循环流化床锅炉脱硫 150MW循环流化床锅炉脱硫脱硝技术改造及燃烧优化

循环流化床锅炉作为一种高效清洁的燃烧设备，对煤种适应性广，能够稳定燃烧煤泥、洗煤、煤矸石等原煤洗选后产生的劣质煤，因此被广泛用作坑口电厂的首选锅炉类型。

阳城电厂采用东方锅炉厂DG 480/13.7-ⅱ2循环流化床锅炉，具有超高压中间一次再热、单锅筒自然循环、单炉膛单布风板平衡通风、固体排渣、室外布置。该锅炉主要由炉膛、高温蒸汽冷却旋风分离器、自平衡“J”阀双向给料器和尾部对流烟道组成。炉膛内设有八个板式过热器、四个板式再热器和一个水冷隔墙。

锅炉前壁上均匀设有六个给煤口和四个石灰石给料口。石灰石粉输送管道长约200米，由压缩空气体输送至锅炉前壁。热一次风从两侧进入水冷风室，通过布风板上的钟罩均匀进入炉膛，主要起到流化床物料的作用；热二次风通过12个上二次风出口和11个下二次风出口分层进入炉膛，可以扰动燃烧，提供足够的氧气。

燃料从距离空气分配板约12米的炉子两侧喷射。两台锅炉配有3台氨水泵和3台稀释水泵，均为两用一备。脱硝喷枪设置在炉膛出口两侧的水平烟道上，在单侧水平烟道内，烟气向外旋转方向设置7个喷枪，向内旋转方向设置3个喷枪。阳城电厂的入炉燃料中，煤泥约占30%，洗煤约占60%。表1显示了进入炉膛的燃料的特性。

随着运行时间的增加，阳城电厂循环流化床锅炉采用SNCR脱硝系统，存在脱硝剂用量增加、氨逃逸指数增加、NOx指标达不到环保要求的现象。此外，随着环保指标的提高，脱硫系统急需技术升级。如果采用湿法脱硫，投资大，成本高，改造难度大。根据循环流化床锅炉的脱硫特点，采用干法脱硫技术实现超低排放要求具有重要意义。

1脱硫脱硝改造

1.1脱硫改造

1.1.1增加炉膛中壁水冷屏，降低炉膛床温

循环流化床锅炉脱硫反应的最佳温度范围为850 ~ 900℃。通过热力学计算，确定通过中间壁水冷屏增加炉内受热面的传热，降低炉床温度。加36根与中墙水冷屏材质相同的20G管，规格76×8，换热面积约120m3。与70%、80%、90%和100%负荷工况相比，床温分别降低18℃、24.5℃、28℃和35℃。

改造后，在50% ~ 100%负荷条件下，炉膛床温保持在855 ~ 895℃范围内，始终处于脱硫的最佳反应温度(如图1所示)。增设中间隔墙水冷屏后，彻底解决了中间隔墙两侧屏式过热器壁温超温现象，减温水流量由5t/h降至1t/h，进一步证明了增设水冷屏对床温的影响。同时对再热器出口蒸汽温度无明显影响，两侧再热蒸汽温度可达到额定值。

1.1.2上部和下部二次风口的分级燃烧改造

原下部二次风出口离炉膛还原区太近，不稳定，二次风分级燃烧效果不显著，不利于抑制NOx生成。为此，对二次风配置进行改造，即下部二次风远离一次风，上部二次风上升到密相区上方，作为高效燃烧二次风，加强分级燃烧，增加炉膛密相区还原气氛，抑制NOx生成，如图2所示。

1.1.3添加石灰石颗粒添加系统

添加石灰石颗粒添加装置。石灰石颗粒通过变频调节石灰石颗粒的输送带加入煤输送带，与煤混合后进入原煤仓，然后由给煤机送入炉内燃烧参与脱硫。石灰石的粒径控制在0 ~ 5 mm，粒径3 ~ 5 mm的石灰石颗粒约占80%。石灰石颗粒入炉后，主要参与锅炉密相区的脱硫反应。

控制系统根据给煤皮带中的煤量、煤的硫含量和石灰石的碳酸钙含量自动计算石灰石颗粒的添加量，作为指令信号发送给石灰石皮带变频调节系统，通过调节皮带转速实现对炉内石灰石颗粒量的精细控制。操作员可以手动输入钙硫摩尔比、煤中硫含量、石灰石中碳酸钙含量，也可以实现石灰石颗粒量的调整。由于石灰石颗粒不能添加到煤泥中，钙硫比控制在3.5。

Gsh=2.5KscBSar/Cg

其中合成孔径雷达-燃料中的硫含量，%

B——计算燃料量，kg

Cg——石灰石中碳酸钙含量，%

Ksc——钙与硫的摩尔比

Gsh——石灰石添加量，kg

(1)石灰石颗粒入炉吸热化学反应:CaCO3=CaO+CO2。随着反应过程中分子尺寸变小，石灰石颗粒变成多孔结构的钙颗粒，与煤中硫和氧的产物二氧化硫气体反应:CaO+SO2+1/2O2=CaSO4。在整个脱硫反应过程中，石灰石颗粒不断吸热膨胀相互碰撞，这是床温降低的一个方面。

(2)随着床料粒度的增加，炉膛密相区的物料浓度增加。在一次风量不变的情况下，锅炉内循环增加，促进床温下降，稳定裕度增加。石灰石颗粒在炉内煅烧裂解后，粒径比较大，容易被旋风分离器捕集，然后再次返回炉内参与脱硫反应，从而增加脱硫剂在炉内的反应时间。

