火力發電廠鍋爐設備管理及改造研究

福建晉江熱電有限公司 戴文斌

對于循環流化床鍋爐而言，燃料適應性突出，可有效調節負荷能力，在環保方面優勢顯著，受到了行業的高度關注。相關文件指出，應對燃煤發電機組進行嚴格檢查，判斷大氣污染物排放情況并加強環保改造，積極落實脫硫、脫硝設施安裝，配備防塵設施，如果機組未達到標準應責令整改，確保機組能夠在全時段內滿足達標排放要求。以國家相關政策作為參考，加強燃煤機組煙氣排放應切實提升日程，經有效治理確保企業可持續發展。

某火力發電廠于2004年建成，截至目前投產運行良好。該電廠主要使用2×50MW機組，配DG260-9.81/540-1型循環流化床鍋爐，煤源具有較高的穩定性。以入爐煤相關分析報告作為參考，基硫分均低于0.75%。在未改造前主要應用爐內噴鈣干法進行脫硫處理，經有效檢測，可在一定程度上降低SO2濃度質量，應用SNCR 完成脫硝工作，還原劑組成為氨水、劑量為25%。NOx濃度質量在100mg/m3以下，以布袋除塵器落實除塵處理。

1 煙氣排放改造

應用SNCR 進行脫硝，處理完成NOx后，吸收劑接觸到煙氣可形成一定的反應，進而出現亞硫酸鈣，對含塵煙氣進行凈化并排出，轉入到脫硫環節，經除塵器完成相應的氣固分離處理。本文主要以脫硫、脫硝及除塵器三個方向展開相應的改造工作，因為傳統脫硫使用爐內噴鈣干法，具有一定效果，可對該方法進行保留、予以優化處理，將半干法工藝進一步應用在鍋爐中。借助生石灰完成脫硫劑排放。經有效處理，檢測鍋爐煙氣排放情況，如果為單爐煙氣排放，SO2質量濃度相對較高，而在使用半干法后煙氣得到有效處理，檢測SO2排放情況，濃度質量下降顯著，具體可控制在350mg/m3。

在脫硝系統方面，改造技術有低氮燃燒、SNCR（選擇性非催化還原法）系統提效改造以及爐后協同脫硝。經有效改造治理后，對爐膛各部分煙氣情況進行相應的檢測，NOX濃度質量均得到了有效降低。具體分析，在低氮燃燒改造中，借助分級燃燒原理能控制爐床溫度，在溫度降低的情況下NOx生成也會隨之減少。針對SNCR 應用，除數學模型構建外還涉及到物理模型的構建，借助仿真流場模擬相關技術，可確定噴槍位置及相應參數，其中還原劑主要由氨水組成。在協同脫硝工藝方面，將其應用在鍋爐運行中在極端工況下較為常見，可對鍋爐運行異常情況進行有效補救，使煙氣排放得以控制并滿足達標排放要求。利用脫硫吸收塔流化床反應器吸附劑顆粒，以其作為載體，借助脫硝劑經過相應的氧化、催化作用使NO 有效轉變為NO2，并與鈣基吸收劑形成中和反應，最終實現脫硝。本文使用脫硝劑成分為25%亞氯酸鈉溶液[1]。

使用半干法，除塵器通過吸收脫硫劑能對脫硫劑原本均勻性進行有效改進，使整個霧化噴水過程保持良好的均勻性。脫硫后需使用專用布袋除塵器落實除塵處理，本文對其加以改造，通過增加了大腔沉降技術、超濾技術并增設布袋數量確保除塵系統工作效率。經改造后，在煙塵入口處質量濃度為54g/m3，具體排放指標在10mg/m3以下。就目前而言，無論是脫硫工藝還是除塵工藝，在行業內均已發展成熟，因此本文主要以脫硝作為研究重點。在整個設備改造中低氮燃燒改造屬于核心部分，在改造前應嚴格檢測NOx排放情況，以確保煙氣排放控制作為前提，避免相關要素對鍋爐運行造成影響。

改造二次風供風。針對原有鍋爐二次風，主要存在于爐前、爐后，各三層、兩層，其中，對比與布風板之間的距離，下層風口為951.66mm、上層風口為4662.73mm。借助上述設計形式，在整體分級燃料燃燒中并沒有明顯優勢，且具有較高的NOx生成概率。本文主要使用改造技術為分級燃燒技術，通過合理控制前后墻、側墻風口，可有效實現NOx生成控制。

以分離器入口方面進行改造，通過縮短1號、2號爐分離器入口煙道寬度，能有效保障分離效率，并進一步提升整個鍋爐整體效率。以分離器中心筒方面進行改造，應借助有效手段對中心筒厚壁進行調整并做好材料控制工作。選擇適當材料完成中心筒鑄造并設置壁厚為16mm，縮減中心筒上口徑以及下口徑，使中心筒能夠順利膨脹，以免受到高溫影響，出現變形情況。

