东晟环保

 

 

 

前言

  东滩矿电厂锅炉情况：东滩矿电厂共计三台锅炉，型号：UG-75/3.82-M23，为无锡锅炉厂与浙江大学联合设计，无锡锅炉厂制造的低倍率中温中压循环流化床锅炉。三台锅炉投运日期分别为 1997 年、1999年、2000 年。由于该锅炉为上世纪 90 年代产品，且为国内首台煤泥循环流化床锅炉，能耗高、初始污染物浓度高、运行周期短、运行维护成本费用高等诸多设计缺陷在运行过程中凸显，进而影响电厂的安全生产运行管理。

 

  三台锅炉目前出力在 70t/h 左右，床温在 980-1020℃左右，炉膛出口温度在 700℃左右，返料温度在 500-550℃左右，氧含量在 3-6%左右，料层差压在 8.0-8.5 kPa 左右，锅炉出力在 70t/h 左右，一次风机电流在37-40A。运行状况较差，尤其是，运行床温高达 1000℃，炉内脱硫效率极低，只能采用炉外烟气脱硫；氮氧化物初始生成浓度较高，脱硝氨水耗量大，滤袋糊袋严重；运行周期普遍较短，好的时候在 60 多天，差的时候 20 多天。

 

环保方面主要问题有以下几方面：

 

  烟气回燃导致空气预热器管外壁结垢、堵塞、腐蚀、泄漏，造成换热不良，排烟温度升高，空气、烟气短路，引、送风机振动大、电耗高，辅机故障率高。

  目前 1#锅炉超低排改造已完成，采用的是 SNCR+SCR 脱硝，布袋除尘+湿电除尘，石灰石—石膏脱硫工艺，改造后二氧化硫、烟尘基本满足超低排要求，但氮氧化物不能达到 50mg/m3 超低排要求，基本维持在80mg/m3 左右，偶尔的伴有分钟值超标，喷氨量较大（10%浓度氨水），达到 1.5t/h，脱硝氨水蒸汽单耗达到 11kg/蒸吨，需要在下一步的工作中摸索经济运行的操作调整方法。

 

超低排改造后氮氧化物不能达标排放的原因析：

 

1、因超低排总包单位未做温度场模拟试验，直接在原喷枪位置更换了新喷枪，氨水喷枪位置有待于优化，SNCR 效率低，整个锅炉温度场分布不均匀，下部高，上部低，上下偏差大，不能满足 SNCR 反应 850℃—1200℃要求导致效率低。

 

2、SCR 入口温度低，目前在 290℃，不能满足 SCR 最佳反应区间 315 —420℃温度要求。

 

3、SCR采用的钒系催化剂停炉检查发现催化剂表面附着一层亮黑色物质，可能会降低催化剂的活性。目前超低排总包单位已经取样分析，具体物质及是否影响催化剂活性目前不明。

 

2#锅炉、3#锅炉还没有进行超低排改造，目前采用的是氨法脱硫，低氮燃烧+SNCR 脱硝，布袋除尘工艺，执行的标准是 100、200、20。因目前超低排未改造 2#锅炉、3#锅炉，氮氧化物执行的标准为 200，目前电厂通过低氮燃烧即可满足达标排放要求，具体的做法是锅炉压氧燃烧，将炉膛出口氧含量控制在 2—3%，如果不能满足要求再开一点烟气回燃，但烟气回燃会带来后续空预器腐蚀积灰、风机叶轮腐蚀、风机振动等问题。燃料系统不稳定，锅炉氧含量较高时采取适当喷入氨水措施满足 200 排放标准要求。

 

  针对东滩矿电厂 75t/h 主烧煤泥的 CFB 锅炉在烟气脱硝存在的问题，提出炉内深度低氮燃烧脱硝超低排放改造解决方案，供业主参考。

 

1、实施中部二次风分级燃烧技术

 

  二次风口距布风板高度对脱硝影响很大，进行改造。对于脱硝效果不理想的锅炉，采用中部风专利广义配风，在炉堂进行高梯度多级分级送风。在标高 1054 设置中部二次风。

 

  需要在炉膛前后墙各开孔

4-6 个。

 

  材料及施工：保温及护皮拆除、炉墙开孔（每个开孔切割两根水冷壁管）、需要喷嘴（大小头Φ108*159*156）、DN150 管道弯头、制作密封盒、耐火材料浇注、保温及护皮恢复。拆除原上二次风，喷嘴、弯头和短管可被利旧。

单台锅炉二次风改造材料清单

序号	名称	单位	数量	型号/材质参数	备注
1	水冷壁弯管组	组	10	20G 每组弯2根管子。
2	喷嘴			大小头Φ108*159*15	利旧
3	焊接钢管	m	15	DN150，Q235
4	弯头	个	8-12		利旧
5	保温	套	8-12	岩棉+白铁皮

