火力发电厂锅炉设备管理及改造研究

福建晋江热电有限公司 戴文斌

对于循环流化床锅炉而言，燃料适应性突出，可有效调节负荷能力，在环保方面优势显著，受到了行业的高度关注。相关文件指出，应对燃煤发电机组进行严格检查，判断大气污染物排放情况并加强环保改造，积极落实脱硫、脱硝设施安装，配备防尘设施，如果机组未达到标准应责令整改，确保机组能够在全时段内满足达标排放要求。以国家相关政策作为参考，加强燃煤机组烟气排放应切实提升日程，经有效治理确保企业可持续发展。

某火力发电厂于2004年建成，截至目前投产运行良好。该电厂主要使用2×50MW机组，配DG260-9.81/540-1型循环流化床锅炉，煤源具有较高的稳定性。以入炉煤相关分析报告作为参考，基硫分均低于0.75%。在未改造前主要应用炉内喷钙干法进行脱硫处理，经有效检测，可在一定程度上降低SO2浓度质量，应用SNCR 完成脱硝工作，还原剂组成为氨水、剂量为25%。NOx浓度质量在100mg/m3以下，以布袋除尘器落实除尘处理。

1 烟气排放改造

应用SNCR 进行脱硝，处理完成NOx后，吸收剂接触到烟气可形成一定的反应，进而出现亚硫酸钙，对含尘烟气进行净化并排出，转入到脱硫环节，经除尘器完成相应的气固分离处理。本文主要以脱硫、脱硝及除尘器三个方向展开相应的改造工作，因为传统脱硫使用炉内喷钙干法，具有一定效果，可对该方法进行保留、予以优化处理，将半干法工艺进一步应用在锅炉中。借助生石灰完成脱硫剂排放。经有效处理，检测锅炉烟气排放情况，如果为单炉烟气排放，SO2质量浓度相对较高，而在使用半干法后烟气得到有效处理，检测SO2排放情况，浓度质量下降显著，具体可控制在350mg/m3。

在脱硝系统方面，改造技术有低氮燃烧、SNCR（选择性非催化还原法）系统提效改造以及炉后协同脱硝。经有效改造治理后，对炉膛各部分烟气情况进行相应的检测，NOX浓度质量均得到了有效降低。具体分析，在低氮燃烧改造中，借助分级燃烧原理能控制炉床温度，在温度降低的情况下NOx生成也会随之减少。针对SNCR 应用，除数学模型构建外还涉及到物理模型的构建，借助仿真流场模拟相关技术，可确定喷枪位置及相应参数，其中还原剂主要由氨水组成。在协同脱硝工艺方面，将其应用在锅炉运行中在极端工况下较为常见，可对锅炉运行异常情况进行有效补救，使烟气排放得以控制并满足达标排放要求。利用脱硫吸收塔流化床反应器吸附剂颗粒，以其作为载体，借助脱硝剂经过相应的氧化、催化作用使NO 有效转变为NO2，并与钙基吸收剂形成中和反应，最终实现脱硝。本文使用脱硝剂成分为25%亚氯酸钠溶液[1]。

使用半干法，除尘器通过吸收脱硫剂能对脱硫剂原本均匀性进行有效改进，使整个雾化喷水过程保持良好的均匀性。脱硫后需使用专用布袋除尘器落实除尘处理，本文对其加以改造，通过增加了大腔沉降技术、超滤技术并增设布袋数量确保除尘系统工作效率。经改造后，在烟尘入口处质量浓度为54g/m3，具体排放指标在10mg/m3以下。就目前而言，无论是脱硫工艺还是除尘工艺，在行业内均已发展成熟，因此本文主要以脱硝作为研究重点。在整个设备改造中低氮燃烧改造属于核心部分，在改造前应严格检测NOx排放情况，以确保烟气排放控制作为前提，避免相关要素对锅炉运行造成影响。

改造二次风供风。针对原有锅炉二次风，主要存在于炉前、炉后，各三层、两层，其中，对比与布风板之间的距离，下层风口为951.66mm、上层风口为4662.73mm。借助上述设计形式，在整体分级燃料燃烧中并没有明显优势，且具有较高的NOx生成概率。本文主要使用改造技术为分级燃烧技术，通过合理控制前后墙、侧墙风口，可有效实现NOx生成控制。

以分离器入口方面进行改造，通过缩短1号、2号炉分离器入口烟道宽度，能有效保障分离效率，并进一步提升整个锅炉整体效率。以分离器中心筒方面进行改造，应借助有效手段对中心筒厚壁进行调整并做好材料控制工作。选择适当材料完成中心筒铸造并设置壁厚为16mm，缩减中心筒上口径以及下口径，使中心筒能够顺利膨胀，以免受到高温影响，出现变形情况。

