循环流化床脱硫塔空塔运行方式的探索

许睿明，牟航宇，林明义

（福建华电永安发电有限公司，福建 永安 366000）

1 Y 发电公司简介

Y 发电有限公司前身为Y 火电厂，始建于1958 年，现为世界500 强，特大型中央企业HD 集团公司旗下的全资子公司。原有6 台机组装机总容量为350MW，已于2008 ～2010 年全部关停。近年来，在原址附近新建两台300MW“上大压小”机组，项目建设2 台300MW 循环流化床燃煤发电、供热机组，采用当今先进的炉内脱硫CFB 清洁燃煤技术。其中7 号机组于2011 年投产，8 号机组于2012 年投产。Y 公司于2015 年完成了超低排放升级改造，机组的烟尘排放均值已达到天然气燃气机组的排放标准，成为福建省内首家实现超低排放的燃煤“环保电厂”。

2 Y 公司脱硫除尘系统概况

2.1 设备概述

Y 公司2×300MW 循环流化床机组烟气脱硫系统，采用福建龙净环保股份有限公司循环硫化床脱硫除尘一体化工艺，系统呈一炉一塔方式布置，每台烟气脱硫系统子系统分为烟气系统、吸收塔系统、吸收塔底部排灰系统、吸收塔底部吹扫系统、布袋除尘器清灰系统、布袋除尘器灰斗气动锤系统、消石灰制备及供应系统、物料循环及流化系统、灰库系统、脱硫灰外排系统、工艺水系统、压缩空气系统、蒸汽系统及电气仪控系统等组成。

2.2 脱硫工艺原理

（1）空预器出口的烟气经电除尘器除尘后，从底部进入吸收塔，在吸收塔的进口段，高温烟气与加入的消石灰、循环脱硫灰充分预混合，进行初步的脱硫反应。

（2）烟气通过吸收塔下部的文丘里管进行加速，进入循环流化床床体；物料在循环流化床里，气固两相交互产生激烈的湍流，使床内的Ca/S 比高达50 以上，充分达成脱硫效果。

（3）喷水装置装设在文丘里的出口扩管段，降低烟气温度（大于烟气露点温度15℃左右），温度区间控制在70 ～80 ℃，从而使得SO2与Ca(OH)2的反应转化为可以瞬间完成的离子型反应，吸收剂、循环脱硫灰在文丘里段以上的塔内进行第二步的充分反应，生成副产物CaSO3·1/2H2O，此外还有与SO3、HF和HCl 反应生成相应的副产物CaSO4·1/2H2O、CaF2、CaCl2·Ca(OH)2·2H2O 等。

（4）经脱硫处理的含尘烟气从吸收塔顶部侧向排出，进入脱硫后布袋除尘器进行除尘。经布袋除尘器捕集下来的脱硫灰，通过除尘器下方的脱硫灰斗，可通过返料斜槽输送回吸收塔入口段继续参加反应，如此往复循环。多余的脱硫灰可通过仓泵气力输送至脱硫灰库。

图1 脱硫除尘系统示意图

3 脱硫塔空塔运行探索

2021 年10 月，Y 发电公司8#机组检修后启动过程中，因布袋除尘器布袋使用寿命到期、布袋老化发生破漏，造成烟气粉尘排放浓度逐步升高至70mg/m3左右，严重超过国家排放标准限值，缺陷消除需机组被迫停运检修。由于正值保电保供热的重要时期，福建省电力供应紧张，且布袋除尘器所需要的检修周期较长，8#机组不具备停运检修的条件。经运行人员组织研究论证，决定尝试炉后循环流化床脱硫塔不建床的特殊运行方式。循环流化床脱硫塔退床运行后，炉后布袋烟气中粉尘浓度下降，烟气粉尘排放浓度明显回落至国标范围，但是带来了烟气中二氧化硫、氮氧化物排放浓度控制难度大、波动量大，脱硫灰斗下灰不畅，脱硫塔内壁板结、掉灰等一系列问题。2021 年10 月～2022 年3 月，前后三次炉后脱硫塔不建床的特殊运行方式中，运行攻关小组根据运行中存在的实际问题，不断组织技术攻关，优化并固化了炉后脱硫塔空塔运行方式。实现了循环流化床脱硫塔退床特殊运行方式下，烟气污染物达环保排放标准，取得良好的社会效益和经济效益。

