循環(huán)流化床鍋爐超低排放改造技術(shù)及應(yīng)用

1、循環(huán)流化床鍋爐超低排放改造技術(shù)及應(yīng)用引言近些年我國(guó)加強(qiáng)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(shè)備，面臨著非常嚴(yán)峻的減排壓力。但是因?yàn)檠h(huán)流化床鍋爐自身較為特殊, 所以實(shí)現(xiàn)超低排放技術(shù)路線也有所差異。本文主要分析循環(huán)流化床鍋爐超低捷放 改造技術(shù)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(shù)路線分析1.1爐內(nèi)改造對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐來(lái)說(shuō)，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(huì)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

2、度來(lái)提升快速床流動(dòng)有效床料比例，可以確保爐膛內(nèi)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(shè)SNCR裝置如果鍋爐所用的煤種是煙煤，那么通過(guò)簡(jiǎn)單的爐內(nèi)改造就無(wú)法實(shí)現(xiàn)NOx的 超低排放要求，此種情況下可以增設(shè)價(jià)格較低的SNCR煙氣脫硝設(shè)備。1. 3增設(shè)半干法脫硫設(shè)施對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐來(lái)說(shuō)，最主要的脫硫方式包括爐內(nèi)鈣法脫硫、爐外半干 法脫硫以及爐外濕法脫硫等類型。通過(guò)不同爐內(nèi)鈣法脫硫的300 W循環(huán)流化床 鍋爐S02排放測(cè)試，得知其排放質(zhì)量濃度比較低（僅為200 mg/m3） o如果想 要實(shí)現(xiàn)S02的超低排放就要確保脫硫效率控制在98%,只通過(guò)爐內(nèi)鈣法脫硫是 無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。從LI前來(lái)看，

3、循環(huán)流化床鍋爐超低排放更多釆用的是爐內(nèi)鈣法脫硫 +爐外半干法脫硫、爐外濕法脫硫等方式。1.4增設(shè)超凈電袋復(fù)合除塵設(shè)施從以往試驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠得知，采用超凈電袋復(fù)合除塵設(shè)施之后煙塵排放質(zhì)量濃 度10 mg/m3,絕大多數(shù)除塵器的運(yùn)行阻力都在900 Pa下。所以在符合超低排 放屬性的基礎(chǔ)上，可以優(yōu)先采取超凈電袋復(fù)合除塵設(shè)施。2應(yīng)用案例分析2. 1工程基本概況神華神東電力有限責(zé)任公司上灣熱電廠位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗 烏蘭木倫鎮(zhèn)，建有2X150 MW空冷抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，配置2X520 t/h超 高壓循環(huán)流化床鍋爐，項(xiàng)目于2008年4月2日開(kāi)工建設(shè)，2009年12月建 成并進(jìn)入設(shè)備和系統(tǒng)調(diào)試階段。

4、為響應(yīng)國(guó)家“節(jié)能減排”政策號(hào)召，順利完成“十三五”減排任務(wù)，上灣熱電廠擬于2019年完成機(jī)組的煤種適應(yīng)性改造，使 鍋爐的床溫不高于原設(shè)訃值，NOx原始排放濃度150 mg/Nm3 （干煙氣，6%02）, 蒸汽溫度達(dá)到額定汽溫。2. 2鍋爐優(yōu)化改進(jìn)方案根據(jù)上述情況，可通過(guò)優(yōu)化二次風(fēng)位置強(qiáng)化分級(jí)燃燒效果，布風(fēng)板風(fēng)帽更換 提高布風(fēng)均勻性，SNCR脫硝提效等以達(dá)到降低NOx排放目的；屏過(guò)入口分配集 箱設(shè)置節(jié)流圈，降低屏過(guò)壁溫偏差，具體優(yōu)化改造方案如下：提高二次風(fēng)口，增 強(qiáng)分級(jí)配風(fēng)效果（高效二次風(fēng)方案）：（1）方案描述高效二次風(fēng)系統(tǒng)是一種先進(jìn)的爐內(nèi)分級(jí)、降低NOx、去除S02、 優(yōu)化爐內(nèi)燃燒的技術(shù)，通過(guò)

