300MW CFB锅炉炉内脱硫脱硝系统改造及优化运行调整

杨彦卿 刘志强 谷 威 马 辉 薛文祥 郑 昭

（神华国能 （神东电力）集团萨拉齐电厂，内蒙古自治区包头市，014100）

神华国能 （神东电力）集团萨拉齐电厂2×300 MW CFB 锅炉是由哈尔滨锅炉厂引用ALSTOM 技术自主研发生产的第一代产品，采用单炉膛、裤衩腿形双布风板结构，其特点是取消了ALSTOM 技术路线的外置床，将两级中温过热器及高温再热器以吊屏的型式分别悬挂于炉膛前墙和后墙，锅炉共采用4 个内径约为8 m 的旋风分离器，每个分离器下方分别布置了一个非机械型回料阀，其回料方式为自平衡式。锅炉燃烧采用风分级送入燃烧室，促使锅炉分级燃烧以有效降低NOx的生成量，除从布风板送入的一次风外，还从燃烧室下部锥段分二层不同高度引入二次风。锅炉的脱硫方式采用炉内脱硫，其脱硫剂为石灰石粉，以气力输送方式分四点送入回料阀斜腿进入炉膛。

表1 锅炉设计煤种

1 锅炉SO2和NOx满足新环保标准存在的主要问题

（1）炉内脱硫、脱硝效率低。机组满负荷时平均床温达到了980℃，最高点超过990℃，脱离了最佳脱硫脱硝的运行床温区间 （850℃～890℃）。

（2）石灰石输送系统出力不能满足需求。实际燃用煤种的平均硫分为0.91%，远高于设计煤种硫分的0.32%，导致系统出力不足。

（3）未充分实现空气分级燃烧和低过量空气燃烧。

2 CFB锅炉炉内系统的改造

2.1 锅炉的降低床温改造

2.1.1 改造锅炉受热面

锅炉在原有8片水冷屏的基础上，每片增加5根，共计28根管，且左、右侧各增加一片水冷屏管，并将所有水冷屏管向下延伸，左右侧新增加的水冷管屏在出口分别汇合至2 个汇合集箱后再通过导汽管进入汽包。

2.1.2 改造分离器

在煤种不变的情况下，为了有效地增加锅炉循环灰量以降低锅炉床温，因此提高了旋风分离器的入口烟气流速，由原设计的23m／s提高至29m／s，分离器的分离效率大幅提高。

2.2 脱硫系统的改造

在原有石灰石粉系统的基础上新增加了一套石灰石粉输送系统，通过气力输送方式分四点送入裤衩腿内侧下二次风口，最后通过下二次风口送入炉膛，使石灰石粉均匀的喷入炉膛中。石灰石粉系统不仅采用烟气出口SO2排放量作为被调量，还在调节方式上增加了锅炉总给煤量及床温变化的微分、给煤量与石灰石需要量的对应关系、SO2排放量变化的微分以及SO2排放量与其给定值偏差的微分作为调节器输出指令的前馈信号同时对石灰石粉给料机的指令进行调节，充分实现了石灰石输送系统的 “三自动”。目前石灰石输送系统改造后投入运行较为稳定，能够满足SO2达标排放的要求。

2.3 降低床温改造后的效果

（1）锅炉经受热面和分离器改造后，机组满负荷的情况下锅炉的悬浮段差压上升了约600Pa，同时经过锅炉的优化运行调整，炉膛的下部床温降低了60℃～100℃ （受热面改造后锅炉床温由970℃～990℃降至940℃～960℃，分离器改造后床温可降至900℃～910℃，经过锅炉运行调整床温降至880℃～890℃，若入炉煤粒径控制较好床温还可降至860℃）。

（2）锅炉降低床温改造后，经过锅炉的优化运行调整，在炉膛床温下降的同时，还降低了锅炉的风量，机组满负荷情况下，一次风量下降了6～10万m3／h，总风量下降了25～30万m3／h，这样不仅降低了风机的耗电率还减小了锅炉的磨损，对于双布风板结构的锅炉其一次风量的减小也降低了翻床的风险，提高了机组的可靠性。

