摘要：循環(huán)流化床鍋爐相對傳統(tǒng)的鍋爐表現(xiàn)出一些優(yōu)勢:對燃料具有廣泛的適應(yīng)性，燃燒效率高，低NOx排放、高脫硫效率等環(huán)保性能，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，快速變負(fù)荷能力等。本文根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行控制實(shí)踐，結(jié)合在運(yùn)行過程中的運(yùn)行控制策略，優(yōu)化總結(jié)，針對循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行做詳細(xì)分析，并結(jié)合實(shí)踐提出問題的實(shí)施解決方案，說明其運(yùn)行控制策略。旨在有效提高鍋爐效率，延長使用壽命，經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行，從而達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。
關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐組合;脫硫系統(tǒng);運(yùn)行策略
1、前言
在電力行業(yè)迅速發(fā)展，測量方法與控制技術(shù)不斷進(jìn)步，但是環(huán)境污染嚴(yán)重的今天，循環(huán)流化床鍋爐作為一種高效、清潔的燃燒技術(shù)，能夠有效實(shí)現(xiàn)超低排放，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，成為電力事業(yè)發(fā)展的一個方向。然而.循環(huán)流化床鍋爐是一個大慣性、非線性、時變、多變量耦合的被控對象，同時脫硫效率收到各個方面因素的影響。因此需要對其脫硫過程和方法進(jìn)行深入研究。
2、循環(huán)流化床鍋爐脫硫機(jī)理
目前，火電機(jī)組循環(huán)流化床鍋爐大致分為兩部分：第一部分由爐膛、分離器、返料裝置等組成，共同組成一個固體燃料循環(huán)外回路;第二部分是尾部對流煙道。設(shè)有過熱器、再熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器等，這些都是火電機(jī)組的重要設(shè)備。循環(huán)流化床鍋爐的最大優(yōu)點(diǎn)在于可以燃燒各種類型的煤，包括褐煤、煤矸石、生物質(zhì)燃料以及廢物等。循環(huán)流化床鍋爐具體工作過程如下：
首先，當(dāng)煤與脫硫劑被送到鍋爐爐膛后，爐膛內(nèi)的大量惰性高溫物料立馬將煤與脫硫劑包圍，并且著火燃燒，進(jìn)而發(fā)生脫硫反應(yīng)，同時，煙氣流上升且向爐膛上部運(yùn)動，通過熱輻射、熱傳導(dǎo)、熱對流等傳熱方式對水冷壁和爐內(nèi)受熱面放熱。其中，燃燒所需要的一次風(fēng)、二次風(fēng)分別從爐膛底部和側(cè)墻通過送/引風(fēng)機(jī)送入。循環(huán)流化床鍋爐的燃燒室以二次風(fēng)口為界可以分為兩個區(qū)域，二次風(fēng)入口以下部分為大粒子還原氣氛燃燒區(qū)域，二次風(fēng)口以上為小粒子氧化氣氛燃燒區(qū)域。
以煤矸石為例，在這個過程中，當(dāng)爐膛的過量空氣系數(shù)d≤1.0時，其中的可燃硫就能夠被氧化成為SO2，如果氧量充分時，0.5%-2%的SO2會進(jìn)一步被氧化成SO3。在這個過程中，SO2析出也是受床溫、過量空氣系數(shù)、停留時間的影響。試驗(yàn)表明，當(dāng)循環(huán)流化床的床溫較高時，SO2的析出率也會升高：過量空氣系數(shù)α和一次風(fēng)、二次風(fēng)的比例決定了氧濃度。進(jìn)而影響爐膛中各層含硫物質(zhì)的分配;試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)0.1mm以下的煤顆粒在靜止床層中的析出率可以達(dá)到98%以上，需要180-200S的時間，同時隨著顆粒粒徑變大，時間也會延長。試驗(yàn)表明，煤矸石中含硫量越高，過量空氣系數(shù)越大，則反應(yīng)生成的S03也會越多。
3、循環(huán)流化床鍋爐組合脫硫系統(tǒng)運(yùn)行策略
3.1 配置模式
CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫+爐后煙氣CFB法兩級脫硫主要有3種配置模式。
(1)CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫+預(yù)除塵+爐后煙氣CFB法脫硫(加石灰)。已在同煤電廠二期工程2×330 MW機(jī)組亞臨界CFB鍋爐中應(yīng)用，燃用大同原煤及中煤與矸石混煤，采用“一爐一塔”系統(tǒng)配置，機(jī)組已通過168 h試運(yùn)。其流程為：CFB鍋爐→一級電除塵器(除塵效率80%)→煙氣CFB脫硫塔→脫硫低壓回轉(zhuǎn)脈沖布袋除塵器→引風(fēng)機(jī)→煙囪。設(shè)計(jì)煤種及校核煤種的折算硫份分別為0.02，0.055%/MJ。
(2)CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫+爐后煙氣CFB法脫硫(加石灰)。已在華能白山煤矸石電廠新建工程2×330 MW直接空冷機(jī)組CFB鍋爐中應(yīng)用，燃用洗選煤矸、洗中煤、煤泥按不同比例摻配的混煤。其流程為：CFB鍋爐→煙氣CFB脫硫塔→脫硫低壓回轉(zhuǎn)脈沖布袋除塵器→引風(fēng)機(jī)→煙囪。燃燒設(shè)計(jì)煤種及校核煤種，鍋爐最大連續(xù)出力(boiler nlaxinlunl continuousrating，BMCR)工況，在爐內(nèi)脫硫效率為60%基礎(chǔ)上爐后脫硫設(shè)計(jì)效率不低于90%。設(shè)計(jì)煤種及校核煤種的折算硫份均為0.04%/MJ。吉林省電力科學(xué)研究院有限公司對于白山電廠2號機(jī)組脫硫設(shè)施評估結(jié)論為：2號機(jī)組脫硫設(shè)施所采用的CFB鍋爐爐內(nèi)噴鈣脫硫結(jié)合爐后煙氣CFB半干法脫硫工藝，能夠滿足日常脫硫設(shè)施穩(wěn)定運(yùn)行的要求。電廠2號機(jī)組脫硫設(shè)施試驗(yàn)期間(2013年3月27日-月02日)實(shí)測2號機(jī)組一級、二級脫硫裝置脫硫效率分別為75.04%、92.26%(達(dá)到設(shè)計(jì)值要求)，二級脫硫效率修正到設(shè)計(jì)工況下為89.11%;2號機(jī)組二級脫硫設(shè)施出口SO2平均排放濃度為20.55 mg/m3，達(dá)到設(shè)計(jì)值及排放標(biāo)準(zhǔn)(≤400mg/m3)的要求。
