循环流化床锅炉超低排放改造可行性分析

李跃军(唐山三友化工股份有限公司， 河北 唐山 063305)

循环流化床锅炉超低排放改造可行性分析

李跃军(唐山三友化工股份有限公司， 河北 唐山 063305)

2016年1月1日起河北省所有燃煤电厂开始实施超低排放限值，本文针对3х240T/H循环流化床锅炉进行超低排放的改造,通过分析脱硝以及超低粉尘监测技术,进一步综合改造后现场测试的效果,来论证循环流化床锅炉超低排放的有效性和可行性。

油价时代；油田企业；投资项目

0 引言

根据河北省2015年7月21日发布的地方标准《燃煤电厂大气污染物排放标准》(DB13/2209-2015)的相关要求，2016年1月1日起河北省所有燃煤电厂开始实施超低排放限值，1#、2#、3#循环流化床锅炉执行烟尘浓度≤10mg/m3，SO2排放浓度≤35mg/m3，NOx排放浓度≤100mg/m3的标准要求，因此如果要满足超低排放标准，我公司必须对1#、2#、3#循环流化床锅炉进行脱硝、脱硫及除尘系统超低排放改造。

1 超低改造前设备工艺

2014年，我公司对1-3#循环流化床锅炉进行了烟气脱硫改造，采用碱渣湿法脱硫技术，并增设湿法静电除尘器，脱硫效率为98.67%。改造前1-3#循环流化床锅炉烟气经四电场电除尘+碱渣湿法脱硫+湿式静电除尘+烟囱排放。烟气排放情况：烟尘≤20 mg/m3，二氧化硫≤50 mg/m3，氮氧化物≤200 mg/m3

2 改造方案

2.1 改造内容

1#-3#循环流化床锅炉2014年底完成碱渣湿法脱硫改造后，通过加强对脱硫剂碱渣品质的监测和调整，二氧化硫排放浓度可以达到35毫克限值要求，因此脱硫系统不再改造。除尘设施通过增加湿式电除尘改造后，按设计要求，基本上可以达到超低限值10毫克的要求，但是，由于粉尘在线监测仪精度无法满足测量要求，必须对粉尘在线监测仪进行升级改造。

2.2 脱硝系统改造方案

2.2.1 氮氧化物生成原理

循环流化床锅炉燃烧过程中氮氧化物的生成量与锅炉炉膛的燃烧温度和空气过量空气系数有关。锅炉燃烧状态下产生的氮氧化物分为两种，一种是燃料型氮氧化物，一种是热力型氮氧化物，热力型氮氧化物的产生与锅炉内燃烧温度有关，燃烧温度越高，热力型氮氧化物越高。循环流化床锅炉炉膛燃烧温度比煤粉炉要低，热力型氮氧化物产生量较少。燃料型氮氧化物的形成主要分成两步：第一步：在燃烧状态，燃料中含有的杂环氮化物等受到加热后分解为HCN或NH3，然后随着挥发分释放出来。第二步，HCN或NH3在氧化的气氛下转化为氮氧化物，燃料型氮氧化物的转化率和生成量取决于锅炉炉膛的燃烧温度，燃烧温度较高时，燃料中的氮将以氮氧化物形式挥发出来，燃烧温度较低时，燃料中的氮将残留在灰渣中。

根据2013年8月，《燃料科学与技术》期刊刊登的《节能型循环流化床锅炉底氮氧化物排放的分析》可知，当循环流化床锅炉温度控制在900℃，且当煤中含氧量不高时(低于0.9%)，NOx排放浓度可低于100mg/m3。

2.2.2 改造方案

将脱硫塔前、四电场静电除尘器后引风机出口处含氧量低的烟气引至锅炉一次风机入口处，作为流化风吹入炉膛进行燃烧，送风管道规格为Φ720×5，且在吸风机出口管道汇合处之后增加阀门，用于风量的调节。改造后可有效控制循环流化床锅炉温度在900℃左右，根据项目用煤煤质分析，项目煤中含氮量低于0.9%，NOx排放浓度可低于100mg/m3。具体流程工艺图见图1。

图1 乏气改造流程图

2.3 粉尘在线监测仪升级方案

我公司原有粉尘在线监测仪为国产LDM-100型激光粉尘仪，该粉尘仪是通过测定激光透射烟气后的光强与原来入射光强的比值，实现对各类过程管道、排放烟道中的烟气浊度和粉尘浓度进行实时、连续检测。

