西安工业大学学报稿件信息
50MW循环流化床锅炉炉内深度脱硫研究与应用
Research and Application of Deep Desulfurization in Furnace of 50MW Circulating Fluidized Bed Boiler
神华福建晋江热电有限公司 巫宁聪
[摘 要] 随着国家对环境保护的重视，加强了重点排污企业环保监管，火电厂大气污染物排放限值越来越严格，为保证机组实现达标排放，在役机组通过技术改造实现降低SO2和NOx排放，以满足国家污染物排放要求。本文对某电厂两台循环流化床锅炉在不建设炉外脱硫装置的情况下，通过对锅炉燃烧情况进行分析，从如何降低锅炉运行床温和提高脱硫剂的使用效率两个方面出发，提出解决问题的思路；通过对锅炉石灰石系统和电除尘飞灰输送系统进行了改造，采用再利用技术提高炉内脱硫剂的利用率，同时改善了锅炉的燃烧工况，更有利于抑制SO2和NOx等污染物的生成。本文对锅炉改造前后的情况进行了对比分析，通过试验数据从锅炉运行的安全性、经济性、钙硫比、热效率、污染物排放等指标方面进行详细论述。
[Abstract] With more attention paid to environmental protection，the environmental protection supervision of key pollutant discharge enterprises has been strengthened，constraints on emission limits of air pollutants from thermal power plant become increasingly strict. To assure the up-to-standard release, technological transformations have been made to lower the emission of SO2 and NOx.
In this article, To meet the national pollutant discharge requirements.In this article, two circulating fluidized bed boilers in ** Power Plant, Without the construction of an off-furnace desulfurization device, the analysis of the combustion of the boiler will start from two aspects: how to reduce the operating temperature of the boiler and improve the use efficiency of the desulfurizer，Proposed the idea of solving the problem.Through the reformation of the boiler limestone system and the electrostatic dust removal fly ash conveying system, the reuse technology was used to increase the utilization of the desulfurizer in the furnace. At the same time, the combustion conditions of the boiler are improved to inhibit the generation of pollutants such as SO2 and NOx.This article compares and analyzes the situation before and after the boiler transformation，Through the test data from the boiler operation safety, economical, calcium-sulfur ratio, thermal efficiency, pollutant emissions and other indicators in detail.
[关 键 词] 循环流化床、二氧化硫、效率、再利用。
[Key words] CFB, SO2, efficiency and reuse.
1.前言
某电厂两台锅炉为东方锅炉厂生产的DG-260-9.81/540-1型循环流化床锅炉，采用炉内喷钙脱硫，设计燃用硫份（Sar）0.98%的福建省无烟煤，钙硫比2.2，脱硫效率90%，SO2排放小于315mg/Nm3，2006年投产发电。2012年加入神华后，锅炉改燃烧神华优质烟煤。
按照GB-13223-2011火电厂大气污染物排放标准规定，自2014年7月1日起，现有火力发电锅炉SO2排放限值执行200mg/Nm3标准；2014年7月福建省发布了《福建省物价福建省环保厅关于实施环保电价及环保设施运行监管工作的通知》（闽价商[2014]191号），规定自2016年1月1日起，循环流化床机组脱硫电价SO2排放浓度考核限值调整为100 mg/Nm3。随着国家对火电厂大气污染物排放的日趋严格，原有设计排放参数无法满足国家标准要求，2015年委托中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司对两台锅炉实施了炉内脱硫提效改造，改造后满负荷工况下实现SO2排放小于100mg/Nm3稳定排放，但仍存在钙硫比高，石灰石利用率低、逃逸量大，灰爆等问题。
2.炉内脱硫现状
2.1脱硫系统布置
炉内脱硫系统根据锅炉原设计燃用福建龙岩无烟煤(硫分0.98%)的要求进行设计。锅炉石灰石一路通过气力输送经炉前三个二次风口送入炉膛，另一路通过气力输送经炉后两个回料器和一个二次风口送入炉膛。
2.2存在的问题