3.1 脱硫运行控制

Y 公司脱硫系统采取炉内喷钙脱硫加炉后循环流化床半干法脱硫相结合的脱硫方式。炉后脱硫塔无法建床运行工况下，因炉内脱硫效率达不到国标排放要求，炉后无法正常投脱硫物料，造成了二氧化硫排放指标波动大，无法保证在环保排放限值内运行；同时炉后脱硫灰斗、脱硫塔本体易发灰的板结、掉灰、返料不畅等一系列问题。通过运行经验积累与各种运行方式的探索，探索出以下空塔运行控制要点。

（1）尽可能燃用低硫煤，控制煤种硫分低于0.6%（经过不断探索优化，已可满足入炉煤硫分不高于0.85%控制），减少二氧化硫生成量。

（2）通过调整炉内2 套石灰石系统出力，提高炉内石灰石浓度，确保炉内钙硫比达2.0 以上，用高浓度的石灰石提高炉内二氧化硫的脱除率。以炉膛出口二氧化硫浓度不大于300mg/m3为控制要求。

（3）锅炉燃烧氧量控制不低于2.5%，以保证炉内脱硫效果。

（4）当出口二氧化硫浓度≥35mg/m3时，启动消石灰给料机短时持续往塔内给料，发挥辅助脱硫的作用。消石灰给料机运行过程中，严格控制高压水枪喷水量，平均值控制值应在15t/h 以下；一旦二氧化硫浓度有回落趋势，立即减少高压水枪喷水量，直至停运，严格确保炉后脱硫塔出口烟温不低于100℃运行。防止脱硫塔内因物料浓度不足，高压水枪进水无法正常被物料携带，遗留在塔内壁面，从而带来循环灰的贴壁板结，引发塔内大量掉灰的现象。

（5）因脱硫塔内流动的灰量较少，为防止脱硫塔喷水时喷水量过大未能充分汽化产生的湿灰引发灰斗积灰板结等问题，需要循环交替开启炉后布袋除尘器各灰斗物料循环门，适当建立炉后脱硫系统灰循环，以烟尘指标不超标为依据尽可能开大循环灰量。炉后脱硫系统灰循环过程中，循环灰可以对脱硫塔壁起到冲刷作用，改善湿灰贴壁情况，其中未反应完全的脱硫剂还可以起到辅助脱硫的作用。

（6）运行过程中，应连续保持塔底排灰系统运行，每小时检查1 次脱硫塔塔底掉灰情况。每2h 对灰斗观察孔进行检查，跟踪灰斗内灰黏结程度，同时，加强灰斗回料顺畅情况的监视。

（7）更换锅炉出口脱硫塔入口二氧化硫监测仪表，量程由0 ～3000mg/m3改为0 ～300mg/m3，确保脱硫塔入口二氧化硫浓度表计指示精确度，确保运行人员调控及时。

3.2 脱硝运行控制

Y 公司脱硝手段主要为循环流化床锅炉分级燃烧技术以及SNCR 脱硝系统2 个部分。因脱硫塔空塔运行，为保证脱硫效果，锅炉需保持高氧量运行，而高氧运行对分级燃烧抑制氮氧化物原始生成量方面造成负面影响。为保障氮氧化物排放指标合格，减少尿素使用量以降低硫酸氢氨对炉后系统的腐蚀，针对脱硫塔空塔运行方式需再进行调整。

（1）因机组设计煤种为超低挥发分无烟煤，但近年来燃煤市场的恶劣形式，使得公司大规模燃用褐煤、烟煤；针对脱硫塔空塔运行，需提交采购计划，掺烧低挥发分煤种，从源头减少氮氧化物生成量。

（2）根据煤质变化及时调整一、二次风配比及上下二次风配比，在确保锅炉床层流化正常的情况下，尽可能降低热一次风量（控制热一次风量不高于330km3/h）；调整上下二次风门开度，下二次风总门开度不大于30%；强化监督管理确保措施严格执行。在炉膛密相区建立低氧燃烧的还原性气氛，保证分级燃烧抑制氮氧化物原始生成量的效果。

