燃煤熱電循環流化床鍋爐的環保運行與管理

杭州富麗達熱電有限公司 周來方

1 熱電企業環保管理的綜合意義

近年來，浙江省地方標準《燃煤電廠大氣污染物排放標準》及《安全生產法》的相繼落地實施，熱電企業正經歷不斷的改革與發展，新型循環流化床鍋爐的設計理念、技術改造也在不斷優化和重組。采用區域性集中供熱，通過建立、建設具有先進工藝的超低排放的環保型循環流化床鍋爐，利用先進的環保工藝治理生產運行中形成的有害物質，以滿足國家相關規范要求避免污染環境，這是建設中國特色社會主義核心價值觀道路中持續發展的一條可行之路，也是習近平總書記提出的“綠水青山就是金山銀山”的目標方向。

熱電企業通過對鍋爐硬件的提升，加強運行調節與環保參數的協調控制，來改善周邊用熱企業以及熱用戶的生活環境，減輕民生環境資源的壓力。因此，熱電企業為謀求更好的生存發展條件，需要對企業經濟協調優化管理，才能提升企業的綜合實力，對環保維護可持續發展做出應有的貢獻。

2 環保倒逼鍋爐技術改造

杭州富麗達熱電有限公司原有7臺次高溫次高壓循環流化床鍋爐，為響應浙江省委省政府節能減排號召，在2009年組織實施了3×75t/h＋4×130t/h循環流化床鍋爐煙氣超凈排放項目，將煙氣按原執行GB13223-2003《火電廠大氣污染物排放標準》標 準 中SO2≤200mg/Nm3、NOx≤100mg/Nm3、煙塵≤50mg/Nm3排放限值，控制在SO2≤35mg/Nm3、NOx ≤50mg/Nm3、煙塵≤5mg/Nm3[1]。項目投運后減排效果顯著，但是由于脫硫、脫硝等設備的使用，以及煙氣處理中化學反應需要的還原劑、氧化劑等產品的消耗，造成了熱電企業廠用電量、采購成本等指標大幅增長，全廠經濟效益大幅下降。為尋求更好的經濟增長和響應省委省政府節能減排工作，對所有鍋爐進行了技術升級改造。

3 環保參數的控制與鍋爐運行管理的重要關系

燃煤鍋爐環保參數的控制，比較重要指標為燃燒產生的煙氣中含有的SO2、NOx、粉塵、汞、硫化物、CO等污染物，這些生成物大多與進廠煤的品種、鍋爐燃燒調節形成的溫度區間、煙氣的過量空氣系數有密切的關系，因此鍋爐運行的環保與管理是同時進行的。在重點控制環保參數的同時，加強對鍋爐燃燒工況的調整，以獲得實際效益的提升，降低能源損耗、降低環保與鍋爐的運行成本，提高企業的綜合效益。要達到這一目標，必須在實際生產過程中和運行管理中以及經濟效益中多方面進行切入，同時進行。熱電企業消耗的燃料和脫硫、脫硝劑的成本一般占整體企業支出的50%～70%（另外，主要是工資薪酬、備品備件的采購、設備維護與檢修費用），企業的主要營收是供電和供熱，主要依賴于生產運行技術水平和經營管理水平。

3.1 嚴格控制燃煤的品質

煤、石灰石、氨等消耗品從采購、運輸到進廠卸料，在熱電企業中至關重要。在運輸中要做到嚴密防護、防止“跑冒滴漏”對環境造成二次污染，是減少本企業原料損失的必要措施。同時，采購煤炭時必須嚴格控制煤炭中所含物質的成分，如硫、氮含量以及煤的水分、揮發分、灰熔點和焦渣特性等。如煤炭本身含硫量較高則必然生成的SO2含量也高，這就增加了脫硫成本。

