3×150 t/h燃煤鍋爐超低排放改造方案設計

胡信韜

(湖北省電力規(guī)劃設計研究院有限公司,湖北 武漢 430060)

在《中共中央國務院關(guān)于全面加強生態(tài)環(huán)境保護堅決打好污染防治攻堅戰(zhàn)的意見》和《國務院關(guān)于印發(fā)打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃的通知》的印發(fā)大背景下,火力發(fā)電廠企業(yè)面臨著空前的壓力,已有發(fā)電污染物排放指標需達到粉塵:10 mg/m3(標準,干煙氣,6%O2),二氧化硫:35 mg/m3(標準,干煙氣,6%O2),氮氧化物:50 mg/m3(標準,干煙氣,6%O2)[1]。污染物未達標的火力發(fā)電廠,必須通過升級改造適應污染物排放標準。

對于氮氧化物超標,通常推薦采用源頭治理的方案,即從鍋爐低氮燃燒入手,采用水冷風室、爐膛出口至分離器進口加速段、分離器錐段下部至爐膛水冷壁下部料腿、返料風系統(tǒng)優(yōu)化、二次風系統(tǒng)、爐膛受熱面改造等鍋爐改造措施[2-6],降低鍋爐本體氮氧化物排放,從而降低后續(xù)脫硝設備壓力;同時采用增加選擇性脫硝(SCR)催化劑層數(shù)或SNCR-SCR法,提高SCR反應器的脫硝效率[7]。

對于二氧化硫超標,有電廠采用改造脫硫塔,增大脫硫塔高度,提高脫硫氣液比,增加噴淋層數(shù)、改造除霧器達到超低排放要求。同時拆除煙氣-煙氣再熱器(GGH),防止高泄漏率的煙氣-煙氣再熱器影響電廠二氧化硫達標排放。有電廠采用串聯(lián)塔布置,將原有脫硫塔作為一級吸收塔,新建一座脫硫塔作為二級吸收塔,兩臺的綜合效率為脫硫效率[8],拆除GGH及附屬煙道后,需將煙道重新進行連接。

對于粉塵超標,已有電廠采用脫硫塔后增設濕式電除塵器,提高對細顆粒脫除效率來達到高效除塵的目的[9-10]。同時,可通過改造已有除塵器,提高其效率,如更換濾袋,更換電極板等措施,來實現(xiàn)粉塵超低排放。

1 3×150 t/h燃煤鍋爐系統(tǒng)

某熱電公司,于2011年建成投產(chǎn),全廠設置3臺150 t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐,兩運一備,無錫華光鍋爐有限公司制造。

電廠設置有兩級脫硫系統(tǒng),即爐內(nèi)脫硫+爐外干法脫硫。因為實際燒的煤比設計煤好得多,其低位熱值在19.9 MJ/kg上下,收到基硫不超過1%,僅靠爐內(nèi)脫硫已滿足當前排放要求,故爐外干法脫硫?qū)嶋H上并未投用。當前SO2排放平均值在30 mg/m3(標準)以下,排放峰值超過80 mg/m3(標準)。

2015年,電廠完成了鍋爐SNCR脫硝改造,改造后NOx平均排放值由350 mg/m3(標準)降低到100 mg/m3(標準)以下,排放峰值超過110 mg/m3(標準)。

2015年,除塵器更換了濾袋,除塵效率得以提升,粉塵平均排放值由原來的100 mg/m3降低至25 mg/m3(標準)以下。

現(xiàn)根據(jù)荊州開發(fā)區(qū)污染防治攻堅指揮部要求進行超低排放改造,主要是鍋爐低氮燃燒改造和除塵器改造。本次超低排放改造目標為: SO2排放濃度不大于28 mg/m3(標準)、粉塵排放濃度不大于8 mg/m3(標準)、NOx排放濃度不大于45 mg/m3(標準)。

考慮到鍋爐服役時間較長,14 m以下水冷壁磨損情況較嚴重,對鍋爐進行低氮燃燒改造的同時也需對鍋爐水冷壁進行大修改造,提升鍋爐的安全性、可靠性。同時進行DCS升級改造,將SO2排放穩(wěn)定控制在超低排放水平,提升DCS系統(tǒng)的安全性、可靠性和易用性,提升自動化水平,實現(xiàn)減員增效。

表1 原實際燃煤煤質(zhì)分析資料

2 3×150 t/h燃煤鍋爐改造

可以看到鍋爐原始NOx排放為350 mg/m3(標準),SNCR效率計算值為68%左右,若需進一步提高SNCR效率已很困難。為NOx達標排放,需降低NOx原始排放,即進行鍋爐本體改造。該項工作為超低排放的最重要的工作。

2.1 循環(huán)物料系統(tǒng)改造

(1)旋風分離器按利舊處理。

(2)爐膛出口至分離器進口加速段,采用澆注料加厚處理,縮小喉口尺寸,提高喉口流速。

(3)分離器錐段下部至爐膛水冷壁下部料腿入口之間的全部回料腿和回料閥,重新設計更換處理。回料腿進入爐膛部位水冷壁管需要更換,滿足新回料腿需要。料腿吊掛裝置利舊。

(4)返料風系統(tǒng)優(yōu)化改造,確保返料風系統(tǒng)運行安全可靠。羅茨風機更換,設三臺,兩開一備,一個羅茨風機對應一個回料閥,不采用母管制,返料風道及控制系統(tǒng)新設計。羅茨風機布置要充分考慮檢修通道,并盡可能集中布置。