2.4 脱硫系统改造后取得的效果

（1）脱硫系统改造后，满负荷情况下可以将SO2排放值控制在200 mg／Nm3（折算6%O2）以内。

（2）脱硫系统改造后，使石灰石粉更能均匀的喷入炉膛，提高了脱硫效率，在锅炉煤种、氧量不变的同负荷情况下Ca／S摩尔比可以降低1左右。

（3）脱硫系统改造后，SO2瞬间排放的稳定性明显提高。

3 炉内脱硫脱硝优化调整

3.1 风量的调整

在对锅炉实施炉内综合技术改造后，运行床温较改造前有明显的大幅下降，床温能够控制在890℃以内，风量优化调整的核心是重构炉膛内的氧化还原气氛。

3.1.1 一次风的调整

锅炉正常运行中在床温≤890℃的情况下尽量减小一次风，以有效控制NOx的排放。

为了避免调整中锅炉出现翻床，导致一次风量小于临界流化风量，在运行调整中一次风量不能低于250Nm3／h。

3.1.2 二次风调整原则

保证炉内截面的氧量基本均匀，减少炉内还原区的二次风量，上层二次风开度大于下层的开度，同层二次风开度 “中间大、两侧小”，给煤侧二次风小于对侧，运行调整中尽量开启内侧二次风门，负荷250 MW 以上时应全开内侧二次风门，负荷250 MW 以下锅炉外侧二次风与内侧二次风比例为1∶2。

3.1.3 风量的自动控制

把主一次风调整门全部打开，只用变频器来调节一次风量及控制翻床，实现了单炉膛双布风板锅炉一、二次风的自动控制。

3.1.4 氧量调整

风量的调整能有效地改善风、煤的混合程度，以达到分级燃烧控制NOx排放的目的。锅炉氧量的降低能够有效地减少NOx的排放，但是氧量的降低会促使SO2排放的升高，同时石灰石的用量也会明显增加，考虑到NOx和SO2排放的综合控制，运行中根据不同负荷氧量应控制在1.8%～2.8%，锅炉氧量的降低会导致锅炉效率有所下降。

3.2 锅炉床压的调整

床压是流化床锅炉运行中反应床料高低的参数，床压过高，密相区颗粒浓度大，炉膛受热面磨损量大，在同样的一次风量下，床压高则一次风压相应增大，风机电耗也增加。在保证锅炉循环灰量的情况下尽量维持低床压运行，根据锅炉双布风板的特点以及锅炉床压测点的位置，试验出不同负荷下的锅炉床压，不同负荷下控制水冷风室压力在11～13.5KPa范围内，根据负荷的不同，1＃锅炉床压控制在4～7KPa，2＃锅炉床压控制在3.5～6KPa（2＃炉床压测点安装位置偏高），1＃、2＃锅炉床压测点距布风板高度位置图见图1。

图1 1＃、2＃锅炉床压测点距布风板高度位置图

3.3 入炉煤的调整

萨拉齐电厂燃用煤种为大青山水泉露天煤矿的水泉煤和金烽煤炭分公司的韩家村煤。水泉煤煤质不稳定热值波动较大 （3300～4700kcal／kg），平均发热量为4000 kcal／kg，平均空干基灰分为42.6%，平均干燥无灰基挥发分为27.2%，平均硫分为0.62%；韩家村煤煤质稳定但其硫分波动较大 （0.6%～1.6%），平均发热量为3800kcal／kg，平均空干基灰分为23%，平均干燥无灰基挥发分为38.1%，平均硫分为0.91%。

