循環(huán)流化床脫硫塔空塔運行方式的探索

許睿明，牟航宇，林明義

（福建華電永安發(fā)電有限公司，福建 永安 366000）

1 Y 發(fā)電公司簡介

Y 發(fā)電有限公司前身為Y 火電廠，始建于1958 年，現(xiàn)為世界500 強，特大型中央企業(yè)HD 集團公司旗下的全資子公司。原有6 臺機組裝機總?cè)萘繛?50MW，已于2008 ～2010 年全部關(guān)停。近年來，在原址附近新建兩臺300MW“上大壓小”機組，項目建設(shè)2 臺300MW 循環(huán)流化床燃煤發(fā)電、供熱機組，采用當(dāng)今先進的爐內(nèi)脫硫CFB 清潔燃煤技術(shù)。其中7 號機組于2011 年投產(chǎn)，8 號機組于2012 年投產(chǎn)。Y 公司于2015 年完成了超低排放升級改造，機組的煙塵排放均值已達到天然氣燃氣機組的排放標(biāo)準(zhǔn)，成為福建省內(nèi)首家實現(xiàn)超低排放的燃煤“環(huán)保電廠”。

2 Y 公司脫硫除塵系統(tǒng)概況

2.1 設(shè)備概述

Y 公司2×300MW 循環(huán)流化床機組煙氣脫硫系統(tǒng)，采用福建龍凈環(huán)保股份有限公司循環(huán)硫化床脫硫除塵一體化工藝，系統(tǒng)呈一爐一塔方式布置，每臺煙氣脫硫系統(tǒng)子系統(tǒng)分為煙氣系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、吸收塔底部排灰系統(tǒng)、吸收塔底部吹掃系統(tǒng)、布袋除塵器清灰系統(tǒng)、布袋除塵器灰斗氣動錘系統(tǒng)、消石灰制備及供應(yīng)系統(tǒng)、物料循環(huán)及流化系統(tǒng)、灰?guī)煜到y(tǒng)、脫硫灰外排系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)及電氣儀控系統(tǒng)等組成。

2.2 脫硫工藝原理

（1）空預(yù)器出口的煙氣經(jīng)電除塵器除塵后，從底部進入吸收塔，在吸收塔的進口段，高溫?zé)煔馀c加入的消石灰、循環(huán)脫硫灰充分預(yù)混合，進行初步的脫硫反應(yīng)。

（2）煙氣通過吸收塔下部的文丘里管進行加速，進入循環(huán)流化床床體；物料在循環(huán)流化床里，氣固兩相交互產(chǎn)生激烈的湍流，使床內(nèi)的Ca/S 比高達50 以上，充分達成脫硫效果。

（3）噴水裝置裝設(shè)在文丘里的出口擴管段，降低煙氣溫度（大于煙氣露點溫度15℃左右），溫度區(qū)間控制在70 ～80 ℃，從而使得SO2與Ca(OH)2的反應(yīng)轉(zhuǎn)化為可以瞬間完成的離子型反應(yīng)，吸收劑、循環(huán)脫硫灰在文丘里段以上的塔內(nèi)進行第二步的充分反應(yīng)，生成副產(chǎn)物CaSO3·1/2H2O，此外還有與SO3、HF和HCl 反應(yīng)生成相應(yīng)的副產(chǎn)物CaSO4·1/2H2O、CaF2、CaCl2·Ca(OH)2·2H2O 等。

（4）經(jīng)脫硫處理的含塵煙氣從吸收塔頂部側(cè)向排出，進入脫硫后布袋除塵器進行除塵。經(jīng)布袋除塵器捕集下來的脫硫灰，通過除塵器下方的脫硫灰斗，可通過返料斜槽輸送回吸收塔入口段繼續(xù)參加反應(yīng)，如此往復(fù)循環(huán)。多余的脫硫灰可通過倉泵氣力輸送至脫硫灰?guī)臁?/p>