2.2 二次風系統(tǒng)改造

(1)一、二次風比由原來的55∶45改變?yōu)?0∶50,減少一次風量,增加二次風量。

(2)二次風管重新設計,調(diào)整二次風口標高。

(3)二次風環(huán)形風箱利舊。

2.3 水冷布風風室改造

(1)水冷風室優(yōu)化改造,重新設計,兩側(cè)進風改為后側(cè)進風,構(gòu)造均壓風室,確保布風板布風均勻。點火裝置利舊。

(2)布風板上部床面積通過澆注料進行縮床處理,同時風帽更換,改用新型超低排放風帽。

(3)落渣管位置根據(jù)具體情況確定是否需要重新排布, 每爐增加1臺冷渣機。冷渣機布置要充分考慮檢修通道,并盡可能集中布置。

2.4 爐膛受熱面

(1)考慮到鍋爐經(jīng)過多年運行,水冷壁磨損已比較嚴重,本次鍋爐低氮燃燒改造同時將14 m層以下水冷壁全部更換。本技術(shù)協(xié)議所指14 m高度系相對于水冷壁下集箱,下集箱標高為2.9 m。

(2)對爐膛14 m層以上水冷壁視情檢修處理,如需要則予以部分更換。(此項更換工作不在報價范圍內(nèi),后續(xù)實施過程中如有需要更換部件,單獨列出協(xié)商)。

(3)針對原設計,受熱面不夠,運行床溫偏高,必須增加部分受熱面積。新設計水冷屏和過熱屏安裝,加大受熱面。

(4)水冷屏和過熱屏進出口集箱,前水冷壁和頂部水冷壁用于插屏的讓管、密封裝置及吊掛裝置均需增加。

(5)水冷屏下降管及引出管需要增加,具體根據(jù)現(xiàn)場情況確定。

(6)增加水冷屏排污閥門以及過熱屏疏水閥門及管線。

2.5 SNCR優(yōu)化及氨逃逸

當前每臺爐已配置有1套氨逃逸檢測儀,氨逃逸檢測儀利舊。優(yōu)化SNCR,改造后,氨逃逸不超過8 mg/m3(標準)。

2.6 其他部分

(1)尾部高溫過熱器不需改造。

(2)改造過程中破除的保溫及澆注料要恢復,其余保溫及澆注料利舊。如果發(fā)現(xiàn)鍋爐其他地方保溫損壞并需要修復的,單獨列出協(xié)商。

(3)鍋爐點火系統(tǒng)需要改造,將柴油機械霧化改為空氣霧化。

(4)本次改造方案是建立在原鍋爐各設備完好的情況下制定的,如在項目實施過程中發(fā)現(xiàn)有部件損壞需要更換,且該部件不在本技術(shù)協(xié)議所約束的改造范圍內(nèi),雙方應就費用和實施方案另行協(xié)商。

(5)發(fā)包人應對給煤系統(tǒng)和落渣系統(tǒng)進行檢查,保證燃煤粒度達到要求0～10 mm,排渣順暢。

(6)省煤器上部、旋風筒出口的非金屬大膨脹節(jié)有漏風現(xiàn)象,需要修補。

2.7 改造后的鍋爐參數(shù)

從表2可以看到,通過一系列鍋爐改造,將鍋爐出口原始NOx排放從350 mg/m3(標準)降低至140 mg/m3(標準),經(jīng)過SNCR脫硝后,按照68%SNCR脫硝效率考慮,鍋爐出口NOx排放達到45 mg/m3(標準)。該排放保證值及改造方案的實施由鍋爐廠家負責。

表2 改造后鍋爐設計參數(shù)

3 脫硫改造

當前爐內(nèi)脫硫能力滿足超低排放要求,但SO2排放波動較大,主要原因是爐內(nèi)石灰石給料量常滯后于給煤量的變化。因此,改進石灰石給料系統(tǒng),提高石灰石給料及時性,僅靠爐內(nèi)脫硫滿足超低排放是可行的。

石灰石給料波動大有兩個原因。一是,實際燃煤硫分比原來設計煤低很多,按原來設計煤選的給料閥出力相比現(xiàn)在實際需要就偏大了。二是,石灰石粉倉落料不暢,塌料情況時有發(fā)生,造成石灰石給料量突然增大或減少。

主要改造措施為:

(1)更換石灰石給料機,檢修石灰石料倉。

(2)優(yōu)化DCS控制系統(tǒng),改進石灰石給料控制邏輯,使石灰石給料能及時響應給煤量和SO2排放值的變化。石灰石給料與鍋爐負荷、給煤量調(diào)整聯(lián)動。鍋爐負荷提升時,先提高石灰石給料量,再提高給煤量;鍋爐負荷降低時,先降低給煤量,再降低石灰石給料量。