以布风板风帽方面进行改造，结合锅炉运行实际需求，应合理选择风帽，保障风帽阻力，提高其使用寿命。通过落实风帽选择确定开孔数量，能够进一步保障流速、动量，使布风均匀并提升流化质量。在改造后风帽被控制在700个以下，开孔率保持在4.0%，以菱形交错形式完成风帽布局，有效提升了布风板功能，促进流化均匀性[2]。

2 改造效果以及改造后问题处理

参照上文改造方案，该火电厂完成了对两台设备的改造，整个改造共花费4个月，在改造完成后对锅炉烟气排放情况进行检测，两台锅炉均已达到行业标准。但是结合实际运行而言锅炉还存在一定的问题，需进一步对改造后的锅炉进行处理，以符合超低烟气排放作为前提，确保锅炉运行稳定性以及安全性。

建立在有效改造基础上，火电厂进一步完成了烟气排放检测，验收工作由环保局负责。锅炉1、锅炉2改造后SO2浓度（mg·m3）分别为4～6/6～23、NO2浓度分别为15～36/20～38、颗粒物浓度分别为2.0～3.4/2.3～5.6。根据国家标准，SO2、NOx以及颗粒物质量浓度应分别控制在35mg/m3以下、50mg/m3以下及10mg/m3以下，经有效对比，在完成改造工作后所有锅炉均符合烟气排放标准。

2.1 改造后锅炉存在问题

完成锅炉改造后，在正式运行过程中旋风分离器异常情况时常发生，返料不仅间断性进行，整体返料也呈现不均匀现象，且在返料风室存在明显振动反应。同时，由于塌床频发难以实现负荷调整，无论是锅炉、低负荷运动均得不到有效调整，导致环保参数难以得到保障。在NOx控制方面，受到改造后影响氨水使用情况增多，在氨水过量的情况下将会由于物料过多导致压死，并进一步影响流化状态的形成，造成机组解列，需经过长时间排渣工作才能使锅炉继续运行。因为循坏灰量出现增加情况，在输渣系统中将会达到一个较高的负荷，对设备损害严重，导致其可靠性下降。

2.2 锅炉存在问题原因分析

经有效改造分离效率提升明显，并在一定程度上增加了外循环量，改造效果十分显著。但在整个改造环节并没有涉及到返料系统改造，因为增加了外循环量，返料处理难以满足改造后需求，造成返料不均匀、物料返回炉膛加剧，将会进一步造成流化状态被破坏，进而增加塌床的可能性，甚至还会出现炉床压死的现象。建立在有效测算手段基础上，获取炉内物料量为230t，与改造前相比增加显著。针对返料风室而言，受到浇筑料脱落影响绝热部分功能下降，将会导致流化、返料受到影响，返料风室形成振动情况。

此外，在分离器中，高温循环物料在改造后得到显著提升，因为水冷壁蒸发、受热面吸热增加，在温度过高的情况下锅炉尾部受热面明显减少，观察主蒸汽温度，将会发现其脱离最初设计要求。正常而言，通过使用SNCR 改造，将改造后与改造前相对比分级燃烧可有效降低整个炉膛的温度，但受到低负荷影响，锅炉还原反应工作效率显著下降，增加增加氨水使用量。

2.3 锅炉处理对策

针对上文出现的锅炉问题对锅炉进行了二次改造，首先对锅炉分离器进行了优化设计，调整了入口烟道宽度，通过控制分离效率使循环灰量得以降低。在U 型回料中对回料阻力进行了重新设计，使其得到一定的降低，促进锅炉回料量得到增加。结合整个处理环节，在不更改外筒尺寸的情况下合理控制浇筑料厚度，进一步实现“翻墙”高度控制，使阻力得到有效降低，提高返料处理。集中检查分离器立管，在发现浇注料脱落后统一进行修补，更换已被烧毁的钢板以及风帽。落实炉膛负压调整，将其控制在标准范围内，针对床压波动，应以负方向对负压作加大处理，使炉膛细灰份额得到有效控制，尽可能避免锅炉处于负压运行状态，确保细灰量能够顺利排出。

2.4 改造后处理效果

经再次处理后，锅炉各项运行异常情况均得到了有效控制，床压波动恢复正常，在降低分离效率后，在尾部烟道中飞灰份额增加，过热系统换热量也得到有效控制，主汽温度处于正常状态并达到额定值水平，在整个运行过程中，因减少了立管振动情况返料风室振动情况消失。

综上，在整个锅炉设备改造中燃料来源始终处于稳定状态，且由于基流分低于0.75%，使用炉内喷钙干法、炉外半干法落实脱硫工作，并使用高效布袋防尘器配合除尘系统做好相应的处理工作，经低氮燃烧、SNCR 系统提效以及炉外协同脱硝工艺，可有效实现烟气排放控制，并进一步落实低氮燃烧改造。在本文设备中，借助有效改造后锅炉均达到超低烟气排放标准，为企业长期发展提供了有效保障。