另外，煤在燃燒時產生的煙氣中含有較多的SO2、NOx等污染物，均會對涉及的相關設備進行腐蝕，嚴重影響設備使用壽命。燃煤水分過高容易造成燃煤破碎設備堵塞，對應人工疏導開支成本增加，還會造成儲存倉搭橋影響鍋爐運行的連續性和穩定性，在進入爐膛內部燃燒時，水分蒸發吸熱又降低了鍋爐整體的燃燒效率；揮發分過低容易造成著火困難，煤在爐膛內部燃燒不充分，底渣、飛灰含碳量大鍋爐熱效率下降，造成鍋爐熱效率下降形成能源浪費；揮發分過高容易引起煤的堆放自燃，在炎熱的夏季特別容易引發儲煤倉著火，引起各種安全隱患以及大量的能源損失；灰熔點的選擇要盡量高，最好高于1300℃，低于1100℃容易造成流化床鍋爐運行結焦，還會造成燃燒故障引起環保參數無法控制等，因此要嚴格控制燃煤品質。杭州富麗達熱電有限公司采購的煤質主要來自神華煤，其生產運行時的煤質、灰渣分析報告如圖1所示。

圖1

3.2 鍋爐燃燒過程中的調節監控與運行

鍋爐機組的運行調整，在電力生產管理上是必不可少的意識形態，在熱電廠的經濟效益中占有舉足輕重的作用，其首要任務是確保鍋爐機組安全、經濟、穩定運行。在生產實際中，要充分運用多種科學有效的理論，結合鍋爐的燃燒工況進行實踐摸索，既要以提升鍋爐在實際運行中的整體效率，又要充分保障環保數據達標排放。

杭州富麗達熱電有限公司的循環流化床鍋爐，在調整燃燒工況上有諸多較好地實踐經驗：首先每日對鍋爐煤質和灰渣進行監督與檢驗（圖1），依據分析的結果，為生產車間對當日鍋爐的燃燒控制提供參考數據，目的是降低鍋爐的灰渣熱損失，節約燃料減少支出。

其次是對鍋爐燃燒風量的控制，要求控制較小的一次風量（不能低于流化試驗風量），增大二次風量和二次風的穿透力，使鍋爐爐膛平均燃燒溫度在850～950℃，以達到SNCR最佳反應溫度。對鍋爐的氧量控制要求在2%～4%，過低的氧量值使煙氣中的CO濃度急劇增大，造成的后果，一是煤的燃燒不充分使鍋爐燃燒熱損失增加，形成浪費能源，二是過低的氧量值在突發事件中容易引發事故，如遇送、引風機跳閘鍋爐被迫壓火，壓火時爐膛內析出的CO無法及時排出很容易引起爐膛或風室爆炸，損壞鍋爐設備危及安全生產；過高的氧量，一是增大了鍋爐風機的電耗，二是富裕的氧環境會增大NOx數據的排放值（在排放口煙氣中含有的氧量值對排放的NOx值有折算增加量），比較容易造成環保數據超標。

再次是通過啟、停冷渣機的運行方式來調節爐膛溫度，即鍋爐1#、2#冷渣機的切換：本廠鍋爐1#冷渣機進渣口正對著爐膛返料口，2#冷渣機進渣口遠離爐膛返料口，運行時1#冷渣機出渣細顆粒度多、2#冷渣機出渣粗顆粒度多。在鍋爐負荷低時床溫也低，此時盡量多開1#冷渣機減少爐內循環灰量以提高床溫；負荷高時床溫高盡量多開2#冷渣機增加爐內循環灰量以降低床溫。通過切換冷渣機，其好處是當鍋爐負荷變動時床溫變化比較小，使SNCR有一個比較理想的反應溫度場。

同時，在操作鍋爐增減負荷時，盡量做到平穩和協調一致，以避免爐膛溫度大起大落，使脫硝有比較穩定的溫度催化區間，既能夠保證脫硫塔排放的達標與穩定，又節約了氨水的消耗量。對于重點的參照數據，則要求每周都對表計進行一次校核，以保證數據的準確性，為生產依據提供全面的參照基礎。通過對鍋爐的調整、輔助設備的合理實踐與應用，減少了鍋爐運行中各環節的能耗損失，使鍋爐在實際運行中確保集中供熱效率的提高，并且一定程度上減少了燃料成本，為鍋爐安全、經濟、節能、環保提供有效保障。