5、改變鍋爐爐膛燃燒場(chǎng)的方法，在鍋爐效率不受影響， 其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(jié)合入爐煤燃料的特性，通過(guò)數(shù)值模擬，鍋爐在常規(guī)二次布置的 基礎(chǔ)上提高上二次風(fēng)的標(biāo)高、優(yōu)化了二次風(fēng)噴口的位置、二次風(fēng)的噴口入爐角度 及數(shù)量。通過(guò)采用高效二次風(fēng)，提高上二次風(fēng)口以下還原區(qū)域高度，分級(jí)燃燒效果得 到強(qiáng)化，可以有效降低NOx排放濃度。具體實(shí)施改造內(nèi)容：原設(shè)計(jì)下二次風(fēng)口 距離布風(fēng)板很近有利于燃燒，但分級(jí)燃燒效果不明顯。通過(guò)提高下二次風(fēng)標(biāo)高， 起到強(qiáng)化分級(jí)燃燒的作用，降低氮氧化物生成量。二次風(fēng)改造分兩個(gè)方面：提高下二次風(fēng)；提高上二次風(fēng)。（2）提高下二次風(fēng)口原

6、設(shè)計(jì)下二次風(fēng)口距離布風(fēng)板很近有利于燃燒，但分 級(jí)燃燒效果不明顯。通過(guò)提高下二次風(fēng)標(biāo)高，起到強(qiáng)化分級(jí)燃燒的作用，降低氮 氧化物生成量。原設(shè)計(jì)下二次距離布風(fēng)板只有1 m,本次改造為將下二次風(fēng)向上 提高，如圖1所示。（3）提高上二次風(fēng)口，即高效二次風(fēng)方案將原上二次風(fēng)口提高到爐膛下部 拐點(diǎn)以上，進(jìn)一步增大還原區(qū)高度，同時(shí)利于增強(qiáng)上二次風(fēng)的穿透性和擾動(dòng)性。 將上二次風(fēng)布置在爐膛的稀相區(qū)，鍋爐密相區(qū)均為欠氧環(huán)境（風(fēng)量控制在理論空 氣量以下），還原性氣氛圍區(qū)域相對(duì)于常規(guī)二次風(fēng)系統(tǒng)更廣。同時(shí)，高效二次風(fēng) 在鍋爐爐膛上部區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動(dòng)，能對(duì)鍋爐噴射區(qū)域及影響區(qū)域內(nèi)的整個(gè) 物料流化反應(yīng)場(chǎng)進(jìn)行重新分配，能夠改

7、善CFB鍋爐爐膛中心缺氧問(wèn)題，增大鍋 爐的有效反應(yīng)空間，同時(shí)因氣流的高速穿透也增加了煤顆粒及石灰石顆粒在爐內(nèi) 的滯留時(shí)間，改善了碳顆粒與石灰石顆粒在爐內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)條件，使下部欠氧環(huán) 境下不能充分反應(yīng)燃燒的物料強(qiáng)化了反應(yīng)和燃燒。（4）布風(fēng)板及風(fēng)帽優(yōu)化布置采用最新風(fēng)帽結(jié)構(gòu)，且采用分區(qū)布置，使布風(fēng) 更為均勻，減少局部的高溫區(qū)。新風(fēng)帽結(jié)構(gòu)不僅有利于均勻床溫，且更利于電廠 運(yùn)行維護(hù)。原設(shè)計(jì)的布風(fēng)板，風(fēng)帽全爐膛設(shè)計(jì)一致，四周與中間風(fēng)帽結(jié)構(gòu)一致， 導(dǎo)致中間部分風(fēng)量偏大，四周風(fēng)量偏小的悄況，出現(xiàn)床溫偏差。為改善流化質(zhì)量, 有利于布風(fēng)均勻，現(xiàn)釆用爐膛及四周風(fēng)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(fēng)帽，四

