循環(huán)流化床鍋爐優(yōu)化改造技術(shù)

作者 | 龍翼川

湖南安普諾環(huán)?？萍加邢薰?/p>

摘要:以新疆某熱電廠2×75t/h 循環(huán)流化床鍋爐脫硝改造工程為例闡述了項(xiàng)目的實(shí)施及工程項(xiàng)目管理、脫硝方案及工藝的選擇、鍋爐的配套改造等，總結(jié)了工程建設(shè)及設(shè)備調(diào)試、運(yùn)行中積累的經(jīng)驗(yàn)及出現(xiàn)的問題，為類似鍋爐的脫硝改造提供借鑒作用。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床；SNCR；SCR；聯(lián)合脫硝；改造

為減少鍋爐NOx的排放，改善當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境，提前適應(yīng)新的環(huán)保政策，新疆某熱電廠決定對該廠1#、2#爐2×75t/h循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行煙氣脫硝改造。

1 設(shè)備概況

新疆某熱電廠2×75t循環(huán)流化床鍋爐于1996年開始建設(shè)，1998年4月投入使用，孤網(wǎng)運(yùn)行，累積運(yùn)行約13萬小時，使用年限較長。鍋爐為濟(jì)南鍋爐廠生產(chǎn)制造，型號：YG-75/3.82-M6，過熱蒸汽額定溫度：450℃，過熱蒸汽額定壓力：3.82MPa，汽包額定壓力：4.12MPa，給水溫度：105℃，一次風(fēng)預(yù)熱溫度：180℃，二次風(fēng)預(yù)熱溫度：120℃，冷風(fēng)溫度：30℃，排煙溫度實(shí)際運(yùn)行值在150℃~190℃區(qū)間，過剩空氣系數(shù)1.475。

因進(jìn)行脫硫除塵改造后原引風(fēng)機(jī)風(fēng)量過小，經(jīng)新疆風(fēng)機(jī)廠對引風(fēng)葉輪進(jìn)行了改造，參數(shù)為：電機(jī)：10Kv 280kw，風(fēng)量117797m3，風(fēng)壓：7975Pa。

鍋爐設(shè)計煤種為無煙煤，爐膛溫度較低，NOx排放濃度較高。正常負(fù)荷下NOx排放濃度可達(dá)到700~900mg/Nm3，本項(xiàng)目NOx設(shè)計排放濃度800mg/Nm3。

2 工程的實(shí)施

2.1 工程建設(shè)方式

本工程采用項(xiàng)目總承包方式，總包單位為湖南安普諾環(huán)?？萍加邢薰?，工程施工單位由新疆本地一家安裝企業(yè)承擔(dān)。

2.2 脫硝工藝簡介

選擇性非催化還原（Selective Non-Catalytic Reduction，以下簡寫為SNCR）技術(shù)是一種成熟的商業(yè)性NOx控制處理技術(shù)。SNCR技術(shù)主要在870～1,205℃下，將含氮的化學(xué)劑噴入鍋爐煙氣中，將NO還原，生成氮?dú)夂退?/p>

選擇性催化還原（Selective Catalytic Reduction，以下簡寫為SCR）技術(shù)是一種成熟且高效的Nox控制處理技術(shù)。利用催化劑使Nox與NH3在285～420℃的條件下發(fā)生反應(yīng)，將NO還原，生成氮?dú)夂退?/p>

SNCR/SCR聯(lián)合法是將SNCR工藝中還原劑噴入爐膛的技術(shù)同SCR工藝中利用逸出氨進(jìn)行催化反應(yīng)的技術(shù)結(jié)合起來，從而進(jìn)一步脫除NOx，它是結(jié)合了SCR技術(shù)高效、SNCR技術(shù)投資省的特點(diǎn)而發(fā)展起來的一種新型工藝。下圖1是SNCR/SCR聯(lián)合法的原理示意圖，該組合工藝具有兩個反應(yīng)區(qū)，通過布置在鍋爐爐墻上的噴射系統(tǒng)，首先將還原劑噴入第1個反應(yīng)區(qū)爐膛，在高溫下還原劑與煙氣中NOx在沒有催化劑參與的情況下發(fā)生還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)初步脫硝。然后未反應(yīng)的還原劑進(jìn)入混合工藝的第2個反應(yīng)區(qū)SCR反應(yīng)器，在有催化劑參與的情況下進(jìn)一步脫硝。SNCR/SCR 聯(lián)合脫硝工藝最主要的改進(jìn)就是省去了SCR設(shè)置在煙道里的復(fù)雜氨噴射系統(tǒng)，并減少了催化劑用量。