 

  由于分级燃烧技术使炉内形成沿炉膛高度方向明显的“双还原区”，也有利于脱硫。分级燃烧技术使炉内强还原区域部分含硫物质在碳氢催化作用下分解成 H₂S，并与烟气中分解形成的 CaO 发生反应，生成 CaS。

 

由于分级燃烧的强还原性和独特的着火燃烧过程，使 CaS 较稳定地存在于炉渣中。本次改造，二次风的改造是一项重点内容，主要是优化二次风分级布置。大部分现役流化床锅炉二次风设计存在以下局限：在空间尺度方面，未顾及极高浓度的密相区下部物料的强阻挡效应，二次风根本无法穿透物料，直接造成炉膛中央的高贫氧区，导致 CFB 燃烧效率下降，炉效降低；

  在水平方向，未考虑氧量均匀分配的因素，形成了物料燃尽过程较大的差异，也影响最终燃尽率二次风射流引入角度不合理，造成二次风喷口形状不规整，产生喷口局部涡流和失效效应，进一步降低了二次风射流刚性；

  二次风整体调节裕度很小，运行人员无法根据烟温偏差、炉内温度场分布等运行工况的要求进行合理的二次风调整；二次风设计没有根据实际回料口位置和给煤口位置进行合理调配，而以简单的等径、等高和均分方式，去应对相对复杂的炉内灰浓度场分布和新鲜燃料的不平衡性，更加造成了氧量分布的不均衡；

  没有针对目前低排放要求的氧化、还原区合理分配，不能很好地将高效燃烧与低氮排放有机地结合在一起。

 

2、对原中下二次风口实施导流台

 

  炉内氧量分布不均，采用二次风口导流台专利技术解决锅炉中心缺氧和。

  循环流化床锅炉普遍存在着炉膛中心缺氧问题，炉内氧量分布严重不均，不利于脱硝二次风口附近的高氧处产生的硝量较大。在方案一的前提下（即密相区已经低氧的情况下），用二次风口导流台专利技术解决炉墙贴壁富氧问题及炉内氧量分布不均和中心缺氧问题（引发局部高硝量问题），对 6-8 个原中下二次风口实施二次风口导流台，导流台由耐火耐磨材料构成。

  材料及施工：二次风口上部耐火材料的拆除、销钉的制作与焊接、导流台用耐火耐磨材料成形

单台锅炉原中下二次风口导流台改造项目材料清单           序号 项目名称 规格参数 单位 数量 备注 1 耐磨耐火材料 耐磨耐火可塑料 吨 0.5 2 销钉 Φ8 不锈钢圆钢 吨 0.05
3 料层飞灰催化燃烧技术     料层飞灰催化燃烧技术即实现飞灰再循环，会适当影响循环倍率。实施中采用专利技术对省煤器下部、预热器下部、除尘器下部的飞灰视现场情况进行综合利用，显著利于脱硝。实验证明，飞灰返回料层有催化作用   能有效降低 NOx。     气体粉末发送器，利用文丘里缩涨射吸抽真空原理精密制造，外形为 DN100 三通式构造，全不锈钢（304 或 316）制造耐磨性好，适合于用 9-60KPa的风产生真空腔室抽吸粉末状物质，气体与粉末混合后经扩散管升压再由 DN100 管道输送到水平 30-100 米垂直 12 米远的容器内(容器背压 2-3KPa)。适合于电厂将飞灰连续发送到锅炉内实现飞灰再循环。
3 料层飞灰催化燃烧技术     料层飞灰催化燃烧技术即实现飞灰再循环，会适当影响循环倍率。实施中采用专利技术对省煤器下部、预热器下部、除尘器下部的飞灰视现场情况进行综合利用，显著利于脱硝。实验证明，飞灰返回料层有催化作用能有效降低 NOx。    气体粉末发送器，利用文丘里缩涨射吸抽真空原理精密制造，外形为 DN100 三通式构造，全不锈钢（304 或 316）制造耐磨性好适合于用 9-60KPa的风产生真空腔室抽吸粉末状物质，气体与粉末混合后经扩散管升压再由 DN100 管道输送到水平 30-100 米垂直 12 米远的容器内(容器背压 2-3KPa)。适合于电厂将飞灰连续发送到锅炉内实现飞灰再循环。

 

 

序号	名称	单位	数量	型号/材质参数
1	气体粉末发送装置	只	2	DN00,不锈钢 304 或 316
2	风管道	米	30	DN00，Q235
3	风管道	米	10	DN150，Q235
4	手动闸阀	台	4	DN100，Q235
5	手动闸阀	台	2	DN150，Q235