8、周區(qū)域采用阻力系數(shù)較小的風(fēng)帽，達(dá)到全爐膛風(fēng)量一致、布風(fēng) 均勻的目的。（5）旋風(fēng)分離器入口煙道優(yōu)化為提高旋風(fēng)分離器分離效率，通過(guò)耐磨耐火 材料優(yōu)化旋風(fēng)分離器入口煙道寬度。固定耐火材料用金屬錨固件加長(zhǎng)，用于固定 支撐耐磨可塑料，耐磨可塑料需注意與原內(nèi)襯材料相接處圓滑過(guò)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(fēng)分離器入口煙道優(yōu)化后, 分離器效率得到提升，首先會(huì)降低飛灰含碳量，再者山于分離器分離效率提高， 灰循環(huán)量增加，提升爐內(nèi)物料濃度。（6）爐膛布風(fēng)板優(yōu)化縮小布風(fēng)板深度，提高布風(fēng)板區(qū)域風(fēng)速，降低上、下 爐膛床溫偏差，提高上爐膛溫度；布風(fēng)板深度適當(dāng)縮小，布風(fēng)板深度降低后，也 可

9、以降低一次風(fēng)率，提高二次風(fēng)率，降低NOxo為減小改造工程量，釆用敷設(shè)耐 火材料方法實(shí)現(xiàn)。3改造結(jié)果分析2#爐改造前、后滿負(fù)荷工況的NOx排放及床溫分布的悄況，對(duì)比可發(fā) 現(xiàn)，滿負(fù)荷工況改造后平均床溫由改造前945950 C（未折算）的降低至920 C 左右，降低效果比較明顯，SNCR投運(yùn)，NOx控制在165185 mg/Nm3時(shí)，尿素用 量明顯比改造前低，由300350 L/h減少至100150 L/h。滿負(fù)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(fù)荷工況多個(gè)測(cè)點(diǎn)床溫超960 C，部分點(diǎn)高于1000 C,改造后僅后墻個(gè)別點(diǎn)床溫超960 C,剔除后墻 下部受流

10、化風(fēng)和水冷壁影響溫度偏低的兩測(cè)點(diǎn)，床溫偏差低于50 C。105 W負(fù) 荷改造后NOx排放量明顯降低，改造后105 MW負(fù)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(fù)荷NOx控制在 145150 mg,/Nm3 范圍，需投 85138 L/h 的尿素量。改造后同負(fù)荷二次風(fēng)量明顯降低，風(fēng)機(jī)電耗明顯減少，改造前運(yùn)行風(fēng)量偏大 （與改造后滿負(fù)荷工況運(yùn)行風(fēng)量相當(dāng)），說(shuō)明改造后床溫可控性明顯優(yōu)于改造前, 同負(fù)荷下無(wú)需大風(fēng)量控床溫。75 MW負(fù)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150mg/Nm3的性能考核指標(biāo)。改造前75 MW負(fù) 荷NOx降至130 mg/Nm3左右需投6080 L/h的尿素。綜合改造前、后75 MW、105 MW和150 MW三個(gè)負(fù)荷段運(yùn)行情況，本次改 造整體效果優(yōu)良，各負(fù)荷段NOx排放明顯降低，75112 MW負(fù)荷經(jīng)調(diào)整后NOx 原始排放可降至150 mg/Nm3以下穩(wěn)定運(yùn)行，滿負(fù)荷也較改造前降低超60 mg/Nm3o床溫均勻性及可控性、鈣硫比、風(fēng)機(jī)電耗、滿負(fù)荷工況穩(wěn)定性等均優(yōu)于 改造前。4結(jié)束語(yǔ)