圖1 SNCR/SCR 組合技術(shù)脫硝工藝

2.3 改造方案

新疆某熱電廠的2×75t/h循環(huán)流化床鍋爐NOx的排放濃度較高（最高接近1000mg/Nm3），新疆當(dāng)?shù)氐臏p排要求是100mg/Nm3以下。綜合考慮，本工程脫硝改造采用燃燒優(yōu)化+SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝，入口NOx按800mg/Nm3設(shè)計，出口NOx濃度可降至100mg/Nm3以下，脫硝效率可達(dá)到87.5%以上。

該熱電廠的2臺鍋爐均室內(nèi)布置，鍋爐房未考慮脫硝預(yù)留位置。SNCR脫硝系統(tǒng)無須占用其余空間，公用系統(tǒng)放置于鍋爐房旁的脫硝站房內(nèi)，分配和噴射模塊也直接放置于鍋爐平臺上。考慮到新疆冬季氣候，SCR系統(tǒng)直接放置于鍋爐房內(nèi)，如果按照常規(guī)的SCR系統(tǒng)布置，現(xiàn)場根本無法進(jìn)行煙道的布置和施工。經(jīng)多次現(xiàn)場查勘，結(jié)合實(shí)際情況，確定最終施工方案：從鍋爐原有三段省煤器處傾斜設(shè)置一塊煙氣擋板門，將原鍋爐煙氣從側(cè)面引出，經(jīng)垂直煙道至鍋爐頂端后再轉(zhuǎn)個彎回到鍋爐正面，經(jīng)過催化劑層后煙道再轉(zhuǎn)彎從另一側(cè)回鍋爐。

現(xiàn)場布置如下圖所示：

2.4 主要設(shè)計參數(shù)

①單臺鍋爐煙氣量（ 引風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量）按120000Nm3/h設(shè)計；

②NOx初始濃度按800mg/Nm3設(shè)計，脫硝出口NOx排放值降至100mg/Nm3以下，脫硝總效率達(dá)到87.5%以上。

③ 脫硝系統(tǒng)的壓降差按不大于1500Pa設(shè)計。

④SNCR 脫硝噴射裝置布置三層，分別位于鍋爐前墻16.5m標(biāo)高處、旋風(fēng)筒入口和出口，SCR脫硝系統(tǒng)催化劑按1+1設(shè)計，一用一備，初始安裝1層催化劑。

⑤ 脫硝系統(tǒng)采用尿素溶液為還原劑，單臺鍋爐滿負(fù)荷干尿素最大消耗量為38kg/h。

⑥根據(jù)相關(guān)規(guī)定和鍋爐運(yùn)行情況，本工程不設(shè)置脫硝旁路和省煤器旁路系統(tǒng)。

⑦ 在滿足脫硝系統(tǒng)要求的溫度下（SNCR 區(qū)域在800℃~1000℃，SCR系統(tǒng)入口在300℃以上），NOx的脫硝效率能達(dá)到90%以上，氨逃逸測量值小于3mg/m3。

2.5 鍋爐相關(guān)設(shè)備的改造

2.5.1 鍋爐燃燒優(yōu)化

根據(jù)鍋爐原始數(shù)據(jù)，在低負(fù)荷的情況下（60%—30%），爐膛燃燒溫度較低，旋風(fēng)筒進(jìn)口和出口溫度已低于700℃，根本無法達(dá)到SNCR反應(yīng)的溫度條件。通過CFD模擬設(shè)計和詳細(xì)計算，調(diào)整一次風(fēng)、二次風(fēng)開度和燃煤配比，并進(jìn)行高效省煤器的改造，適當(dāng)增加爐膛煙溫，達(dá)到鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時也能滿足SNCR的反應(yīng)條件。

