摘要：由于循環(huán)流化床（CFB）鍋爐特有的結(jié)構(gòu)和燃燒方式，其氮氧化物排放低于其它爐型，有清潔爐型之稱，但隨著煙氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步提高，其氮氧化物的排放已不能滿足新的排放需要。選擇性非催化還原法（SNCR）工藝+低氮燃燒（LNB）脫硝技術(shù)具有投資費(fèi)用少、運(yùn)行成本低、鍋爐改造范圍小等優(yōu)勢，而CFB鍋爐具有煙氣在爐內(nèi)停留時(shí)間長、便于還原劑在爐內(nèi)混合等特點(diǎn)，該脫硝改造兩步法在小型循環(huán)流化床鍋爐脫硝改造中被廣泛應(yīng)用。本文以75t/h循環(huán)流化床鍋爐為模型，并采用環(huán)保性較高的尿素作為脫硝還原劑，通過低氮燃燒（LNB）+SNCR工藝兩步法脫硝技術(shù)改造方式，進(jìn)一步提高脫硝效率，并對鍋爐進(jìn)行針對性的改進(jìn)以提高其出力，最終使煙氣中NOx排放達(dá)到新的國家標(biāo)準(zhǔn)要求。主要從實(shí)施背景、技術(shù)路線、疑難問題解決及改造后的效果分析、存在問題等進(jìn)行分析探討。
關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；選擇性非催化還原法+低氮燃燒；脫硝改造；效果分析；
1項(xiàng)目實(shí)施背景及鍋爐設(shè)備現(xiàn)狀
1.1實(shí)施改造背景
2011年7月份，國家環(huán)保部聯(lián)合國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合下發(fā)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011），該標(biāo)準(zhǔn)要求“現(xiàn)有火力發(fā)電CFB鍋爐及2003年12月31日建成投產(chǎn)或通過建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書審批的火力發(fā)電CFB鍋爐執(zhí)行NOX的排放限值為200mg/Nm3，并2015年7月1日前完成達(dá)標(biāo)排放改造任務(wù)。為全面落實(shí)該標(biāo)準(zhǔn)要求，江蘇、山東、浙江等地區(qū)率先開始并且制定了更加嚴(yán)格的地方排放標(biāo)準(zhǔn)以及整改行動(dòng)計(jì)劃，全國逐漸掀起脫硫、脫硝、除塵提標(biāo)改造風(fēng)暴。
1.2眾誠熱電鍋爐設(shè)備現(xiàn)狀
眾誠熱電隸屬于合肥熱電集團(tuán)旗下子公司，現(xiàn)有五臺循環(huán)流化床鍋爐，均為75t/h，裝機(jī)容量33MW，承擔(dān)合肥市中部及西南政務(wù)片區(qū)集中供暖、熱水及發(fā)電任務(wù)。一期鍋爐（1#、2#爐）為濟(jì)南鍋爐廠生產(chǎn)并于2005年建成投產(chǎn)，二期鍋爐（3#，4#，5#爐）為無錫華光鍋爐，2009年建成投產(chǎn)。一期鍋爐配套除塵器為四電場靜電除塵器，后于2008年進(jìn)行電袋復(fù)合改造，除塵效率＞99.3%；二期鍋爐配套除塵器為袋式除塵器，除塵效率高達(dá)99.97%，一、二期鍋爐粉塵排放數(shù)值均小于30mg/Nm3。燃燒煤質(zhì)為低硫分優(yōu)質(zhì)煤（一般硫分在0.4%以下），脫硫采用石灰石爐內(nèi)噴鈣脫硫技術(shù)，硫氧化物排放值（折算后）低于100mg/Nm3，滿足環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。而目前主要面臨的問題是一期鍋爐運(yùn)行近10年，設(shè)備不斷老化，帶負(fù)荷能力逐漸下降，1#，2#最高負(fù)荷約60-62t/h左右，且在冬供大負(fù)荷生產(chǎn)期間氮氧化物不可控制，一般排放數(shù)值達(dá)300~450mg/Nm3,而面對新版《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中對NOX≤200mg/Nm3的要求，將無法實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，因此實(shí)施脫硝及鍋爐性能指標(biāo)提升改造任務(wù)迫在眉睫。