以布風板風帽方面進行改造，結合鍋爐運行實際需求，應合理選擇風帽，保障風帽阻力，提高其使用壽命。通過落實風帽選擇確定開孔數量，能夠進一步保障流速、動量，使布風均勻并提升流化質量。在改造后風帽被控制在700個以下，開孔率保持在4.0%，以菱形交錯形式完成風帽布局，有效提升了布風板功能，促進流化均勻性[2]。

2 改造效果以及改造后問題處理

參照上文改造方案，該火電廠完成了對兩臺設備的改造，整個改造共花費4個月，在改造完成后對鍋爐煙氣排放情況進行檢測，兩臺鍋爐均已達到行業標準。但是結合實際運行而言鍋爐還存在一定的問題，需進一步對改造后的鍋爐進行處理，以符合超低煙氣排放作為前提，確保鍋爐運行穩定性以及安全性。

建立在有效改造基礎上，火電廠進一步完成了煙氣排放檢測，驗收工作由環保局負責。鍋爐1、鍋爐2改造后SO2濃度（mg·m3）分別為4～6/6～23、NO2濃度分別為15～36/20～38、顆粒物濃度分別為2.0～3.4/2.3～5.6。根據國家標準，SO2、NOx以及顆粒物質量濃度應分別控制在35mg/m3以下、50mg/m3以下及10mg/m3以下，經有效對比，在完成改造工作后所有鍋爐均符合煙氣排放標準。

2.1 改造后鍋爐存在問題

完成鍋爐改造后，在正式運行過程中旋風分離器異常情況時常發生，返料不僅間斷性進行，整體返料也呈現不均勻現象，且在返料風室存在明顯振動反應。同時，由于塌床頻發難以實現負荷調整，無論是鍋爐、低負荷運動均得不到有效調整，導致環保參數難以得到保障。在NOx控制方面，受到改造后影響氨水使用情況增多，在氨水過量的情況下將會由于物料過多導致壓死，并進一步影響流化狀態的形成，造成機組解列，需經過長時間排渣工作才能使鍋爐繼續運行。因為循壞灰量出現增加情況，在輸渣系統中將會達到一個較高的負荷，對設備損害嚴重，導致其可靠性下降。

2.2 鍋爐存在問題原因分析

經有效改造分離效率提升明顯，并在一定程度上增加了外循環量，改造效果十分顯著。但在整個改造環節并沒有涉及到返料系統改造，因為增加了外循環量，返料處理難以滿足改造后需求，造成返料不均勻、物料返回爐膛加劇，將會進一步造成流化狀態被破壞，進而增加塌床的可能性，甚至還會出現爐床壓死的現象。建立在有效測算手段基礎上，獲取爐內物料量為230t，與改造前相比增加顯著。針對返料風室而言，受到澆筑料脫落影響絕熱部分功能下降，將會導致流化、返料受到影響，返料風室形成振動情況。

此外，在分離器中，高溫循環物料在改造后得到顯著提升，因為水冷壁蒸發、受熱面吸熱增加，在溫度過高的情況下鍋爐尾部受熱面明顯減少，觀察主蒸汽溫度，將會發現其脫離最初設計要求。正常而言，通過使用SNCR 改造，將改造后與改造前相對比分級燃燒可有效降低整個爐膛的溫度，但受到低負荷影響，鍋爐還原反應工作效率顯著下降，增加增加氨水使用量。

2.3 鍋爐處理對策

針對上文出現的鍋爐問題對鍋爐進行了二次改造，首先對鍋爐分離器進行了優化設計，調整了入口煙道寬度，通過控制分離效率使循環灰量得以降低。在U 型回料中對回料阻力進行了重新設計，使其得到一定的降低，促進鍋爐回料量得到增加。結合整個處理環節，在不更改外筒尺寸的情況下合理控制澆筑料厚度，進一步實現“翻墻”高度控制，使阻力得到有效降低，提高返料處理。集中檢查分離器立管，在發現澆注料脫落后統一進行修補，更換已被燒毀的鋼板以及風帽。落實爐膛負壓調整，將其控制在標準范圍內，針對床壓波動，應以負方向對負壓作加大處理，使爐膛細灰份額得到有效控制，盡可能避免鍋爐處于負壓運行狀態，確保細灰量能夠順利排出。

2.4 改造后處理效果

經再次處理后，鍋爐各項運行異常情況均得到了有效控制，床壓波動恢復正常，在降低分離效率后，在尾部煙道中飛灰份額增加，過熱系統換熱量也得到有效控制，主汽溫度處于正常狀態并達到額定值水平，在整個運行過程中，因減少了立管振動情況返料風室振動情況消失。

綜上，在整個鍋爐設備改造中燃料來源始終處于穩定狀態，且由于基流分低于0.75%，使用爐內噴鈣干法、爐外半干法落實脫硫工作，并使用高效布袋防塵器配合除塵系統做好相應的處理工作，經低氮燃燒、SNCR 系統提效以及爐外協同脫硝工藝，可有效實現煙氣排放控制，并進一步落實低氮燃燒改造。在本文設備中，借助有效改造后鍋爐均達到超低煙氣排放標準，為企業長期發展提供了有效保障。