圖1 脫硫除塵系統(tǒng)示意圖

3 脫硫塔空塔運行探索

2021 年10 月，Y 發(fā)電公司8#機組檢修后啟動過程中，因布袋除塵器布袋使用壽命到期、布袋老化發(fā)生破漏，造成煙氣粉塵排放濃度逐步升高至70mg/m3左右，嚴(yán)重超過國家排放標(biāo)準(zhǔn)限值，缺陷消除需機組被迫停運檢修。由于正值保電保供熱的重要時期，福建省電力供應(yīng)緊張，且布袋除塵器所需要的檢修周期較長，8#機組不具備停運檢修的條件。經(jīng)運行人員組織研究論證，決定嘗試爐后循環(huán)流化床脫硫塔不建床的特殊運行方式。循環(huán)流化床脫硫塔退床運行后，爐后布袋煙氣中粉塵濃度下降，煙氣粉塵排放濃度明顯回落至國標(biāo)范圍，但是帶來了煙氣中二氧化硫、氮氧化物排放濃度控制難度大、波動量大，脫硫灰斗下灰不暢，脫硫塔內(nèi)壁板結(jié)、掉灰等一系列問題。2021 年10 月～2022 年3 月，前后三次爐后脫硫塔不建床的特殊運行方式中，運行攻關(guān)小組根據(jù)運行中存在的實際問題，不斷組織技術(shù)攻關(guān)，優(yōu)化并固化了爐后脫硫塔空塔運行方式。實現(xiàn)了循環(huán)流化床脫硫塔退床特殊運行方式下，煙氣污染物達環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，取得良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

3.1 脫硫運行控制

Y 公司脫硫系統(tǒng)采取爐內(nèi)噴鈣脫硫加爐后循環(huán)流化床半干法脫硫相結(jié)合的脫硫方式。爐后脫硫塔無法建床運行工況下，因爐內(nèi)脫硫效率達不到國標(biāo)排放要求，爐后無法正常投脫硫物料，造成了二氧化硫排放指標(biāo)波動大，無法保證在環(huán)保排放限值內(nèi)運行；同時爐后脫硫灰斗、脫硫塔本體易發(fā)灰的板結(jié)、掉灰、返料不暢等一系列問題。通過運行經(jīng)驗積累與各種運行方式的探索，探索出以下空塔運行控制要點。

（1）盡可能燃用低硫煤，控制煤種硫分低于0.6%（經(jīng)過不斷探索優(yōu)化，已可滿足入爐煤硫分不高于0.85%控制），減少二氧化硫生成量。

（2）通過調(diào)整爐內(nèi)2 套石灰石系統(tǒng)出力，提高爐內(nèi)石灰石濃度，確保爐內(nèi)鈣硫比達2.0 以上，用高濃度的石灰石提高爐內(nèi)二氧化硫的脫除率。以爐膛出口二氧化硫濃度不大于300mg/m3為控制要求。

（3）鍋爐燃燒氧量控制不低于2.5%，以保證爐內(nèi)脫硫效果。

（4）當(dāng)出口二氧化硫濃度≥35mg/m3時，啟動消石灰給料機短時持續(xù)往塔內(nèi)給料，發(fā)揮輔助脫硫的作用。消石灰給料機運行過程中，嚴(yán)格控制高壓水槍噴水量，平均值控制值應(yīng)在15t/h 以下；一旦二氧化硫濃度有回落趨勢，立即減少高壓水槍噴水量，直至停運，嚴(yán)格確保爐后脫硫塔出口煙溫不低于100℃運行。防止脫硫塔內(nèi)因物料濃度不足，高壓水槍進水無法正常被物料攜帶，遺留在塔內(nèi)壁面，從而帶來循環(huán)灰的貼壁板結(jié)，引發(fā)塔內(nèi)大量掉灰的現(xiàn)象。

