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150MW循環流化床鍋爐脫硫脫硝技術改造及燃燒優化

2017-11-27 11:12:48 循環流化床發電　點擊量：評論 (0)

循環流化床鍋爐作為高效清潔燃燒設備，煤種適應性廣，能夠穩定燃燒原煤洗選后產生的煤泥、洗混煤、煤矸石等劣質煤，被廣泛地作為坑口電廠的首選爐型。陽城電廠采用東方鍋爐廠DG480 13 7-Ⅱ2型循環流化床鍋爐，

Gsh=2.5KscBSar/Cg

式中Sar———燃料中硫的含量，%

B———計算燃料量，kg

Cg———石灰石中碳酸鈣含量，%

Ksc———鈣硫摩爾比

Gsh———加入的石灰石量，kg

(1)石灰石顆粒進入爐內吸熱發生化學反應:CaCO3=CaO+CO2。由于反應過程中分子尺寸變小，石灰石顆粒變成一種多孔結構的鈣顆粒，與煤中硫與氧的生成物二氧化硫氣體發生反應:CaO+SO2+1/2O2=CaSO4。整個脫硫反應中，石灰石顆粒不斷吸熱膨脹以及相互撞擊破裂，是床溫降低的一方面。

(2)床料顆粒度增大后，爐膛密相區物料濃度增加，在一次風量不變的情況下，鍋爐內循環增大，促進床溫降低和穩定裕度增大。石灰石顆粒在爐內煅燒破裂后，粒度相對較大，易被旋風分離器捕捉，再次返入爐膛參與脫硫反應，增加脫硫劑在爐內的反應時間。

1.1.4石灰石粉入爐口位置調整

石灰石顆粒添加系統投入運行后，石灰石粉螺旋給料機作為補充，減小SO2排放值的波動。石灰石粉原設計4個爐前給入口，給入位置距布風板約1.4m。改造為由改造后下二次風管噴入，下二次風管距布風板2m。脫硫反應與O2呈負相關特性，在富氧的環境中有利于生成CaSO4。試驗表明，在還原性氣氛中CaSO4極不穩定，易發生還原反應:

①CaSO4+CO=CaO+SO2+CO2

②CaSO4+4CO=CaS+4CO2

改造后石灰石粉入爐位置提高，避開爐膛密相區還原性氣氛。下二次風口提高后，石灰石粉隨二次風相對穿透深度增加，石灰石粉始終處于富氧環境下，提高脫硫反應效率。

1.1.5二次風機擴容

通過二次風機擴容，二次風機風量由156319m3/h(標態)提高至187000m3/h(標態)。根據二次風口上移后，二次風口入爐處床壓降低，阻力變小，二次風機出口風壓由16.514kPa降至12.7kPa，運行中下二次風壓高于床壓1～2kPa，保證了二次風的穿透力。鍋爐變工況過程中，不進行一次風量調整，由二次風調整燃燒氧量，保證鍋爐密相區還原性氣氛穩定，減小NOx生成量的波動。

1.1.6增加一套煤泥供給系統

原煤泥供給系統采用一套煤泥泵向爐膛兩側17.5m處供煤泥，經煤泥口噴入爐膛。實際運行中，由于煤泥獨特的流動特性，導致運行中只有一側煤泥口能連續供入煤泥，煤泥摻燒量較低。現增加一套煤泥泵，兩側供料分開獨立運行，提高煤泥入爐量。由于煤泥含水量為30%，煤泥量增加后，尾部煙氣濕度由6.5%升至9.8%。尾部煙氣濕度的增加，有利于尾部煙氣脫硫反應效率的提高。煙氣中水分與未反應的氧化鈣進行反應生成氫氧化鈣，由于氫氧化鈣比氧化鈣的摩爾數大，發生膨脹后使硫酸鹽外殼破裂，從而使其與煙氣中的SO2增加接觸，發生進一步反應。