2.2.1锅炉运行平均床温达960℃，单点最高近1000℃，超过了850℃-920℃最佳脱硫运行区间，影响锅炉安全运行和脱硫效率；
2.2.2钙硫比最高增加至7.9，脱硫的石灰石耗量增大，脱硫成本大幅上升，石灰石输送管道磨损严重，弯头或转角处经常出现破损泄漏；
2.2.3石灰石逃逸量增大，电除尘捕捉下的飞灰中CaSO4含量达18-40%，容易发生“灰爆”现象，灰极易板结成块，综合利用率降低。
图一： 飞灰 图二： 飞灰 图三：飞灰
3.脱硫提效改造路线
为进一步深入研究分析影响锅炉脱硫效率的因素，降低钙硫比，减少石灰石的逃逸量，2017年初公司组织专业技术人员开展了锅炉脱硫提效深入研究，并对脱硫系统进行改造和优化运行。
3.1最佳脱硫工况选择
循环流化床锅炉运行床温对脱硫效率影响很大，床温运行调整控制与燃烧煤种、受热面布置、锅炉负荷、灰渣燃尽、NOx污染物排放等因素密切相关。实践表明，脱硫反应的反应速度一开始随温度升高而升高，在850~920℃时达到最佳值；之后随温度升高，反应速度开始下降；在更高的床温下，CaSO4还会逆相分解放出SO2，进一步降低硫酸盐化的化学反应速度。如表一是公司260th CFB脱硫试验SO2排放与床温变化的关系曲线。
表一：锅炉床温对污染物排放变化的关系曲线
循环流化床锅炉炉内脱硫效率的高低，还受到其他诸多因素的影响，包括石灰石的脱硫反应活性、石灰石粒度分布、石灰石中CaCO3 含量高低，入炉煤的发热量和含硫量、风量等。炉内脱硫效率的高低直接影响石灰石消耗量，而目前很多CFB锅炉机组参数控制不合理，也是其难以达到较高脱硫效率的根本原因。但是如何确保锅炉在最佳脱硫床温工况下运行和减少石灰石逃逸量，是提高循环流化床锅炉炉内脱硫效率最关键的两个因素，是我们研究的重点。
3.2确定改造路线
3.2.1降低锅炉运行床温
两台锅炉运行平均床温达到960℃，不利于炉内脱硫，考虑到目前燃用神华烟煤，灰飞可燃物在2%以内，适当降低运行床温不会影响燃烧效率。降低锅炉运行床温方法很多，比如运行调整提高一次风量，改变入炉煤种掺烧高灰份煤种、掺炉渣等多种手段，但这些方法对锅炉经济运行影响较大，不太符合公司要求。如果能把电除尘捕捉的灰通过仓泵送回炉膛，不仅能降低床温，还可以增加物料循环量，是较为理想且容易实现方法。
3.2.3 提高石灰石的利用率
两台锅炉运行时，在满足SO2<100mg/Nm3稳定排放情况下，钙硫比达到7.6，飞灰中CaSO4含量达28-40%，因此将电除尘灰斗中含大量石灰石的灰送回炉膛作为脱硫剂二次使用，有利于提高石灰石利用率，降低石灰石消耗量。
3.2.4系统设计改造方案
由于电除尘一电场灰量大，飞灰再利用系统由一电场的#1、#2号仓泵飞灰通过压缩空气（约0.4MPa）输送到灰库和返料器，由DCS上输入进料时间来控制进灰量的多少。仓泵出料管上安装一个三通阀门，将仓泵飞灰分为两路：
第一路利用原有输灰管，直接连接到灰库。
第二路为新安装输灰管，飞灰再利用回路，连接至锅炉12米平台后，分成两路分别进入左右的返料器。（如图5）
图四：改造图
4.脱硫提效改造后调整试验
2017年4月份在公司专业技术人员的努力下，完成了#1、2锅炉脱硫提效改造，5月份进入试运行，本文选取了改造前3月份和改造后6月份机组在满负荷工况数据进行对比分析，锅炉燃烧煤种为石炭6：神混5000=1:1。#1、2锅炉改造前后对比数据如下：
|
机组 |
|
#1锅炉 |
#2锅炉 |
||||
|
项目 |
单位 |
改造前 |
改造后 |
对比 |
改造前 |
改造后 |
对比 |
|
主汽流量 |
t/h |
260 |
255 |
-5 |
261 |
260 |
-1 |
|
总给煤量 |
t/h |
35.36 |
33.0 |
-2.36 |
35.75 |
36.28 |
0.53 |
|
烟气氧量（左） |
% |
2.98 |
2.75 |
-0.23 |
2.18 |
2.45 |
0.27 |
|
烟气氧量（右） |
% |
3.12 |
2.73 |
-0.39 |
3.07 |
1.68 |
-1.39 |
|
平均床温 |
℃ |
948 |
896 |
-52 |
970 |
909 |
-61 |
|
一次风量 |
Nm3/h |
140253 |
133766 |
-6487 |
160639 |
134878 |
-25761 |
|
二次风量 |
Nm3/h |
110317 |
114222 |
+3905 |
116546 |
157587 |
41041 |
|
一次风机电流 |
A |
29/31 |
29/31 |
0 |
28/26 |
24/24 |
-4/2 |
|
二次风机电流 |
A |
19/18 |
18/18 |
-1 |
17/18 |
19/18 |
-2/0 |
|
引风机电流 |
A |
30/28 |
29/28 |
-1 |
25/15 |
25/16 |
0/1 |
|
排烟温度A |
℃ |
141 |
133 |
-8 |
144 |
133 |
-11 |
|
排烟温度B |
℃ |
133 |
120 |
-13 |
141 |
134 |
-7 |
|
炉膛差压 |
Pa |
926 |
1516 |
590 |
961 |
2020 |
1059 |
|
飞灰可燃物 |
% |
1.98 |
1.53 |
-0.45 |
1.59 |
1.25 |
-0.34 |
|
灰渣可燃物 |
% |
0.98 |
0.84 |
-0.14 |
0.97 |
0.71 |
-0.26 |
|
飞灰CaSO4含量 |
% |
40.13 |
9.5 |
-30.63 |
40.13 |
9.5 |
-30.63 |
|
灰渣CaSO4含量 |
% |
22.5 |
2.1 |
-20.4 |
22.5 |
2.1 |
-20.4 |
|
辅机电耗 |
Kwh/t |
8.43 |
7.93 |
-0.50 |
8.57 |
7.76 |
-0.81 |
|
电除尘电耗 |
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