2改造技術(shù)路線與主要內(nèi)容
2.1技術(shù)線路
通過對不同的脫硝方式進(jìn)行分析和比較后，眾誠熱電5臺75t/h循環(huán)流化床鍋爐全部采取了低氮燃燒改造+SNCR兩步法工藝進(jìn)行脫硝改造。該工藝主要是先通過對鍋爐進(jìn)行低氮燃燒改造降低原始排放濃度（可降至200mg/Nm3左右），然后在無催化劑存在條件下，向爐內(nèi)煙氣溫度在850～1100℃的區(qū)域噴入濃度為10-20%尿素溶液，在高溫條件下與NOx還原反應(yīng)生成N2和H2O。該兩步法脫硝效率可達(dá)75％以上。另外，結(jié)合脫硝兩步法改造，還進(jìn)一步提升鍋爐帶負(fù)荷能力以及對鍋爐存在的問題進(jìn)行消除，最終實(shí)現(xiàn)降低氮氧化物并提升鍋爐性能的目標(biāo)。此種做法反應(yīng)式為：
優(yōu)勢：
該兩步法脫硝工藝具有不需要催化劑、投資成本低、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、施工工期短、占地面積小、自動(dòng)化程度高、NOx脫除效率高及對鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)性能影響小等優(yōu)點(diǎn)，可有效降低鍋爐氮氧化物的生成與排放，滿足環(huán)保排放要求。
2.2鍋爐脫硝及節(jié)能改造方式
2.2.1鍋爐低氮燃燒改造。
2.2.1.1低氮燃燒改造原則，在保持鍋爐基礎(chǔ)、鋼架等不變的情況下，通過對送風(fēng)系統(tǒng)改造實(shí)現(xiàn)空氣分段送入、燃料分級燃燒、降低爐膛溫度，并采用煙氣再循環(huán)系統(tǒng)及對分離器改造等方式達(dá)到降低NOX初始排放濃度的目的。內(nèi)容包括二次風(fēng)系統(tǒng)重新優(yōu)化布置、爐膛布風(fēng)板改進(jìn)及風(fēng)帽重新選型等。
2.2.1.2煙氣再循環(huán)技術(shù)，即從引風(fēng)機(jī)出口利用管道連接至一次風(fēng)機(jī)入口，利用前后壓力差對鍋爐煙氣進(jìn)行循環(huán)利用，并輔以煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)對循環(huán)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，有效降低爐膛底部過?？諝庀禂?shù)，降低氧化氣氛，減少氮氧化物的生成環(huán)境，達(dá)到抑制氮氧化物生成與排放的目的。系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)、管道、風(fēng)門及支吊架、外保溫等。
2.2.2SNCR工藝技術(shù)
該項(xiàng)目采用先進(jìn)成熟的選擇性非催化還原法（SNCR）工藝技術(shù)，還原劑采用環(huán)保性能較高的尿素，經(jīng)熱解后配置濃度為10-20%的溶液，然后經(jīng)輸送分配系統(tǒng)送至每臺鍋爐，并于鍋爐爐膛至旋風(fēng)分離器進(jìn)口煙道及分離器出口轉(zhuǎn)向煙道位置經(jīng)機(jī)械霧化后噴射與煙氣混合，每臺鍋爐布置噴槍8只。
SNCR系統(tǒng)包括土建基礎(chǔ)及公用系統(tǒng)建設(shè)、鍋爐分系統(tǒng)管線設(shè)備安裝、煙氣連續(xù)在線監(jiān)測設(shè)備安裝等。系統(tǒng)分為尿素溶液制備及轉(zhuǎn)存系統(tǒng)、溶液儲(chǔ)存及輸送系統(tǒng)、計(jì)量和分配系統(tǒng)及爐前噴射系統(tǒng)等部分。本系統(tǒng)還創(chuàng)新嘗試采取“一拖二、一拖三”的方式對氨逃逸進(jìn)行檢測，減少投資費(fèi)用。該系統(tǒng)全部采用智能控制，從尿素溶液制備、轉(zhuǎn)存、計(jì)量、輸送、噴射等全過程自動(dòng)化控制，并能根據(jù)煙氣在線連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)氮氧化物排放數(shù)值變化自動(dòng)投運(yùn)、調(diào)節(jié)及停運(yùn)。
2.3鍋爐性能提升改造及檢修