2.5.2 引風(fēng)機(jī)改造

鍋爐加裝煙氣脫硝裝置會使鍋爐煙氣系統(tǒng)的阻力增加，脫硝裝置的阻力包括這幾個部分：煙道的沿程阻力、彎道或變截面處的局部阻力、反應(yīng)器本體（主要是催化劑）產(chǎn)生的阻力以及整流裝置、噴氨格柵（本系統(tǒng)無）等阻力。經(jīng)過詳細(xì)設(shè)計計算，本工程脫硝改造裝置煙氣系統(tǒng)總阻力約1200-1500Pa（增加備用層催化劑），原有引風(fēng)機(jī)已無法滿足鍋爐系統(tǒng)阻力的要求，故需要對引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造。根據(jù)引風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)結(jié)果，整體更換引風(fēng)機(jī)是最簡單的改造方式，成本也在可控范圍之內(nèi)，故重新更換兩臺符合改造后系統(tǒng)阻力要求的引風(fēng)機(jī)。

2.5.3 省煤器改造

由于現(xiàn)有鍋爐部分省煤器爆管、腐蝕甚至脫落嚴(yán)重，且為了控制省煤器出口煙味，結(jié)合燃燒優(yōu)化，盡可能減少煙溫?fù)p失，在提高鍋爐效率的同時提升反應(yīng)器的性能和延長反應(yīng)器催化劑的使用壽命，對鍋爐省煤器也進(jìn)行了改造。

3 調(diào)試及運(yùn)行情況

2016年9月中旬，本工程完成了全部安裝工程，達(dá)到調(diào)試條件。2016 年9 月15—9 月29 日，進(jìn)行系統(tǒng)冷態(tài)單機(jī)調(diào)試，2016年9月29日，在完成了單機(jī)調(diào)試后，脫硝系統(tǒng)正式投入聯(lián)動運(yùn)行，嚴(yán)格按照調(diào)試方案進(jìn)行調(diào)試。

脫硝系統(tǒng)投入運(yùn)行后，根據(jù)鍋爐負(fù)荷和NOX的排放情況，首先進(jìn)行少量噴氨測試，全面檢查脫硝系統(tǒng)（氨氣）嚴(yán)密性及SCR反應(yīng)器后各參數(shù)顯示正常，參數(shù)變化趨勢正確，隨后逐漸增加噴氨量。經(jīng)過近10天的時間，系統(tǒng)主要設(shè)備消缺、調(diào)試完畢，脫硝效率可以達(dá)到90%以上，出口NOX 最低可以達(dá)到30mg/Nm3以下。

2016 年11 月，2 臺鍋爐均順利完成了第三方性能考核試驗(yàn)，12月份通過環(huán)保部門的驗(yàn)收。截止目前，脫硝系統(tǒng)運(yùn)行正常，效率穩(wěn)定，完全滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)保排放的要求。

4 改造工程過程中的問題和積累的經(jīng)驗(yàn)

4.1 設(shè)計、采購、施工及調(diào)試中的問題

①設(shè)計人員技術(shù)水平高低不一，部分設(shè)計人員第一次進(jìn)行類似設(shè)計。且出于成本考慮，主設(shè)人員僅去了一次現(xiàn)場，土建設(shè)計人員根本沒去現(xiàn)場，主觀設(shè)計較多。直接造成后期施工的被動，很多設(shè)計直到施工到了這一步才發(fā)現(xiàn)問題，結(jié)果推翻重來，浪費(fèi)了工程成本和延誤了工期。

②設(shè)備到貨較晚。因前期合同談判事宜，部分設(shè)備遲遲不能訂貨，恰逢設(shè)備采購高峰期，引風(fēng)機(jī)、反應(yīng)器、CEMS和氨逃逸、電氣設(shè)備、進(jìn)口儀器儀表等設(shè)備到貨較遲。工程后期積壓工作較多，現(xiàn)場作業(yè)面過廣，施工人員集中過多，給工程的安全管理和質(zhì)量管理帶來了極大的難度。

③施工單位的管理能力明顯欠缺，尤其是本項(xiàng)目施工單位的管理人員，之前幾乎沒有接觸過脫硝改造項(xiàng)目，過分依賴施工隊(duì)長，不能在施工現(xiàn)場盡到施工單位管理人員應(yīng)盡的管理責(zé)任，給各方的現(xiàn)場管理帶來了非常大的壓力。

