某熱電廠3臺(tái)460t/h燃煤鍋爐煙氣超低排放技術(shù)改造項(xiàng)目，目標(biāo)是將現(xiàn)有鍋爐煙氣中NOx、SOx、粉塵污染物排放由滿足《火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)改造為滿足國(guó)家三部委要求的超低排放標(biāo)準(zhǔn)，即煙氣中NOx、SO2、粉塵污染物排放濃度分別小于50、35、10mg/Nm3。

1 鍋爐基礎(chǔ)條件

1.1 鍋爐裝置現(xiàn)狀

該熱電廠3臺(tái)460t/h燃煤鍋爐于2012年9月陸續(xù)投產(chǎn)，脫硫除塵裝置于2012年9-12月隨機(jī)組同時(shí)投產(chǎn)，脫硝裝置于2014年5月投入生產(chǎn)。該鍋爐采用用石灰石-石膏濕法脫硫、選擇性催化還原(SCR)脫硝工藝、布袋除塵技術(shù)、低氮燃燒技術(shù)，鍋爐煙氣排放指標(biāo)滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)中新建鍋爐要求，煙氣中污染物排放濃度控制在SO2<100mg/Nm3，NOx<100mg/Nm3;粉塵<30mg/Nm3[1]。環(huán)保設(shè)施主要參數(shù)見(jiàn)表1。

1.2 煙氣參數(shù)

現(xiàn)有燃煤鍋爐煙氣參數(shù)見(jiàn)表2(上表)。

1.3 燃料及灰分

該電廠燃用煤主要來(lái)源于撫順礦與鐵法礦，其中撫順礦約占38%以上，鐵法礦約占20%以上，其余為混合煤。本次改造以撫順礦的煤質(zhì)作為設(shè)計(jì)煤種，鐵法礦的煤質(zhì)作為校核煤種。鍋爐燃煤工業(yè)分析值見(jiàn)表3。

2 超低排放技術(shù)改造內(nèi)容

鍋爐超低排放建設(shè)內(nèi)容包括鍋爐的低氮燃燒器、SCR脫硝裝置、布袋除塵裝置、脫硫及高效除塵裝置、引風(fēng)機(jī)的技術(shù)升級(jí)改造和備用漿料調(diào)配系統(tǒng)、水、電、氣等依托工程的配套改造。

2.1 低NOx燃燒器改造

燃燒器采用水平濃淡燃燒低氮燃燒器，立體分級(jí)燃燒，實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)煤粉、空氣分級(jí)燃燒，保證水冷壁壁面氣氛在安全范圍內(nèi)，減少NOx的生成，并防止水冷壁結(jié)渣與高溫?zé)煔飧g。燃燒器暴露于爐膛高溫區(qū)域的一次風(fēng)噴口必須采用耐磨損、耐高溫的材料制造[2]。

在燃燒器上部適當(dāng)位置的水冷壁上開孔，用于安裝新增設(shè)的分離型SOFA燃盡風(fēng)噴嘴，燃盡風(fēng)應(yīng)具有足夠的穿透深度和覆蓋廣度。SOFA噴嘴全部采用耐高溫合金材料制造。燃盡風(fēng)風(fēng)箱需要布置成四角小風(fēng)箱，為每只SOFA噴嘴送風(fēng)。風(fēng)箱內(nèi)部設(shè)分隔板、導(dǎo)流板、整流裝置及擋板，用于控制每只SOFA噴嘴的風(fēng)量分配。

2.2 SCR脫硝系統(tǒng)改造

脫硝工藝采用SCR法，還原劑為氣氨，純氨(99.6%(wt))。催化劑按增加備用層設(shè)置，NOx(以NO2計(jì))脫除效率不小于87.5%，使用壽命不小于24000h。

脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)按入口煙氣中NO(x以NO2計(jì))含量400mg/Nm3，三層催化劑脫硝效率不小于87.5%，(催化劑壽命內(nèi)，氨氣消耗量不大于72.73×3kg/h)，脫硝后煙氣中NOx(干態(tài)O2=6%,以NO2計(jì))含量小于50mg/Nm3(干態(tài)O2=6%,以NO2計(jì))[3]。對(duì)鍋爐SCR反應(yīng)器存在的流場(chǎng)不均問(wèn)題，進(jìn)行流場(chǎng)數(shù)值模擬，優(yōu)化導(dǎo)流和氣流分布設(shè)施，避免發(fā)生催化劑局部磨損。脫硝系統(tǒng)應(yīng)能在煙氣溫度在300~420℃之間的任何負(fù)荷下長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行，并能適應(yīng)鍋爐的負(fù)荷變化和鍋爐啟停次數(shù)的要求。吹灰系統(tǒng)利用業(yè)主方目前已有的蒸汽吹灰器。

2.3 除塵系統(tǒng)改造

布袋除塵器本體更換現(xiàn)有旁路閥為零泄漏旁路閥，保證煙塵的去除效果。三臺(tái)布袋除塵器入口煙道(三通、擋板門及導(dǎo)流板)進(jìn)行擴(kuò)徑改造。對(duì)引風(fēng)機(jī)增壓后布袋除塵器及煙道的強(qiáng)度進(jìn)行校核，如強(qiáng)度不足須進(jìn)行加固。