更換干法脫硫損壞的設備,更換設備列于表3。未列入表3中的設備,在項目實施過程中發(fā)現(xiàn)需要更換的,更換費用由發(fā)包人和承包人協(xié)商解決。

表3 半干法脫硫改造清單

4 除塵改造

除塵改造主要是改造除塵器,將現(xiàn)有濾袋更換為新型超低排放濾袋,濾袋外層為超細纖維,過濾精度高,可保證粉塵排放低于8 mg/m3(標準)。

本項目每臺爐配一臺布袋除塵器,每臺布袋除塵器共有1 440個濾袋,全部更換,濾袋規(guī)格為Φ150 mm×7 560 mm,總過濾面積為5 130 m2,設計過濾風速0.8 m/s。

濾袋技術(shù)要求如下:

(1)除塵濾袋的工作溫度≤160 ℃,瞬間溫度不大于180 ℃。

(2)除塵袋的主體材質(zhì)為PPS+PTFE,超細纖維,質(zhì)量約550 g/m2。

(3)布袋的使用壽命按正常環(huán)境條件從布袋安裝之日起,使用時間不小于3年,如在規(guī)定時間損壞,由廠家負責免費更換,并不得影響生產(chǎn)或煙氣排放超標。

(4)除塵布袋投用后,保證煙氣粉塵排放濃度≤8 mg/m3。

(5)根據(jù)環(huán)保要求,需取消除塵器旁路,鍋爐采用輕柴油點火,點火時有糊袋風險。承包人應對此風險充分考慮,提供預防糊袋措施,并提供技術(shù)指導。

每臺除塵器袋籠更換數(shù)量按720條考慮,承包方保證投運時所有袋籠都是完好的,袋籠采用有機硅防腐。

此外,考慮對布袋除塵器進行漏風檢測,對漏風點進行修復。

布袋除塵器的改造由布袋除塵器廠家實施,主要的材料由布袋除塵器廠家供貨,從而保證粉塵排放濃度達標。

5 電控改造

5.1 控制改造

改造升級后實現(xiàn)除塵、脫硫、脫硝控制全部進入集中控制,方便集中控制管理,提升管理效率,減少管理人員。

(1)將布袋除塵系統(tǒng)的PLC取消,也納入DCS控制系統(tǒng)中。將脫硫、脫硝、除塵和鍋爐汽機整合到一個局域網(wǎng)中,取消脫硫控制室,主廠房集控室進行統(tǒng)一的監(jiān)控。

(2)針對上述改造內(nèi)容,根據(jù)實際情況,把新增的設備納入各自對應的控制系統(tǒng)中去,利用機柜內(nèi)備用的通道或卡槽位,并對其重新組態(tài)。并要求DCS廠家修改現(xiàn)有的石灰石控制策略,比如將給煤量作為前反饋信號,核對并調(diào)整鈣/硫比值等措施,減少調(diào)節(jié)延遲,從控制側(cè)增強脫硫排放的可靠性。

5.2 電氣改造

本次改造中涉及的電氣部分為:

(1)新增工藝設備的供電,電纜敷設及防火,防雷接地等。

(2)對施工期間被拆除或受損的用電設備、電纜、電纜橋架及防火設施的復裝或修復。

低壓動力電纜采用阻燃聚氯乙烯絕緣內(nèi)鎧裝銅芯電纜。控制電纜采用阻燃聚氯乙烯絕緣屏蔽電纜;對模擬量及脈沖量回路選用對絞分屏蔽加總屏蔽電纜,數(shù)字量信號回路選用對絞總屏蔽電纜。

本次改造將利用現(xiàn)有的電纜溝及電纜橋架敷設電纜。由于電廠原有電纜防火措施已很完整,為防止火災蔓延造成損失,所以僅對改造區(qū)域內(nèi)采取相關(guān)防火措施,具體采用的防火措施如下:采用有效的防火材料對電纜構(gòu)筑物分區(qū)封堵;進入柜、盤的電纜孔洞用耐火材料封堵。

6 結(jié) 論

(1)針對氮氧化物超標情況,采用水冷風室、循環(huán)物料系統(tǒng)、二次風系統(tǒng)等鍋爐改造措施實現(xiàn),降低鍋爐原始排放;

(2)針對二氧化硫超標情況,改進石灰石給料系統(tǒng),提高石灰石給料及時性,僅靠爐內(nèi)脫硫滿足超低排放是可行的實現(xiàn),同時更換半干法脫硫損壞的設備;

(3)針對粉塵超標情況,將現(xiàn)有布袋除塵器濾袋更換為新型超低排放濾袋,濾袋外層為超細纖維,過濾精度高,可保證粉塵達標排放。

經(jīng)過對鍋爐系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、電控系統(tǒng)的綜合性改造方案設計,并投入一年半時間依次對三臺鍋爐及其附屬環(huán)保設施進行改造,該項目效果顯著,各項污染物水平均達標排放,供電、防雷、接地安全可靠,控制系統(tǒng)更加符合現(xiàn)代化電廠運行標準。最終該項目完整移交給業(yè)主單位。