(3)CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫+爐后煙氣CFB法脫硫(不加石灰)。此方式即采用CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫+爐后煙氣CFB法脫硫的兩級脫硫方式，完全利用CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫后的剩余石灰，即爐后煙氣CFB法脫硫不加石灰而達(dá)到預(yù)期的脫硫效率。目前國內(nèi)電廠系統(tǒng)設(shè)置暫無此種模式，只是在模式(2)的基礎(chǔ)上，運(yùn)行過程中按實(shí)際情況少投石灰或不投石灰。
3.2脫硫方案
采用CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫+爐后煙氣CFB法脫硫的兩級脫硫方式，在煙氣CFB法脫硫塔前加裝預(yù)除塵器，爐后煙氣CFB法脫硫設(shè)石灰系統(tǒng)。爐內(nèi)脫硫劑采用外購的粒徑小于1mm石灰石，用空氣送人爐膛。爐后煙氣CFB法脫硫主要工藝系統(tǒng)有：煙氣系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、布袋除塵器系統(tǒng)、石灰干式消化系統(tǒng)、物料再循環(huán)系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)等，系統(tǒng)布置如圖1所示。設(shè)計(jì)煤種及校核煤種的折算硫份分別為0.02%/MJ、0.055%/MJ。設(shè)計(jì)爐內(nèi)脫硫效率按80%，爐后脫硫率≥90%(設(shè)計(jì)效率大于92%)，且凈煙氣中SO2濃度≤100 rag/1113(標(biāo)態(tài)，干基，6%氧量)。
4、CFB鍋爐+爐后石灰石一石膏濕法煙氣脫硫方案
4.1 配置模式
CFB鍋爐爐后設(shè)石灰石一石膏濕法煙氣脫硫配置模式有2種：(1)CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫+爐后石灰石一石膏濕法煙氣脫硫，如京能朔州右玉發(fā)電廠工程;(2)CFB鍋爐爐內(nèi)不脫硫，僅爐后石灰石一石膏濕法煙氣脫硫，如神華煤炭伴生資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目電廠工程。CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)時，可考慮增加爐后脫硫。若爐內(nèi)不脫硫，僅爐后一級石灰石一石膏濕法脫硫滿足環(huán)保排放要求時，有利于灰渣的綜合利用，有利于提高靜電除塵器的除塵效率，有利于降低投資和運(yùn)行費(fèi)用。
4.2脫硫方案
某330 MW工程采用CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫+爐后石灰石～石膏濕法煙氣脫硫的兩級脫硫方案。爐內(nèi)脫硫石灰石按混入燃煤中與燃煤一起進(jìn)入爐內(nèi)的方案實(shí)施。爐后石灰石一石膏濕法脫硫系統(tǒng)采用工程總承包(engineering procurement construction，EPC)方式建造。設(shè)計(jì)煤種及校核煤種的折算硫份分別為0.16%/MJ、0.19%/MJ。石灰石一石膏濕法脫硫工藝采用“一爐一塔”設(shè)計(jì)，全部煙氣參加脫硫。整套裝置在鍋爐燃用設(shè)計(jì)煤質(zhì)、BMCR工況條件下，在驗(yàn)收試驗(yàn)期間(連續(xù)運(yùn)行14天)脫硫效率≥95%。根據(jù)工程設(shè)計(jì)及工程運(yùn)行情況，電廠進(jìn)行了脫硫試驗(yàn)及運(yùn)行摸索，最終確定CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫+爐后石灰石一石膏濕法脫硫的匹配關(guān)系。從電廠燃用煤質(zhì)分析資料來看，燃煤的收到基含硫量1.6%～2.5%，平均約2%，電廠運(yùn)行時，根據(jù)煤質(zhì)含硫量情況，一般控制爐后石灰石一石膏濕法脫硫前SO2濃度為1 500～2000mg/m3，對應(yīng)爐內(nèi)脫硫效率一般為70%～85%(實(shí)際爐內(nèi)脫硫可達(dá)90%以上)，此時漿液循環(huán)泵“兩運(yùn)一備”，節(jié)省廠用電。若煤質(zhì)含硫量增加，則3臺漿液循環(huán)泵運(yùn)行，滿足煙囪出口SO2排放濃度的要求。
5、結(jié)語
總之，循環(huán)流化床鍋爐的高效爐內(nèi)脫硫技術(shù)有利于我國的節(jié)能減排、緩解煤炭市場供應(yīng)壓力、降低火電廠運(yùn)行成本，具有巨大的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
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[2]陶佩軍.CFB+FGD聯(lián)合脫硫效率選擇的計(jì)算方法[J].上海電力，2007(5)：468-471.
來源:《基層建設(shè)》 作者:郝曉明
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