（5）因脫硫塔內(nèi)流動的灰量較少，為防止脫硫塔噴水時噴水量過大未能充分汽化產(chǎn)生的濕灰引發(fā)灰斗積灰板結(jié)等問題，需要循環(huán)交替開啟爐后布袋除塵器各灰斗物料循環(huán)門，適當(dāng)建立爐后脫硫系統(tǒng)灰循環(huán)，以煙塵指標(biāo)不超標(biāo)為依據(jù)盡可能開大循環(huán)灰量。爐后脫硫系統(tǒng)灰循環(huán)過程中，循環(huán)灰可以對脫硫塔壁起到?jīng)_刷作用，改善濕灰貼壁情況，其中未反應(yīng)完全的脫硫劑還可以起到輔助脫硫的作用。

（6）運行過程中，應(yīng)連續(xù)保持塔底排灰系統(tǒng)運行，每小時檢查1 次脫硫塔塔底掉灰情況。每2h 對灰斗觀察孔進行檢查，跟蹤灰斗內(nèi)灰黏結(jié)程度，同時，加強灰斗回料順暢情況的監(jiān)視。

（7）更換鍋爐出口脫硫塔入口二氧化硫監(jiān)測儀表，量程由0 ～3000mg/m3改為0 ～300mg/m3，確保脫硫塔入口二氧化硫濃度表計指示精確度，確保運行人員調(diào)控及時。

3.2 脫硝運行控制

Y 公司脫硝手段主要為循環(huán)流化床鍋爐分級燃燒技術(shù)以及SNCR 脫硝系統(tǒng)2 個部分。因脫硫塔空塔運行，為保證脫硫效果，鍋爐需保持高氧量運行，而高氧運行對分級燃燒抑制氮氧化物原始生成量方面造成負面影響。為保障氮氧化物排放指標(biāo)合格，減少尿素使用量以降低硫酸氫氨對爐后系統(tǒng)的腐蝕，針對脫硫塔空塔運行方式需再進行調(diào)整。

（1）因機組設(shè)計煤種為超低揮發(fā)分無煙煤，但近年來燃煤市場的惡劣形式，使得公司大規(guī)模燃用褐煤、煙煤；針對脫硫塔空塔運行，需提交采購計劃，摻燒低揮發(fā)分煤種，從源頭減少氮氧化物生成量。

（2）根據(jù)煤質(zhì)變化及時調(diào)整一、二次風(fēng)配比及上下二次風(fēng)配比，在確保鍋爐床層流化正常的情況下，盡可能降低熱一次風(fēng)量（控制熱一次風(fēng)量不高于330km3/h）；調(diào)整上下二次風(fēng)門開度，下二次風(fēng)總門開度不大于30%；強化監(jiān)督管理確保措施嚴(yán)格執(zhí)行。在爐膛密相區(qū)建立低氧燃燒的還原性氣氛，保證分級燃燒抑制氮氧化物原始生成量的效果。

（3）通過飛灰再循環(huán)系統(tǒng)的投退及爐膛床壓控制，將爐膛上部差壓由正常的1.5kPa 升至1.8 ～2.0kPa，加大爐膛內(nèi)循環(huán)灰量從而使床溫保持在850 ～900℃的較低水平范圍內(nèi)，抑制氮氧化物原始生成量。上部差壓的增加意味著鍋爐循環(huán)灰量的增大，循環(huán)灰將更有效率地捕捉氨分子，也意味著SNCR系統(tǒng)有著更小的氨逃逸率，提高SNCR 系統(tǒng)的效率，減緩爐后設(shè)備腐蝕。

（4）爐后脫硫塔不建床的特殊運行方式必然造成尿素入爐量加大、氨逃逸升高。運行人員要加強熱一、二次風(fēng)溫及空預(yù)器煙溫變化趨勢監(jiān)視，將空預(yù)器處的乙炔脈沖吹灰工作由原來的每班2 次增加到每班3 次，預(yù)防空預(yù)器積灰堵塞。