④ 大部分施工人員的技術(shù)水平和素質(zhì)較低，不能適應(yīng)大型工程各項(xiàng)管理的要求。施工隊(duì)伍中部分人員安全意識差，技術(shù)水平低，現(xiàn)場被業(yè)主和監(jiān)理違章處罰較多，存在很多的施工質(zhì)量整改，給現(xiàn)場安全和施工質(zhì)量管理帶來難度。

⑤本項(xiàng)目工程各作業(yè)面全部展開后，施工人員數(shù)量不足，質(zhì)量也不高。因設(shè)備到貨較為集中，在工程后期，積壓工作較多，現(xiàn)場作業(yè)人員嚴(yán)重不足，一人身兼數(shù)職，后期夜間施工明顯增加，現(xiàn)場安全管理難度加大。

4.2 改造工程積累的經(jīng)驗(yàn)

① 在鍋爐脫硝改造方案設(shè)計前進(jìn)行有針對性的CFD模擬設(shè)計，為方案的合理設(shè)計提供了可靠的依據(jù)。

② 同步對省煤器進(jìn)行了改造，盡可能地減少爐膛煙溫?fù)p失，既保證了催化劑的投運(yùn)溫度又提高了鍋爐效率。

③ 對鍋爐的燃燒進(jìn)行了優(yōu)化，不僅針對省煤器進(jìn)行了改造，還對空預(yù)器、鍋爐燃煤配比、一次風(fēng)、二次風(fēng)等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行最優(yōu)化的調(diào)整。

④ 改造前對鍋爐原有引風(fēng)機(jī)進(jìn)行了性能測試，在滿足系統(tǒng)要求的前提下，使引風(fēng)機(jī)的改造量降到最小。

⑤催化劑前端加裝了蒸汽吹灰器，以蒸汽吹灰為主，保證催化劑在運(yùn)行過程中能得到較好的清潔，防止催化劑的堵塞。

⑥預(yù)留了足夠的催化劑布置空間，即使后期國家進(jìn)一步提高環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，也無須進(jìn)行大型改造。

⑦工程管理這一塊需要更充分的綜合考慮，提前選好一支

高素質(zhì)好技術(shù)的施工隊(duì)伍是項(xiàng)目能夠順利實(shí)施的重要保證。

5 結(jié)語

本工程是國家電力投資集團(tuán)（中電投和國家核電合并組建）在新疆的全資子公司的第一個脫硝改造項(xiàng)目，政治意義非凡，在工程實(shí)施過程中，國家電投集團(tuán)總經(jīng)理、新疆分公司領(lǐng)導(dǎo)，新疆環(huán)保廳和烏魯木齊市環(huán)保局等各級領(lǐng)導(dǎo)多次蒞臨項(xiàng)目現(xiàn)場考察和指導(dǎo)工作，在各位領(lǐng)導(dǎo)的親切關(guān)懷下，本項(xiàng)目一次性通過環(huán)保驗(yàn)收，得到了國家電投集團(tuán)公司和業(yè)主方的認(rèn)可。

該熱電廠2×75t循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硝項(xiàng)目采用了SN?CR+SCR聯(lián)合脫硝工藝，脫硝效率可達(dá)到90%以上。按目前配煤摻燒后脫硝入口NOX濃度為800mg/Nm3左右，脫硝后最低可降低到30mg/Nm3，可以直接滿足目前各大電廠正在實(shí)施改造的超低排放要求。目前該熱電廠結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的最佳考慮，脫硝后NOX排放濃度一般穩(wěn)定在90mg/Nm3以下，每年可以消減NOX大約為1000t。

綜上所述，該電廠進(jìn)行本次脫硝項(xiàng)目改造一步到位，且可以滿足國家越來越嚴(yán)格的環(huán)保減排政策（可以直接滿足超低排放的要求），增加脫硝裝置對NOX消減量十分顯著，這對改善周邊地區(qū)空氣質(zhì)量，提升居民生活質(zhì)量，改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境都很有利，環(huán)境和社會效益非常明顯。

本文發(fā)表于《化工管理》2017年5月

作者簡介：龍翼川，男，環(huán)保工程師，主要從事環(huán)保工程項(xiàng)目管理工作。