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460 t/h燃煤鍋爐超低排放改造技術分析

2019-07-14    來源:當代化工 井振
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[ 導讀 ]:  某熱電廠3臺460t/h燃煤鍋爐煙氣超低排放技術改造項目,目標是將現有鍋爐煙氣中NOx、SOx、粉塵污染物排放由滿足《火電廠大氣

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

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  1鍋爐基礎條件

  1.1鍋爐裝置現狀

  該熱電廠3臺460t/h燃煤鍋爐于2012年9月陸續投產,脫硫除塵裝置于2012年9-12月隨機組同時投產,脫硝裝置于2014年5月投入生產。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、低氮燃燒技術,鍋爐煙氣排放指標滿足《火電廠大氣污染物排放標準》(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]。環保設施主要參數見表1。

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  1.2煙氣參數

  現有燃煤鍋爐煙氣參數見表2(上表)。

  1.3燃料及灰分

  該電廠燃用煤主要來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作為設計煤種,鐵法礦的煤質作為校核煤種。鍋爐燃煤工業分析值見表3。

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  2超低排放技術改造內容

  鍋爐超低排放建設內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、引風機的技術升級改造和備用漿料調配系統、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,立體分級燃燒,實現爐內煤粉、空氣分級燃燒,保證水冷壁壁面氣氛在安全范圍內,減少NOx的生成,并防止水冷壁結渣與高溫煙氣腐蝕。燃燒器暴露于爐膛高溫區域的一次風噴口必須采用耐磨損、耐高溫的材料制造[2]。

  在燃燒器上部適當位置的水冷壁上開孔,用于安裝新增設的分離型SOFA燃盡風噴嘴,燃盡風應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。燃盡風風箱需要布置成四角小風箱,為每只SOFA噴嘴送風。風箱內部設分隔板、導流板、整流裝置及擋板,用于控制每只SOFA噴嘴的風量分配。

  2.2SCR脫硝系統改造

  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置,NOx(以NO2計)脫除效率不小于87.5%,使用壽命不小于24000h。

  脫硝系統設計時按入口煙氣中NO(x以NO2計)含量400mg/Nm3,三層催化劑脫硝效率不小于87.5%,(催化劑壽命內,氨氣消耗量不大于72.73×3kg/h),脫硝后煙氣中NOx(干態O2=6%,以NO2計)含量小于50mg/Nm3(干態O2=6%,以NO2計)[3]。對鍋爐SCR反應器存在的流場不均問題,進行流場數值模擬,優化導流和氣流分布設施,避免發生催化劑局部磨損。脫硝系統應能在煙氣溫度在300~420℃之間的任何負荷下長期穩定達標運行,并能適應鍋爐的負荷變化和鍋爐啟停次數的要求。吹灰系統利用業主方目前已有的蒸汽吹灰器。

  2.3除塵系統改造

  布袋除塵器本體更換現有旁路閥為零泄漏旁路閥,保證煙塵的去除效果。三臺布袋除塵器入口煙道(三通、擋板門及導流板)進行擴徑改造。對引風機增壓后布袋除塵器及煙道的強度進行校核,如強度不足須進行加固。

  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,根據煙道的走向優先在垂直段增高。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)含量達到排放要求。

  增加持液盤提高脫硫效率,現有脫硫塔內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(標干,6%O2),入口煙塵濃度為30mg/Nm3(標干,6%O2),吸收塔噴淋層運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(標態、干基、6%O2)。

  脫硫裝置能在鍋爐最大連續蒸發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運行。吸收塔煙氣入口與第一層噴淋層之間設置持液盤,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。煙氣穿過噴淋層后,再連續流經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間斷運行,采用自動控制和手動控制兩種方式,保證管束式除塵除霧器無結垢。

  吸收塔新增內件應按照漿液運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備及材料按能承受40000mg/L的氯離子濃度性能進行設計。

  2.5引風機改造

  將引風機的全壓由原來的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,由于引風機風壓提升,還需將1800kW電機更換為2000kW的電機。

  2.6儀表改造

  鍋爐低氮燃燒器增加電動執行器及所需增加的DCS卡件及組態。新增DCS卡件所需電源由原有DCS供電系統提供。電動執行機構電源380VAC。電動模擬標準信號4~20mADC兩線制、三線制。更換脫硝以及脫硫出口CEMS系統,并在脫硫出口設置矩陣式流量計、濕度計及抽取式粉塵儀,脫硫入口增設濕度計用于各爐煙氣排放量穩定測量,更換脫硝出口氨逃逸分析儀。