2.4 石灰石-石膏法脫硫及一體化除塵改造

脫硫塔改造增高2m，煙道也增高2m，根據(jù)煙道的走向優(yōu)先在垂直段增高。采取有效措施保證高脫硫效率和出口SO2排放濃度、煙氣攜帶霧滴含量、吸收塔出口顆粒物(含石膏漿液)含量達(dá)到排放要求。

增加持液盤提高脫硫效率，現(xiàn)有脫硫塔內(nèi)除霧器更換為管束式除塵除霧裝置，脫硫塔入口SO2濃度為1956mg/Nm3(標(biāo)干，6%O2)，入口煙塵濃度為30mg/Nm3(標(biāo)干，6%O2)，吸收塔噴淋層運(yùn)行任意三層的條件下，SO2脫除率不小于98.21%，煙塵脫除率不小于71.4%，吸收塔出口二氧化硫濃度<35mg/Nm3，顆粒物(含石膏)含量低于5mg/Nm3(標(biāo)態(tài)、干基、6%O2)。

脫硫裝置能在鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量工況煙氣溫度不高于原有裝置最高允許溫度以下安全連續(xù)運(yùn)行。吸收塔煙氣入口與第一層噴淋層之間設(shè)置持液盤，持液盤厚度不低于3mm。

管束式除塵除霧器安裝在吸收塔頂部最后一層噴淋層的上部。煙氣穿過(guò)噴淋層后，再連續(xù)流經(jīng)管束式除塵除霧器除去所含漿液霧滴。管束式除塵除霧器布置有沖洗噴嘴。

在脫硫塔入口煙氣粉塵含量小于30mg/Nm3的情況下，煙氣通過(guò)管束式除塵除霧器后，煙氣粉塵含量低于5mg/Nm3。管束式除塵除霧器沖洗系統(tǒng)間斷運(yùn)行，采用自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種方式，保證管束式除塵除霧器無(wú)結(jié)垢。

吸收塔新增內(nèi)件應(yīng)按照漿液運(yùn)行最大氯離子濃度為20000mg/L考慮。可能與腐蝕漿液接觸的新增設(shè)備及材料按能承受40000mg/L的氯離子濃度性能進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.5 引風(fēng)機(jī)改造

將引風(fēng)機(jī)的全壓由原來(lái)的7620Pa增加至8700Pa(催化劑增加200Pa，托盤增加450Pa，除霧器增加100Pa，其他增加約200Pa)，同時(shí)，由于引風(fēng)機(jī)風(fēng)壓提升，還需將1800kW電機(jī)更換為2000kW的電機(jī)。

2.6 儀表改造

鍋爐低氮燃燒器增加電動(dòng)執(zhí)行器及所需增加的DCS卡件及組態(tài)。新增DCS卡件所需電源由原有DCS供電系統(tǒng)提供。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電源380VAC。電動(dòng)模擬標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)4～20mADC兩線制、三線制。更換脫硝以及脫硫出口CEMS系統(tǒng)，并在脫硫出口設(shè)置矩陣式流量計(jì)、濕度計(jì)及抽取式粉塵儀，脫硫入口增設(shè)濕度計(jì)用于各爐煙氣排放量穩(wěn)定測(cè)量，更換脫硝出口氨逃逸分析儀。

3 改造后調(diào)整試驗(yàn)

3.1 爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)煙花示蹤

冷態(tài)一次風(fēng)、二次風(fēng)調(diào)平后，分別在上、中、下三層一次風(fēng)噴口從上至下依次燃放煙花。由試驗(yàn)人員在爐頂正上方屏區(qū)拍攝影像，上、中、下3層一次風(fēng)4角噴口的氣流均很正常，不存在明顯偏斜及刷墻現(xiàn)象，且氣流切圓均在爐膛中心、切圓直徑大小較為合理。

3.2 熱態(tài)試驗(yàn)調(diào)整方向及重心

鍋爐啟動(dòng)后，經(jīng)過(guò)調(diào)整，在僅啟用1層SOFA風(fēng)的情況下，該爐SCR進(jìn)口NOx濃度即可保持在較低水平，且SCR噴氨流量已明顯低于改造前。由此可見(jiàn)，改造后燃燒系統(tǒng)對(duì)于控制爐內(nèi)NOx的生成起到了較為明顯的作用。同時(shí)，不同負(fù)荷下主燃燒器區(qū)域的著火狀況優(yōu)良，一次風(fēng)煤粉氣流存在著火過(guò)早的趨勢(shì)。熱態(tài)燃燒調(diào)整試驗(yàn)的主要方向及重心為：