3.3 除塵運行控制

爐后脫硫系統(tǒng)空塔運行時，電除塵器作為第一道除塵器攔截掉大部分的粉塵，布袋除塵器僅起到了攔截塔內(nèi)循環(huán)灰的作用。在布袋老化破損的情況下，要保證電除塵器正常運行，同時控制消石灰給料及灰斗物料循環(huán)，避免布袋除塵器除塵負荷太高，導(dǎo)致煙塵超過環(huán)保排放限值。

（1）加強運行巡檢及監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)缺陷及時處理。

（2）關(guān)注電除塵器電場一、二次電壓電流及火花率變化情況，根據(jù)情況調(diào)整振打頻率，確保電除塵器高除塵效率運行。

（3）煙塵排放濃度超標(biāo)時，停止?fàn)t后脫硫系統(tǒng)灰斗物料再循環(huán)，降低爐后脫硫系統(tǒng)內(nèi)物料濃度，從而降低布袋除塵負荷。

（4）布袋除塵器布袋差壓正常按不超1.3kPa 控制。但當(dāng)煙塵排放濃度超標(biāo)時，應(yīng)暫停布袋噴吹，避免噴吹期間粉塵波動造成煙塵排放濃度超標(biāo)。

4 探索成果

2021 年10 月～2022 年3 月，因保電保供熱工作要求，Y 公司8#機組停役時間短、布袋除塵器不具備全面檢修條件，8#機組先后3 次使用爐后脫硫塔空塔運行操作法維持機組可靠運行，創(chuàng)造了良好的環(huán)保效益、社會效益及經(jīng)濟效益。

4.1 環(huán)保效益

經(jīng)統(tǒng)計，8#機組3 次脫硫塔空塔運行特殊工況下，二氧化硫達標(biāo)排放率達99.3%、超凈排放率達94.0%；氮氧化物達標(biāo)排放率達99.9%、超凈排放率達97.6%，粉塵達標(biāo)排放率達100%，超凈排放率達93.1%。爐后脫硫塔空塔運行方式實現(xiàn)了除塵系統(tǒng)異常運行工況下煙氣各污染物達標(biāo)排放，取得了明顯的環(huán)保效益。

4.2 社會效益

在爐后脫硫系統(tǒng)布袋除塵器故障的情況下，避免了因污染物長期超標(biāo)的環(huán)保問題造成機組非計劃停役事件，貫徹執(zhí)行了福建省保電保供任務(wù)，消除了該情況下對電網(wǎng)系統(tǒng)電力調(diào)度和周邊工業(yè)區(qū)工業(yè)供熱的影響。

4.3 經(jīng)濟效益

按照機組停役搶修布袋需10 天工期、時均負荷230MW、時均供熱量180t 計算，3 次脫硫塔空塔運行操作法的使用共保證了16560 萬千瓦時發(fā)電量、12.96 萬噸供熱量的正常供應(yīng)。Y 市工業(yè)園區(qū)熱用戶一天的總產(chǎn)值約為2000 萬元，脫硫塔空塔成功運行幫助熱用戶創(chuàng)造產(chǎn)值約6 億元。按《福建省電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)電廠運行管理考核辦法》規(guī)定計算，脫硫塔空塔運行探索共為公司避免了8160 萬千瓦時的省調(diào)非停電量考核，挽回直接經(jīng)濟損失3500 萬元。

5 應(yīng)用前景

（1）Y 公司在布袋除塵器故障的情況下，可使用脫硫塔空塔運行方式維持機組運行。

（2）當(dāng)風(fēng)機故障檢修造成脫硫塔風(fēng)量不夠，無法建床運行時，可使用脫硫塔空塔運行方式保證搶修期間機組煙氣污染物達標(biāo)排放。

（3）采用同類型脫硫方式的同類型機組，即脫硫采用爐內(nèi)噴鈣脫硫和爐后循環(huán)流化床半干法脫硫方式的循環(huán)流化床鍋爐機組，在同類型故障情況下，具備明顯的借鑒作用。