2.3.1燃燒系統(tǒng)改造。眾誠熱電鍋爐運(yùn)行年限較長，設(shè)備老化，鍋爐帶負(fù)荷能力下降，結(jié)合本次脫硝改造對鍋爐中心筒、分離器、返料器等進(jìn)行了相應(yīng)的改造。即縮小中心筒直徑、偏心布置及改變分離器進(jìn)口煙道寬度，以提高分離效率，并對返料器進(jìn)行改造，提高返料能力，同時(shí)亦可起到降低爐膛溫度的目的，更有利于脫硝效果。經(jīng)改造后，爐膛差壓大幅上升，鍋爐帶負(fù)荷能力提升明顯。
2.3.2水冷系統(tǒng)改造。為進(jìn)一步提升水冷壁換熱效果，本次改造采取在爐膛中上部位置縱向分別增加2組水冷屏，新增水冷屏面積約為40m2，增加蒸發(fā)換熱能力約10-15%。為防止煙氣、物料對其沖刷磨損，水冷壁底部采用耐火材料敷設(shè)等防磨措施。
2.3.4鍋爐檢修及節(jié)能改造。鍋爐漏風(fēng)不僅影響經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，還有利于NOX的生成與排放。為改善鍋爐性能，提升節(jié)能效果，結(jié)合本次脫硝改造重點(diǎn)對鍋爐漏風(fēng)進(jìn)行消除，即通過正壓、負(fù)壓等不同的漏風(fēng)試驗(yàn)方式查找漏風(fēng)點(diǎn)，更換腐蝕嚴(yán)重的空預(yù)器管子、對損壞漏風(fēng)（灰）部位的耐火材料重新砌筑、尾部煙道及除塵器箱體漏風(fēng)查找并密封處理等。同時(shí)，更換原節(jié)能效率較低的引風(fēng)機(jī)液力耦合器為高壓變頻調(diào)速裝置，并對性能下降的一、二次風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢修。通過上述檢修及改造，煙氣含氧量及風(fēng)機(jī)電流大幅降低。
3項(xiàng)目實(shí)施效果分析
3.1項(xiàng)目實(shí)施概況
本項(xiàng)目采用EPC總承包模式，于2015年5月份開始施工，10月底施工結(jié)束，12月份通過竣工環(huán)保驗(yàn)收。在工程施工過程中嚴(yán)格按照施工規(guī)范，加強(qiáng)隱蔽工程及重要節(jié)點(diǎn)等監(jiān)督控制，嚴(yán)把入廠材料驗(yàn)收關(guān)、隱蔽工程報(bào)驗(yàn)關(guān)、焊接質(zhì)量控制關(guān)及重要節(jié)點(diǎn)控制關(guān)等，同時(shí)強(qiáng)化施工人員安全教育，加強(qiáng)施工安全監(jiān)督管理，最終順利完成全部改造工作，并經(jīng)調(diào)試試運(yùn)正常。2015-2016年冬供大負(fù)荷運(yùn)行期間，各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)全部達(dá)到達(dá)標(biāo)排放。
3.2改造效果及節(jié)能效果分析
本次鍋爐煙氣脫硝節(jié)能環(huán)保改造工程分為節(jié)能、環(huán)保及提升鍋爐性能等三個(gè)部分。通過本次脫硝及節(jié)能環(huán)保改造，氮氧化物排放低于新的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，鍋爐帶負(fù)荷能力得到一定的加強(qiáng)，全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)電流大幅下降，節(jié)能效果顯著。
3.2.1環(huán)保方面
鍋爐低氮燃燒改造后，料層溫度下降50-100℃，爐膛出口溫度上升30-70℃，煙氣含氧量下降4-6%。爐膛溫度場分布相對改造前較均勻，上下溫度差縮小，有利于抑制氮氧化物的生成，亦能改善鍋爐運(yùn)行條件。通過鍋爐低氮燃燒改造及SNCR工藝技術(shù)的實(shí)施，鍋爐在允許負(fù)荷范圍內(nèi)基本無需投運(yùn)SNCR系統(tǒng)煙氣煙氣污染物可達(dá)標(biāo)排放，投運(yùn)SNCR系統(tǒng)NOX可低于100mg/Nm3。低NOx燃燒技術(shù)脫硝率>40％，SNCR脫硝率>40％，氨逃逸率≤7mg/Nm3，兩步法綜合脫硝效率>75%。
3.2.2鍋爐性能提升方面。