（3）通过飞灰再循环系统的投退及炉膛床压控制，将炉膛上部差压由正常的1.5kPa 升至1.8 ～2.0kPa，加大炉膛内循环灰量从而使床温保持在850 ～900℃的较低水平范围内，抑制氮氧化物原始生成量。上部差压的增加意味着锅炉循环灰量的增大，循环灰将更有效率地捕捉氨分子，也意味着SNCR系统有着更小的氨逃逸率，提高SNCR 系统的效率，减缓炉后设备腐蚀。

（4）炉后脱硫塔不建床的特殊运行方式必然造成尿素入炉量加大、氨逃逸升高。运行人员要加强热一、二次风温及空预器烟温变化趋势监视，将空预器处的乙炔脉冲吹灰工作由原来的每班2 次增加到每班3 次，预防空预器积灰堵塞。

3.3 除尘运行控制

炉后脱硫系统空塔运行时，电除尘器作为第一道除尘器拦截掉大部分的粉尘，布袋除尘器仅起到了拦截塔内循环灰的作用。在布袋老化破损的情况下，要保证电除尘器正常运行，同时控制消石灰给料及灰斗物料循环，避免布袋除尘器除尘负荷太高，导致烟尘超过环保排放限值。

（1）加强运行巡检及监视，发现缺陷及时处理。

（2）关注电除尘器电场一、二次电压电流及火花率变化情况，根据情况调整振打频率，确保电除尘器高除尘效率运行。

（3）烟尘排放浓度超标时，停止炉后脱硫系统灰斗物料再循环，降低炉后脱硫系统内物料浓度，从而降低布袋除尘负荷。

（4）布袋除尘器布袋差压正常按不超1.3kPa 控制。但当烟尘排放浓度超标时，应暂停布袋喷吹，避免喷吹期间粉尘波动造成烟尘排放浓度超标。

4 探索成果

2021 年10 月～2022 年3 月，因保电保供热工作要求，Y 公司8#机组停役时间短、布袋除尘器不具备全面检修条件，8#机组先后3 次使用炉后脱硫塔空塔运行操作法维持机组可靠运行，创造了良好的环保效益、社会效益及经济效益。

4.1 环保效益

经统计，8#机组3 次脱硫塔空塔运行特殊工况下，二氧化硫达标排放率达99.3%、超净排放率达94.0%；氮氧化物达标排放率达99.9%、超净排放率达97.6%，粉尘达标排放率达100%，超净排放率达93.1%。炉后脱硫塔空塔运行方式实现了除尘系统异常运行工况下烟气各污染物达标排放，取得了明显的环保效益。

4.2 社会效益

在炉后脱硫系统布袋除尘器故障的情况下，避免了因污染物长期超标的环保问题造成机组非计划停役事件，贯彻执行了福建省保电保供任务，消除了该情况下对电网系统电力调度和周边工业区工业供热的影响。

4.3 经济效益

按照机组停役抢修布袋需10 天工期、时均负荷230MW、时均供热量180t 计算，3 次脱硫塔空塔运行操作法的使用共保证了16560 万千瓦时发电量、12.96 万吨供热量的正常供应。Y 市工业园区热用户一天的总产值约为2000 万元，脱硫塔空塔成功运行帮助热用户创造产值约6 亿元。按《福建省电网统调电厂运行管理考核办法》规定计算，脱硫塔空塔运行探索共为公司避免了8160 万千瓦时的省调非停电量考核，挽回直接经济损失3500 万元。

5 应用前景

（1）Y 公司在布袋除尘器故障的情况下，可使用脱硫塔空塔运行方式维持机组运行。

（2）当风机故障检修造成脱硫塔风量不够，无法建床运行时，可使用脱硫塔空塔运行方式保证抢修期间机组烟气污染物达标排放。

（3）采用同类型脱硫方式的同类型机组，即脱硫采用炉内喷钙脱硫和炉后循环流化床半干法脱硫方式的循环流化床锅炉机组，在同类型故障情况下，具备明显的借鉴作用。