4 技術改造在環保運行管理中的重要成效

杭州富麗達熱電有限公司在生產實踐中，通過上述各種運行的調配管理，取得了較好的經濟效益。為適應熱電聯產市場的發展，公司于2017年對機組進行參數升級改造，將機組原次高溫次高壓參數改造提升為高溫高壓參數，以提高能源利用效率和經濟效益。項目從2017年6月開始實施，到2022年2月底已完成6臺鍋爐的改造并投入運行。經過對鍋爐“基于流態重構的節能超低排放型循環流化床鍋爐——節煤、節電、低排放、低磨損”的技術改造，使鍋爐循環物料系統分離效率提高增加了循環灰量。爐膛受熱面傳熱系數加大，降低了爐膛溫度。減小了一次風量，加大二次風量，降低燃燒的氧量，有利于爐膛下部還原性氣氛[2]。

同時，增加水冷屏受熱面積，使鍋爐在130t/h負荷時，運行溫度由目前的930℃降低至900℃以下。將NOx原始排放由之前大于300～350mg/Nm3，降低至110mg/Nm3以下，配合SNCR鍋爐尾部NOx排放，進一步降低至50mg/Nm3以下，氨水耗量降低50%。同時，改造后降低了風機運行電耗，一次、二次風機電耗節約20%以上，煤耗下降2%左右，鍋爐熱效率由89.5#提升到≥92%。

全廠發電標煤耗由改造前224g/kWh，下降到目前170g/kWh，全廠熱效率由79.5%提高到目前的84%左右，經濟效益明顯。按改造前2016年度的總供熱371.6萬t同比計算，全年可增加發電量12500萬kWh，按改造前的發電標煤耗率224g/kWh計算，相當于全年可節約標煤約2.8萬t，年分別減少CO2、SO2、NOx 排 放7.8萬 t、10.3t、14.5t（ 其 中NOx、SO2分別按脫硫塔出口CEMS表實際排放濃度計算），按上網電價公司年增加利潤6000余萬元，同時環保各項參數達到超凈排放要求，社會效益、環境效益與經濟效益明顯。

5 考核在環保運行管理中的重要作用

考核的主要目的是為全面提升運行車間管理與運營水平，充分調動全體員工工作積極性，規范生產行為，最大限度促進節能降耗。杭州富麗達熱電有限公司除常規的供電量、鍋爐標煤耗、廠用電率等考核的小指標外，著重增加了對脫硫脫硝參數的考核。其中,脫硫塔出口NOx排放值控制在20～40mg/Nm3，SO2排放值控制在10～30mg/Nm3。其主要內容是NOx、SO2的排放值，在保證不超上限值的紅線標準線時不能無限低。過低的排放值雖滿足了環保要求，但必然造成消耗劑的過度支出造成經濟損失。其危害是控制過低的NOx數值會造成氨的逃逸率（過剩量）增加，未反應的氨在鍋爐尾部煙道與煙氣中的SO2反應形成硫酸氫銨，一層層地黏附在空預器管璧上，造成空預器管間堵塞，鍋爐引風機電流增大耗電增加，惡性循環增加了鍋爐機組的非停檢修次數。

同時，未反應的氨會隨著煙氣或飛灰從反應器的出口被帶入下游的鍋爐部件中，最終排入大氣污染環境[3]。另外，當SO2排放值長期為零會導致脫硫塔出口的環保監督數據異常，要求在接近于零時，應及時減少濕法循環漿液泵的運行臺數，以降低脫硫塔運行時的電耗。通過日常考核促進員工工作積極性和創造性，以及規范日常工作行為，使各生產機組效率和環保排放指標控制在最佳狀態，為公司節能降耗，為企業創造更多的經濟效益。

6 結語

隨著市場經濟迅速發展，鍋爐運行的設備控制自動化程度越來越高，環保的要求也越來越高，如何提高鍋爐燃燒的安全性、可靠性、經濟性、環保性是一門不斷進取的學問，需要廣大相關工作者的不斷努力、探索與創造，是未來熱電企業設備改造中需要緊密關切的問題。2020年9月22日習近平總書記在第75屆聯合國大會一般性辯論上提出，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。由此可以看出，經濟的增長與環保是息息相關、相輔相成的。唯有堅持環保理念，在實踐中求發展，在發展中求生存。相信在今后的發展中，技術會越來越成熟，把經濟與環保的優化管理做得更好，為建設美好家園、發展國家力量做出應有的貢獻。