1.2脫硝改造

通過對爐內增加中隔墻受熱面后爐內煙氣流場改變的模擬，煙氣流場由爐膛出口煙道外側向內側移動。在爐膛出口至旋風分離器內側增設3支脫硝噴槍，脫硝劑由原脫硝系統供應。由于爐膛出口水平煙道底部積灰較高，去除兩側爐膛出口至旋風分離器外側最下層噴槍。對原脫硝噴槍更換為HBCY-FT型噴槍，該噴槍在尾部霧化，避免噴嘴損壞造成霧化不良、氨逃逸率高的問題。噴嘴部帶有陶瓷耐磨防護套管，防止煙氣沖刷造成噴嘴損壞或堵塞異常。

通過實際噴槍霧化試驗，將原設計的壓縮空氣霧化壓力由0.3MPa提高到0.45MPa，霧化粒度及面積均獲得較大提升。根據反應效率，對脫硝系統稀釋水流量設置最低0.3t/h，稀釋水和氨水調節閥門設置聯鎖。通過提前設置的配比曲線，在氨水流量變化時，稀釋水量自動調整，保證混合后作為脫硝劑的氨水濃度控制在5%。經過改造后脫硝效率維持在65%～80%，NOx排放量穩定，無瞬時超標現象。

2 脫硫脫硝改造效果、存在問題及進一步優化方向

2.1脫硫脫硝改造效果

通過增加爐膛中隔墻受熱面，爐膛中部床溫及平均床溫均降低約25℃。在鍋爐負荷50%～100%區間內，床溫在855～895℃區間內波動，始終處于爐內脫硫的最佳溫度區間。經過負荷試驗，鍋爐在變工況過程中SO2排放量穩定在35mg/m3以下。

高效二次風改造及低一次風運行，鍋爐尾部煙道氧量控制在2.0%～3.0%，鍋爐負荷50%～100%時，NOx的原始生成量在80～160mg/m3內波動。通過SNCR脫硝后，NOx排放量可穩定在100mg/m3以內運行。通過提高氨氮比至1.5，在氨逃逸控制≤6mg/m3(標態)的情況下，可實現NOx排放量低于50mg/m3，達到超低排放的要求。圖3為鍋爐脫硫、脫硝系統改造后的實際運行情況。

2.2脫硫脫硝改造后存在問題

由于采用純爐內干法脫硫的技術路線，石灰石顆粒及石灰石粉投入量始終處于較高的鈣硫摩爾比水平，鍋爐負荷80%～100%時，鈣硫摩爾比達到約6.5，造成石灰石耗量增加。經過化驗，飛灰及底渣中分別含氧化鈣約12%、6%，造成石灰石大量浪費。同時，過量的石灰石對NOx的原始生成量有明顯的催化作用。經試驗驗證，鍋爐負荷80%～100%及鈣硫摩爾比穩定在3.5時，NOx的原始生成量低于100mg/m3。

2.3進一步優化方向

根據鍋爐脫硫反應機理，純爐內脫硫導致鈣硫摩爾比偏高，使部分氧化鈣未經反應即隨飛灰帶走。為提高脫硫反應效率就要考慮提高氧化鈣的利用效率。目前較好的方法:一是增加尾部煙氣水增濕裝置;二是通過回料器返料立管增加蒸汽增濕裝置。后一種方法是目前正在進行分析討論的技術方向。

3 結論

充分發揮循環流化床燃燒在脫硫脫硝方面的優勢，降低床溫，改造高效二次風，從源頭上控制NOx的生成量和提高脫硫效率，是能夠達到超低排放的要求。純爐內干法脫硫投資及維護成本相對于濕法脫硫有無可比擬的優勢，同時也是對環保超低排放改造路線的一種積極探索。

文獻信息

郭宗濤. 150MW循環流化床鍋爐脫硫脫硝技術改造及燃燒優化[J]. 工業鍋爐,2017,(03):40-43.

原標題:150MW循環流化床鍋爐脫硫脫硝技術改造及燃燒優化