通過更換部分老舊設(shè)備、增加一定的受熱面，并對鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)對鍋爐漏風(fēng)進(jìn)行全面查找和消除，并對鍋爐燃燒方式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。改造后的鍋爐帶負(fù)荷能力大幅提升，在最低、最高負(fù)荷區(qū)間各項(xiàng)參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，安全、經(jīng)濟(jì)性能不受影響。
3.3.3節(jié)能方面。
由于更換了原節(jié)能效果相對較差的液力偶合器并消除鍋爐漏風(fēng)現(xiàn)象，鍋爐的嚴(yán)密性有了一定程度上的提高。加之鍋爐采用低氮燃燒技術(shù)，并采取低料層、小風(fēng)量等先進(jìn)運(yùn)行調(diào)整方式，鍋爐引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)電流大幅下降，1#鍋爐引風(fēng)機(jī)電流下降31.6%，3#鍋爐下降近10%；一次風(fēng)機(jī)電流1#鍋爐下降24%，3#鍋爐下降15.6%,節(jié)能效率較為明顯。
4存在問題及對策
4.1鍋爐省煤器后煙氣壓力表計(jì)不能滿足改造后鍋爐測量需要
因鍋爐低氮燃燒改造及性能提高需要，中心筒及水平煙道阻力較改造前有所加大，加之鍋爐引風(fēng)機(jī)更換導(dǎo)致尾部煙道省煤器后左右兩側(cè)壓力表在高負(fù)荷時(shí)滿量程，不能滿足改造后的鍋爐監(jiān)測需要。該問題需對鍋爐尾部煙道壓力測點(diǎn)變送器重新進(jìn)行計(jì)算和選型，并進(jìn)行更換，方能滿足使用需要。
4.2鍋爐主蒸汽溫度偏低
由于改造增加了爐膛換熱面積，并一定程度上降低了料層溫度，導(dǎo)致二期鍋爐過熱蒸汽溫度較改造前略有下降，加之該鍋爐原設(shè)計(jì)存在缺陷（過熱受熱面不足等）導(dǎo)致鍋爐主蒸汽溫度略低于設(shè)計(jì)值。而主蒸汽溫度改造需結(jié)合鍋爐最低及最高負(fù)荷綜合考慮設(shè)計(jì)方案，兩者要兼顧，且過熱器受熱面的改動(dòng)要求較高，難度相對較大。計(jì)劃下一步對高溫過熱器換熱面積重新進(jìn)行計(jì)算并進(jìn)行針對性的改造，以提高主蒸汽溫度。
4.3改造后灰、渣含碳量相對升高
低氮燃燒改造原理即實(shí)現(xiàn)鍋爐低氧量燃料分級燃燒，抑制氮氧化物的生成，該種方式將對燃料燃燒產(chǎn)生影響，導(dǎo)致灰、渣含碳量較改造前略有上升,其中灰含碳量升高2-4%，渣含碳量升高約1.5%，影響鍋爐效率下降約0.5%。為降低對鍋爐經(jīng)濟(jì)性的影響，公司于脫硝改造調(diào)試中進(jìn)行了不同運(yùn)行工況及單純低氮燃燒與投運(yùn)SNCR系統(tǒng)等進(jìn)行分析比較，以及不同方式對鍋爐熱效率的影響，尋找鍋爐最佳運(yùn)行方式，提高經(jīng)濟(jì)性能。通過分析比較，采用低氮燃燒+SNCR工藝兩步法脫硝方式，雖然因鍋爐煙氣含氧量相對較低影響燃燒效率從而導(dǎo)致灰、渣含碳量略有上升，但輔機(jī)耗電率將有所下降，且因經(jīng)低氮燃燒后氮氧化物初始排放濃度較低，無需消耗大量尿素原料，節(jié)省生產(chǎn)成本。
5結(jié)束語
低氮燃燒改造+SNCR兩步法脫硝工藝一次性投資費(fèi)用低，眾誠熱電5臺75t/h循環(huán)流化床鍋爐全部采用此種工藝改造，全部費(fèi)用約2992萬元（含5臺引風(fēng)機(jī)改造及鍋爐檢修），相對SCR脫硝方式費(fèi)用大幅降低，且無需安裝催化劑，避免了失效催化劑更換及對環(huán)境產(chǎn)生的影響。因經(jīng)低氮燃燒后氮氧化物初始排放濃度較低，無需消耗大量尿素原料，生產(chǎn)成本較低。隨著本次改造結(jié)束，在2015-2016年冬供期間運(yùn)行狀況來看，鍋爐帶負(fù)荷能力提高并且運(yùn)行穩(wěn)定，環(huán)保排放數(shù)據(jù)優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)氨逃逸低于7mg/Nm3，兩步法實(shí)施后的脫硝效率大于75%，脫硝效果較為顯著，可廣泛應(yīng)用小型循環(huán)流化床鍋爐。