1.1.4石灰石粉入口位置的调整

石灰石颗粒添加系统投入运行后，石灰石粉螺旋给料机作为补充，减少SO2排放值的波动。石灰石粉原设计在炉前有4个进料口，进料位置距布风板约1.4m。改造是从改造后的下风管喷淋二次风管，下二次风管距离布风板2m。脱硫反应与O2呈负相关，有利于富氧环境下硫酸钙的形成。实验表明，硫酸钙在还原气氛中极不稳定，容易发生还原反应；

①硫酸钙+一氧化碳=氧化钙+二氧化硫+二氧化碳

②CaSO4+4CO=CaS+4CO2

改造后增加了石灰石粉的给料位置，避免了炉内密相区的还原气氛。增加下二次风口后，石灰石粉的相对穿透深度随着二次风的增加而增加，石灰石粉始终处于富氧环境中，从而提高脱硫反应效率。

1.1.5二次风机的膨胀

二次风机风量从156，319 m3/h(标准状态)增加到187，000 m3/h(标准状态)。二次风口上移后，二次风口入口处的床压降低，阻力减小，二次风机出口风压从16.514kPa降低到12.7kPa，运行中较低的二次风压比床压高1 ~ 2 kPa，保证了二次风的穿透力。锅炉非设计过程中，不调节一次风量，通过二次风调节燃烧含氧量，保证锅炉密相区还原气氛的稳定，减少NOx生成的波动。

1.1.6增加一套煤浆供应系统

原煤供煤泥系统采用一套煤泥泵向炉膛两侧17.5米处供煤泥，煤泥通过煤泥口喷入炉膛。在实际运行中，由于煤泥独特的流动特性，运行中只有一侧煤泥口可以连续供应煤泥，煤泥掺入量低。现在增加一套煤泥泵，两边分别独立进料，增加煤泥进料量。煤泥含水量为30%时，随着煤泥量的增加，尾气湿度从6.5%上升到9.8%。

尾气湿度的增加有利于尾气脱硫反应效率的提高。烟气中的水分与未反应的氧化钙反应生成氢氧化钙。由于氢氧化钙的摩尔数大于氧化钙，硫酸盐壳膨胀后破裂，使其增加与烟气中SO2的接触，进行进一步反应。

1.2脱硝改造

通过模拟炉内增加中间隔墙受热面后烟气流场的变化，烟气流场由炉出口烟道外侧向内侧移动。从炉膛出口至旋风分离器增加三个脱硝喷枪，脱硝剂由原脱硝系统提供。由于炉膛出口水平烟道底部积灰较高，将炉膛出口两侧最低的喷枪移至旋风分离器外部。将原有的脱硝喷枪更换为HBCY-FT喷枪，在尾部雾化，避免喷嘴损坏造成雾化不良、氨逃逸率高的问题。喷嘴配有陶瓷耐磨保护套，防止喷嘴因烟气冲刷而损坏或异常堵塞。

通过实际喷枪的雾化试验，将原设计压缩空气体的雾化压力从0.3MPa提高到0.45MPa，雾化粒径和面积都有很大的提高。根据反应效率，脱硝系统最小稀释水流量设定为0.3t/h，稀释水和氨水调节阀联锁。通过预先设定配比曲线，当氨流量变化时，自动调节稀释水量，保证混合后作为脱硝剂的氨浓度控制在5%。改造后脱硝效率维持在65% ~ 80%，NOx排放稳定，无瞬时超标现象。

2脱硫脱硝改造效果、存在问题及进一步优化方向

2.1脱硫脱硝转化效果

通过增加炉膛中间壁的受热面，炉膛中部的床温和平均床温降低了25℃左右。在锅炉负荷的50% ~ 100%范围内，床温在855 ~ 895℃范围内波动，始终处于炉内脱硫的最佳温度范围内。负荷试验后，锅炉在非设计工况下SO2排放量稳定在35mg/m3以下。

当锅炉尾部烟道氧含量控制在2.0% ~ 3.0%，锅炉负荷为50% ~ 100%时，原始氮氧化物生成量在80 ~ 160 mg/m3范围内波动。经SNCR脱硝后，氮氧化物排放稳定在100毫克/立方米以内。通过将氨氮比提高到1.5，在氨逃逸控制≤6mg/m3(标准状态)的情况下，NOx排放可低于50mg/m3，满足超低排放要求。图3为改造后锅炉脱硫脱硝系统的实际运行情况。

2.2脱硫脱硝改造后的问题

由于炉内纯干法脱硫，石灰石颗粒和石灰石粉的输入始终处于高钙硫摩尔比水平。当锅炉负荷为80% ~ 100%时，钙硫摩尔比达到6.5左右，导致石灰石消耗量增加。经测试，粉煤灰和底渣分别含有约12%和6%的氧化钙，造成石灰石的大量浪费。同时，过量的石灰石对原有的NOx生成有明显的催化作用。实验证明，当锅炉负荷为80% ~ 100%，钙硫摩尔比稳定在3.5时，原始氮氧化物生成量小于100mg/m3。

2.3进一步优化方向

根据锅炉脱硫的反应机理，纯炉内脱硫导致钙硫摩尔比高，使部分氧化钙与粉煤灰带走而不发生反应。为了提高脱硫效率，有必要提高氧化钙的利用效率。目前比较好的方法有:一是增加尾气水加湿装置；其次，通过给料机的回流提升管增加蒸汽加湿装置。后一种方法是目前正在分析和讨论的技术方向。

3结论

充分发挥循环流化床燃烧在脱硫脱硝方面的优势，降低床温，改造高效二次风，从源头控制NOx生成，提高脱硫效率，可以满足超低排放的要求。与湿法脱硫相比，纯炉干法脱硫的投资和维护成本具有不可比拟的优势，也是对环保和超低排放改造路线的积极探索。