该粉尘仪测量量程0～100mg/m3,由于超低排放标准已将粉尘浓度标准降至10mg/m3，该粉尘仪受粉尘颗粒物在烟气中的粒径分布影响较大，且监测精度较低，烟气粉尘仪两侧的透视镜片经常被蒸汽、粉尘污染，不适用湿度较大烟气的烟气测量，因此，此种监测方式的监测精度无法满足粉尘的超低排放监测要求。

针对湿烟气中含水量高，存在结露的工况环境，我公司选用PM-1820WS型超低粉尘仪，该粉尘仪通过伴热的采样探头将烟气进行抽取，在干燥状态下对粉尘浓度进行测量，有效的避免了湿式电除尘后烟气凝结、湿度过大对粉尘测量精度的影响，可以精确的测量饱和状态下烟气，不受湿度影响。该粉尘仪测量原理采用激光散射法，激光打到粉尘上，产生散射光，散射光通过光电转换将电流信号转化为粉尘测量浓度信号。

3 效果分析

循环流化床锅炉的燃煤参数控制如下：发热量4300～4700 Kcal、灰份25%～30%、外水10%、硫份0.8%以下。

锅炉负荷170吨/小时以上时，控制一次风室压力13～15.5kPa，床温以测量高点为准，控制在960度以下，控制省煤器出口氧量3%～5%。

锅炉负荷170吨/小时以下时，控制一次风室压力13～15.3kPa，床温以测量高点为准，控制在900度以下，控制省煤器出口氧量3%～4%。

通过对锅炉进行以上改造和调整，锅炉出口氮氧化物排放浓度可以稳定控制在70～90mg/m3。从改造后实验数据中可以看出，1#-3#循环流化床锅炉完成低氮燃烧器改造后，NOx的排放浓度由原来的200mg/Nm3左右降低了55%～65%，脱硝运行的整体性能有所改善。循环流化床锅炉乏气改造项目一次性投资共计30万元，该项目投资将比同类型锅炉进行SNCR脱硝改造节省投入成本500万，排污费每年节省100万元。

超低粉尘仪升级改造完成后，仪器数值显示，湿式电除尘出口粉尘浓度稳定控制在3～8mg/Nm³，说明我公司脱硫塔出口安装湿式电除尘的方案是可行的。

根据唐山市重大活动及重污染天气限产方案规定，通过超低排放改造的燃煤电厂，将不再受限产方案约束，有利的保障了公司稳定生产。

4 结论和建议

循环流化床锅炉通过乏气改造后，虽然氮氧化物排放浓度已经达标，但是由于煤仓堵煤、给煤机检修、返料检修等引起的氮氧化物折算值超标现象还是比较频繁，因此锅炉运行还需要对设备加强维护，减少折算值超标现象发生。

锅炉烟气通过湿法脱硫改造后，烟气一直通过临时排放烟囱排放，超低粉尘仪临时安装在临时排放烟囱上，由于仪器灵敏度高，安装位置离排放口太近，如遇刮风、下雨、沙尘暴等恶劣天气，粉尘浓度波动较大，因此建议烟囱防腐改造后，将仪器安装在水平烟道烟气平流段，以避免其他不良影响。

总之，锅炉通过超低排放改造后，设备的稳定运行非常重要，操作人员需要在运行中摸索出设备的最佳运行参数，最终满足现有超低排放标准的要求。

[1]李竞岌，杨海瑞，吕俊复，张建春，曹培庆，赵勇钢，白杨.节能型循环流化床锅炉底氮氧化物排放的分析[J].燃料科学与技术，2013.8.

[2]韩宝彬.浅谈锅炉燃烧调整对氮氧化物排放的影响[J].机电信息，2015.12.

[3]关于印发唐山市燃煤发电机组超低排放升级改造专项行动实施方案的通知[M].

[4]关于调整排污费收费标准等有关问题的通知[M].冀发改价格[2014]1717号.

[5]河北省质量技术监督局 河北省环保厅 DB 13/2209—2015燃煤电厂大气污染物排放标准[S].2015.

[6]安立芬，陈术义.污染物排放连续监测系统CEMS3000在TDI的应用[J].河北化工,2009.

李跃军(1982-)，男，河北石家庄人,工程师，主要从事热电分公司烟气脱硫、脱硝技术管理工作。