气湿度的增加，有利于尾部烟气脱硫反响效率的 提高。烟气中水分与未反响的氧化钙开展反响生成氢氧化钙, 由于氢氧化钙比氧化钙的摩尔数大，发生膨胀后使硫酸盐外 壳破裂，从而使其与烟气中的S02增加接触，发生进一步反 应。L2脱硝改造通过对炉内增加中隔墙受热面后炉内烟气流场改变的 模拟，烟气流场由炉膛出口烟道外侧向内侧移动。在炉膛出 口至旋风别离器内侧增设3支脱硝喷枪，脱硝剂由原脱硝系 统供给。由于炉膛出口水平烟道底部积灰较高，去除两侧炉 膛出口至旋风别离器外侧最下层喷枪。对原脱硝喷枪更换为 HBCYFT型喷枪，该喷枪在尾部雾化，防止喷嘴损坏造成雾 化不良、氨逃逸率高的问题。喷嘴部带有陶瓷耐磨防护套管, 防止烟气冲刷造成喷嘴损坏或堵塞异常。通过实际喷枪雾化试验，将原设计的压缩空气雾化压力 由0. 3MPa提高到0. 45MPa,雾化粒度及面积均获得较大提升。 根据反响效率，对脱硝系统稀释水流量设置最低0.3t/h,稀 释水和氨水调节阀门设置联锁。通过提前设置的配比曲线, 在氨水流量变化时，稀释水量自动调整，保证混合后作为脱 硝剂的氨水浓度控制在5%o经过改造后脱硝效率维持在 65%80%, NOx排放量稳定，无瞬时超标现象。2脱硫脱硝改造效果、存在问题及进一步优化方向脱硫脱硝改造效果通过增加炉膛中隔墙受热面，炉膛中部床温及平均床温 均降低约25。（2。在锅炉负荷50%100%区间内，床温在855 895T区间内波动，始终处于炉内脱硫的最正确温度区间。 经过负荷试验，锅炉在变工况过程中S02排放量稳定在 35mg/m3 以下。高效二次风改造及低一次风运行，锅炉尾部烟道氧量控 制在2.0%3.0%,锅炉负荷50%100%时,NOx的原始生成 量在80160mg/m3内波动。通过SNCR脱硝后，NOx排放量 可稳定在100nig/m3以内运行。通过提高氨氮比至1.5,在氨 逃逸控制W6mg/m3（标态）的情况下，可实现NOx排放量低于 50mg/m3,到达超低排放的要求。图3为锅炉脱硫、脱硝系 统改造后的实际运行情况。2.1 脱硫脱硝改造后存在问题由于采用纯炉内干法脱硫的技术路线，石灰石颗粒及石 灰石粉投入量始终处于较高的钙硫摩尔比水平，锅炉负荷 80%100%时，钙硫摩尔比到达约6. 5,造成石灰石耗量增加。 经过化验，飞灰及底渣中分别含氧化钙约12%、6%,造成石 灰石大量浪费。同时，过量的石灰石对NOx的原始生成量有 明显的催化作用。经试验验证，锅炉负荷80%100%及钙硫 摩尔比稳定在3. 5时，NOx的原始生成量低于100mg/m3o进一步优化方向根据锅炉脱硫反响机理，纯炉内脱硫导致钙硫摩尔比偏 高，使局部氧化钙未经反响即随飞灰带走。为提高脱硫反响 效率就要考虑提高氧化钙的利用效率。目前较好的方法：一 是增加尾部烟气水增湿装置；二是通过回料器返料立管增加 蒸汽增湿装置。后一种方法是目前正在开展分析讨论的技术 方向。3结论充分发挥循环流化床燃烧在脱硫脱硝方面的优势，降低 床温，改造高效二次风，从源头上控制NOx的生成量和提高 脱硫效率，是能够到达超低排放的要求。纯炉内干法脱硫投 资及维护本钱相对于湿法脱硫有无可比拟的优势，同时也是 对环保超低排放改造路线的一种积极探索。文献信息郭宗涛.150MW循环流化床锅炉脱硫脱硝技术改造及燃 烧优化.工业锅炉，20*, (03):40-43.