  3改造后調整試驗

  3.1爐內空氣動力場煙花示蹤

  冷態一次風、二次風調平后,分別在上、中、下三層一次風噴口從上至下依次燃放煙花。由試驗人員在爐頂正上方屏區拍攝影像,上、中、下3層一次風4角噴口的氣流均很正常,不存在明顯偏斜及刷墻現象,且氣流切圓均在爐膛中心、切圓直徑大小較為合理。

  3.2熱態試驗調整方向及重心

  鍋爐啟動后,經過調整,在僅啟用1層SOFA風的情況下,該爐SCR進口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,改造后燃燒系統對于控制爐內NOx的生成起到了較為明顯的作用。同時,不同負荷下主燃燒器區域的著火狀況優良,一次風煤粉氣流存在著火過早的趨勢。熱態燃燒調整試驗的主要方向及重心為:

  控制飛灰含碳量、緩解爐內4角噴口掛焦現象、保持兩側煙溫及汽溫的均勻[4]。

  3.3SOFA風投運層數

  經過前期試驗的調整,在運行氧量調整的配合下,僅啟用1層SOFA風(共3層、上層SOFA風全開、其余兩層保留適當的冷卻風),即可將SCR進口NOx濃度控制至設計保證值以內(75%~100%負荷低于300mg/Nm3、75%以下負荷低于350mg/Nm3)。

  為保證爐內主燃燒器區域燃燒良好,在正常負荷范圍(50%~100%)內,僅投運上層SOFA風即可。但是,當SCR進口NOx短時間過高或為滿足低負荷穩燃需要,亦可開啟2層SOFA風或將所有SOFA風全關。

  3.4SOFA風上下擺角

  試驗調整發現,SOFA上下擺角對過熱汽溫度有較好的調節作用(上傾汽溫高、下傾汽溫低),而SOFA上傾時還將對降低SCR進口NOx濃度有一定效果。數據表明:中低負荷運行時,SOFA風噴口處于最大上傾位置時,可保證較高的過熱汽溫與較低的SCR進口NOx濃度;高負荷運行時,則可根據過熱汽溫、減溫水量、NOx濃度及排煙溫度的高低,進行自由調節,保持在水平或最大上傾位置。

  3.5運行氧量

  試驗調整發現,運行氧量的變化對SCR進口NOx濃度影響較大。對于運行氧量的確定主要依據兩個因素:SCR進口NOx濃度、飛灰含碳量,原則上保證各負荷SCR進口NOx濃度維持在設計保證值附近,盡量提高運行氧量,以保證較低的飛灰含碳量。數據表明:中高負荷運行時,運行氧量應維持在2.5%左右,低負荷運行時,運行氧量應維持在3.5%左右,SCR進口NOx濃度可維持在設計保證值附近,且對爐內燃燒的影響相對較小[5]。

  3.6給粉機配粉方式及在線一次風速

  試驗調整發現,給粉機配粉方式與在線一次風速的大小,對緩解燃燒器噴口結焦有一定效果。通過現場冷灰斗及一次風看火孔的觀察發現:中低負荷運行時,采用“中上層負荷高、下層負荷低”的給粉機配粉方式,對于冷灰斗燃燒狀況、噴口結焦狀況、保持較高主汽溫度均有較為明顯的效果。高負荷運行時,采用“中上層負荷高、下層負荷低”的給粉機配粉方式,結合較高的一次風速,對于冷灰斗的燃燒狀況、一次風噴口的結焦狀況也有一定效果。

  3.7典型試驗工況數據

  典型試驗工況測試數據見表4。

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  4改造后工藝標定

  4.1工藝標定結論

  經過168h連續運行工藝標定,低氮燃燒器運行正常,并沒有出現影響鍋爐運行的缺陷問題并將氮氧化物控制在300mg/Nm3以內;脫硝反應器入口溫度在320~420℃之間,在噴氨溫度條件范圍,根據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(表5)。

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  4.2存在的不足

  管束除霧器沖洗水管電伴熱效果不理想,進入冬季后容易造成管道凍凝,影響管束的沖洗;現問題正在處理。

  標定期間,出口NOx有時會控制在10mg/Nm3以下,噴氨量過大容易造成空預器的堵塞、后續設備的腐蝕、脫硫系統的石膏品質變差等。建議將出口NOx控制在35~45mg/Nm3之間。

 
 
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