控制飛灰含碳量、緩解爐內(nèi)4角噴口掛焦現(xiàn)象、保持兩側(cè)煙溫及汽溫的均勻[4]。

3.3 SOFA風(fēng)投運(yùn)層數(shù)

經(jīng)過(guò)前期試驗(yàn)的調(diào)整，在運(yùn)行氧量調(diào)整的配合下，僅啟用1層SOFA風(fēng)(共3層、上層SOFA風(fēng)全開、其余兩層保留適當(dāng)?shù)睦鋮s風(fēng))，即可將SCR進(jìn)口NOx濃度控制至設(shè)計(jì)保證值以內(nèi)(75%~100%負(fù)荷低于300mg/Nm3、75%以下負(fù)荷低于350mg/Nm3)。

為保證爐內(nèi)主燃燒器區(qū)域燃燒良好，在正常負(fù)荷范圍(50%~100%)內(nèi)，僅投運(yùn)上層SOFA風(fēng)即可。但是，當(dāng)SCR進(jìn)口NOx短時(shí)間過(guò)高或?yàn)闈M足低負(fù)荷穩(wěn)燃需要，亦可開啟2層SOFA風(fēng)或?qū)⑺蠸OFA風(fēng)全關(guān)。

3.4 SOFA風(fēng)上下擺角

試驗(yàn)調(diào)整發(fā)現(xiàn)，SOFA上下擺角對(duì)過(guò)熱汽溫度有較好的調(diào)節(jié)作用(上傾汽溫高、下傾汽溫低)，而SOFA上傾時(shí)還將對(duì)降低SCR進(jìn)口NOx濃度有一定效果。數(shù)據(jù)表明：中低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，SOFA風(fēng)噴口處于最大上傾位置時(shí)，可保證較高的過(guò)熱汽溫與較低的SCR進(jìn)口NOx濃度;高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，則可根據(jù)過(guò)熱汽溫、減溫水量、NOx濃度及排煙溫度的高低，進(jìn)行自由調(diào)節(jié)，保持在水平或最大上傾位置。

3.5 運(yùn)行氧量

試驗(yàn)調(diào)整發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行氧量的變化對(duì)SCR進(jìn)口NOx濃度影響較大。對(duì)于運(yùn)行氧量的確定主要依據(jù)兩個(gè)因素：SCR進(jìn)口NOx濃度、飛灰含碳量，原則上保證各負(fù)荷SCR進(jìn)口NOx濃度維持在設(shè)計(jì)保證值附近，盡量提高運(yùn)行氧量，以保證較低的飛灰含碳量。數(shù)據(jù)表明：中高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行氧量應(yīng)維持在2.5%左右，低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行氧量應(yīng)維持在3.5%左右，SCR進(jìn)口NOx濃度可維持在設(shè)計(jì)保證值附近，且對(duì)爐內(nèi)燃燒的影響相對(duì)較小[5]。

3.6 給粉機(jī)配粉方式及在線一次風(fēng)速

試驗(yàn)調(diào)整發(fā)現(xiàn)，給粉機(jī)配粉方式與在線一次風(fēng)速的大小，對(duì)緩解燃燒器噴口結(jié)焦有一定效果。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)冷灰斗及一次風(fēng)看火孔的觀察發(fā)現(xiàn)：中低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，采用“中上層負(fù)荷高、下層負(fù)荷低”的給粉機(jī)配粉方式，對(duì)于冷灰斗燃燒狀況、噴口結(jié)焦?fàn)顩r、保持較高主汽溫度均有較為明顯的效果。高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，采用“中上層負(fù)荷高、下層負(fù)荷低”的給粉機(jī)配粉方式，結(jié)合較高的一次風(fēng)速，對(duì)于冷灰斗的燃燒狀況、一次風(fēng)噴口的結(jié)焦?fàn)顩r也有一定效果。

3.7 典型試驗(yàn)工況數(shù)據(jù)

典型試驗(yàn)工況測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

4 改造后工藝標(biāo)定

4.1 工藝標(biāo)定結(jié)論

經(jīng)過(guò)168h連續(xù)運(yùn)行工藝標(biāo)定，低氮燃燒器運(yùn)行正常，并沒(méi)有出現(xiàn)影響鍋爐運(yùn)行的缺陷問(wèn)題并將氮氧化物控制在300mg/Nm3以內(nèi);脫硝反應(yīng)器入口溫度在320～420℃之間，在噴氨溫度條件范圍，根據(jù)出口氮氧化物的含量氨氣用量控制在了25～45kg/h之間，出口氮氧化物控制在50mg/Nm3，吸收塔進(jìn)口溫度在140～150℃之間，出口SO2排放值小于35mg/Nm3，出口煙塵在10mg/Nm3以內(nèi)(表5)。

4.2 存在的不足

管束除霧器沖洗水管電伴熱效果不理想，進(jìn)入冬季后容易造成管道凍凝，影響管束的沖洗;現(xiàn)問(wèn)題正在處理。

標(biāo)定期間，出口NOx有時(shí)會(huì)控制在10mg/Nm3以下,噴氨量過(guò)大容易造成空預(yù)器的堵塞、后續(xù)設(shè)備的腐蝕、脫硫系統(tǒng)的石膏品質(zhì)變差等。建議將出口NOx控制在35～45mg/Nm3之間。