大型循环流化床超低排放技术应用研究

　　80t/h循环流化床锅炉根据自身运行特点,采用了“炉内脱硫+SNCR+半干法”超低排放技术,脱硫效率及脱硝效率分别高于98.7%及82.4%,实现机组超低排放运行.通过燃烧调整及运行维护调试,机组投运的钙硫比及氨氮比分别达到设计值(4、1.6),锅炉实现稳定运行.经理论分析及试验佐证,若炉内喷钙脱硫系统运行,炉后半干法系统不需要投入消石灰,只需喷水增湿即可实现锅炉SO2的超低排放,每年可节约环保投运成本224万元/台.

　　前言

　　超低排放，是指火电厂燃煤锅炉在发电运行、末端治理等过程中，采用多种污染物协同脱除集成系统技术，使其大气污染物排放浓度基本符合燃气机组排放限值，即烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度(基准含氧量6%)分别不超过5 mg/m3、35mg/m3、50 mg/m3。根据下发的《实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》通知，我国所有在运行的燃煤机组在2020年底前完成超低排放技术改造。在此之前，燃煤机组实行环保部《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223—2011)，即烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度(基准含氧量6%)分别不超过30 mg/m3、200mg/m3、200 mg/m3。大型循环流化床锅炉由于自身燃烧特点，一般采用炉内喷钙脱硫+SNCR的技术路线。其中，炉内脱硫喷钙受制于锅炉燃烧工况，脱硫效率只能达到80%～90%，配套响应的半干法技术才可达到超低排放标准;而SNCR技术受喷枪雾化扩散等条件影响，脱硝效率约为70%～85%，若流化床锅炉未进行低氮燃烧改造，也很难直接达到超低排放标准。本文将以阜新金山煤矸石热电有限公司2号锅炉为例，详细介绍其采用的超低排放路线及应用效果。

　　1、超低排放系统

　　1.1锅炉简介

　　阜新金山煤矸石热电有限公司建有4台无锡华光锅炉股份有限公司UG一480/13.7一M型超高压自然循环流化床锅炉，单锅筒横置式，单炉膛，自然循环，全悬吊结构，全钢架Ⅱ型布置。炉膛采用膜式水冷壁，锅炉和烟道中间是绝热式旋风分离器。旋风分离器与燃烧室之间，旋风分离器的料腿与返料装置之间分别装有耐高温的膨胀节，以补偿其胀差。循环流化床锅炉焚烧温度在700℃～900℃，主要设计参数见表1。

　　锅炉超低排放环保设施配有1套石灰石炉内喷钙脱硫系统、1套SNCR尿素喷射脱硝系统、1套电除尘系统、1套炉后半干法脱硫系统。

　　1.2低氮燃烧配风系统

　　锅炉原二次风系统分上下两层，分管直径咖325 mm×5 mm，喷嘴为咖250 mm×5 mm。上层布置12个，前后墙各6个;下层布置12个，前后墙各6个。上层二次风喷口距离布风板表面约4 850 mm，水平夹角30;下层二次风喷口距离布风板表面约2 250 mm，水平夹角30。。考虑两层二次风布置较为接近，燃烧分层效果较差，因此距布风板表面约11 700 mm位置处增设一层12个二次风喷口，前后墙各6个。通过燃烧配风调整，控制锅炉额度负荷下NOx原始排放由285 mg/m3降至≤255 mg/m3。

　　1.3 SNCR尿素喷射脱硝系统

　　锅炉原SNCR脱硝系统采用了18支墙式双流体，液量为100～200 L/h，脱硝系统氨氮比设计值为1.8。喷枪在锅炉炉膛气力输送区及水平烟道人口均有布置。尿素循环泵则采用2台锅炉1用1备的运行模式，即2台锅炉公用1套尿素输送循环系统。原尿素喷射装置在炉膛侧因喷射距离短，脱硝效率低;在水平烟道侧由于雾化效果差，无法对烟气中的NOx进行深度脱除。另外，由于我国可再生能源发电大规模并网，燃煤机组需实现灵活性运行，而原公用输送系统无法满足锅炉单元制运行的需求。

　　基于以上因素，改造后的SNCR脱硝系统采用了1台炉尿素循环泵1用1备，即单台炉单元制输送系统。尿素喷枪更换为华能清洁能源研究院设计的大流量、高雾化、创新型喷枪，喷枪分2列间隔布置于分离器人口水平烟道两侧。

　　1.4炉内喷钙脱硫系统

　　原炉内脱硫系统石灰石粉库布置在远离炉膛位置，石灰石粉库至炉前日用仓的输送管线过长，距离约为300 m，输送阻力高且管道容易堵塞。同时，炉内石灰石投入点在锅炉前墙的上二次风口，投入点较高，并且石灰石风机压力低，喷人炉内的石灰石穿透力弱，不能很好地与烟气混合，造成脱硫效率降低。在大出力情况下，只能将入口SO。浓度降至2 200 mg/m3左右，实际石灰石耗量约为4.5 t，仅为原设计出力的一半，炉内喷钙效率仅为25%左右。改造后的炉内喷钙脱硫系统选择在锅炉厂房一侧新建石灰石储存仓并加装两级缓冲输送系统，石灰石粉分别通过锅炉下二次风管及返料管输送至炉膛前墙和后墙，见图1。

　　改造后的炉内喷钙输送系统出力可达到15 t/h，脱硫效率可达90%，脱硫系统钙硫比设计值为4。

　　1.5循环流化半干法脱硫系统

　　脱硫除尘岛烟道系统包含原有电除尘器出口与脱硫塔的连接烟道、脱硫布袋除尘器与脱硫引风机的连接烟道、脱硫引风机返回原有引风机出口的连接烟道及清洁烟气再循环烟道，见图2。

　　脱硫塔是1个七孔文丘里空塔结构，主要由进口段、下部方圆节、给料段、文丘里段、锥形段、直管段、上部方圆节、顶部方形段和出口段组成。吸收塔文丘里段安装有空气斜槽用以导人消化后的石灰石粉，锥形段安装有冷却水喷嘴。从吸收塔出来的含有较多未被反应消石灰的脱硫灰，被气流夹带从吸收塔顶部侧向出口排出，经脱硫布袋除尘器进行气固分离，从布袋除尘器4个灰斗排出的脱硫灰大部分通过物料循环调节阀调节后进入空气斜槽，排放至吸收塔文丘里段前变径段，循环流量调节阀主要是根据吸收塔的床层压降信号进行开度调节的。设计工况下，脱硫效率≥90%，炉内正常脱硫时，保证出口SOz浓度<50 mg。