3.3.1 分仓上煤

1＃、4＃原煤仓为韩家村煤，2＃、3＃原煤仓为水泉煤，通过调整称重式给煤机出力控制入炉煤发热量。

3.3.2 分路上煤

甲路胶带上韩家村煤 （高幅筛条及细碎间隙适当放大），乙路胶带上水泉煤或韩家村煤与低热值煤的配煤 （高幅筛条及细碎间隙较小），有效控制了入炉煤粒径 （主要是减少入炉煤中1mm 以下的比例）。

3.3.3 试验

根据燃煤特点，进行燃烧粒径相对较大的韩家村煤，燃烧粒径相对较小的韩家村煤伴有石灰石籽料，韩家村煤与低热值水泉煤1∶1进行掺烧，韩家村煤与高热值水泉煤1∶1 掺烧，韩家村煤与相对较大粒径水泉煤1∶1 掺烧等试验，得出以下结论：

（1）全部燃用合适粒径的韩家村煤以及掺烧低热值高灰分水泉煤，在机组全工况情况下可以将SO2、NOx排放控制在200mg／Nm3以内。

（2）锅炉在使用同样煤种的情况下入炉煤粒径对锅炉床温影响较大，入炉煤粒径适当放大后锅炉床温较低，同样负荷及煤种下可使锅炉床温下降15℃～30℃，促使其在炉膛内分级燃烧使炉膛内的温度场均匀分布，有效降低NOx排放，也可以有效缓解SO2排放值波动，同时也降低了Ca／S 摩尔比。

（3）水泉煤入厂煤粒径较细 （15%～30%的煤粒径＜1 mm，50%的煤粒径＜3 mm），导致入炉煤粒径较细，进入锅炉燃烧后细颗粒在氧化区燃烧的份额较多，机组负荷在85%以上时NOx排放难以控制在200mg／Nm3以内。

（4）通过改变入炉煤的粒径以及掺配石灰石籽料，不仅可以降低锅炉床温，而且有助于控制SO2、NOx的排放，煤中掺配合适粒径的石灰石籽料后经过碎煤机及胶带充分混合，可以有效地控制SO2瞬时排放波动。炉煤调整前后的参数对比见表2。

3.4 石灰石粉粒径的调整

为了提高脱硫效率，减少石灰石用量，降低发电成本，解决底渣及飞灰中CaO 含量高的问题，进行了燃烧相对较大粒径的石灰石粉 （＜1 mm）试验。掺烧相对较大粒径石灰石粉的参数对比见表3。

表3 掺烧粒径相对较大石灰石粉的参数对比

掺烧相对较大粒径的石灰石粉 （＜1 mm），SO2排放值较以前容易控制，同时SO2瞬时值也波动较小，且钙硫摩尔比降低了0.6～1.5，飞灰中CaO 含量也明显下降1.5%～5%，但是底渣中的CaO 含量升高0.8%～1.5%。

4 结论

萨拉齐电厂通过对CFB 锅炉炉内系统的改造以及优化运行调整，在炉内脱硫脱硝技术应用上取得了显著的成效。

（1）有效控制锅炉床温至850℃～890℃，可以提高脱硫脱硝的效率，合理的配风使炉内的氧化还原气氛重构有助于抑制NOX的生成。

（2）适当提高床压运行有助于提高脱硫效率、抑制NOX的生成。

（3）通过掺烧低热值高灰分煤或根据煤种适当放大入炉煤粒径，可以有效地提高脱硫脱硝效率。

（4）入炉煤中掺配石灰石籽料，可以降低锅炉床温，有助于控制SO2、NOx 的排放，同时还可以有效地减缓SO2瞬时排放值的波动。

［1］ 吕俊复，岳光溪，张建胜等.循环流化床锅炉运行与检修 ［M］.北京：中国水利水电出版社，2005

［2］ 冯俊凯，岳光溪，吕俊复 .循环流化床燃烧锅炉［M］.北京：电力工业出版社，2003

［3］ 宫述钧.对综合控制循环流化床锅炉SO2、NOx及N2O 排放的探讨 ［J］.广东电力，2007