序号		名称	单位	数量	型号/材质参数
1	耐磨  耐火材料		吨	0.05	耐磨耐火可塑料
2	销钉		吨	0.01	Φ8 不锈钢圆钢

5、实施入炉煤均匀抛撒

  入炉煤均匀抛撒可以减少炉内硝的产生量。采用专利射流喷嘴技术对播煤风射流方向和风箱进行调整。在落煤管处用气体射流将入炉煤均匀抛撒在料层里可以降低火焰中 HCN 浓度从而减少快速型NOx生成量。

   采用的专利技术介绍：电站循环流化床锅炉给煤口一般开在炉膛下部（距床底部1.2米左右）燃煤通过给煤管道进入炉膛下部的床料中然后燃烧。给煤管道与水平方向的夹角一般在60左右，这样陡的角度使得燃煤集中落在床料中并形成堆状不利于快速燃烧，还导致燃烧后的灰渣在烟气中分布不均匀，燃烧后的灰渣收到炉内烟气压力从而偏给煤口所在的炉墙（水冷壁），进一步导致该侧水冷壁受到高浓度的灰渣冲刷磨损，严重时会出现磨损泄漏然后停机检修，严重影响了正常生产。

现行的循环流化床锅炉给煤管道及给煤口的吹扫风和播煤风效果都很差，煤堆积在料层里的现象经常发生，原因是播煤风没有风室和喷嘴表现为强度太弱(见图 1、图 2)。现在常用的办法是在 给煤口形成一个弧形风口以加强吹扫但效果不好。播煤风因其起管式射流喷嘴不到播煤作用导致粗煤矸石颗粒长期撞击给煤口炉内的耐火耐磨材料使其脱落，耐火耐磨材料脱落后水冷壁就裸露出来，裸露的水冷壁管不久就被煤矸石颗粒撞击磨损泄露，泄露后就得停炉检修。   所以，有必要设置一种喷嘴在给煤口下方形成一股较强的弧形射流将入炉煤吹撒开来，防止大量的入炉煤堆积在靠近炉墙的料层中，进一步防止煤燃烧后的灰渣在烟气中分布不均匀从而防止水冷壁受到高浓度的灰渣冲刷磨损。     本实用新型发明专利所述的一种用于流化床锅炉给煤口的管式喷嘴组，它包括給煤管道、原播煤风管、炉墙、给煤口、原弧形播煤风口、管式喷嘴、播煤风箱、料层、管式喷嘴组，其特征是：在给煤口下方设置管式喷嘴，8 个管式喷嘴组成管式喷嘴组，管式喷嘴组呈矩形状，管式喷嘴组内置在播煤风箱里，播煤风箱的体积是原煤风管的速倍。
安装施工方法：   1）、将现有流化床锅炉原播煤风管体积扩大变为新播煤风箱（如图 3 中 7 所示），播煤风箱的体积是原播煤风管的体积的数倍。高流速的播煤风来风在体积较大的播煤风箱里流动速度会变小，播煤风的静压会变大，这样管式喷嘴两侧的压力差会变大从而气体射流会增强。   2）、在现有流化床锅炉给煤口下方的原矩形播煤风口设置管式喷嘴，对播煤风口进行改造，对矩形播煤风口进行尺寸修正。管式喷嘴长 250mm，直径 32mm,壁厚 5mm,材质采用耐热耐磨钢 0Cr25Ni20。对没有设置下部播煤风口的锅炉则增加下部播煤风口。   3）、 6-8 个管式射流喷嘴形成管式喷嘴组。   4）、管式射流喷嘴组矩形状，下部 8 个管式射流喷嘴喷射方向超过布风板的纵向中心线 200mm。管式喷嘴组在矩形给煤口下方形成一股较强矩形射流将入炉煤吹撒开来，防止大量的入炉煤堆积在靠近炉墙的料层中。   5）、管式射流喷嘴组内置在播煤风箱里。   6)、射流喷嘴用碎钢板连接焊接在风箱壳体上。   7)、射流喷嘴间的缝隙用碎钢板填充焊接不漏风。
	单台锅炉入炉煤均匀抛撒改项  目材料清单
	序号 名称 单位 数量 型号/材质参数         1 射流喷嘴 个 24 Φ32*5*300,Cr25Ni20           2 风箱 个 3 Q235           3 耐磨耐火材料 吨 0.01 耐磨耐火可塑料
	6 分离器效率和返料器改造 善   返料器返料风的压力、温度选择不好不利于脱硝，要对其调整，必要时进行供气系统和返料器布风板的改造。循环倍率不当不利于脱硝，要对其调整，进行分离器提效改造；用耐火耐磨材料形成水平烟道倾斜和水平烟道后部再渐缩，中心筒变短与偏置。 由于分离器入口烟气速度偏低，通过增加分离器进口耐磨料层的厚度，减少进口面积增大进口烟气流速。本次改造增加凸台缩口后，进入分离器入口烟气流速增加到 26-30 m/s，效率有望进一步提高。   通过分离器入口截面缩小改造后，返料量会大大增加，改造时按实际需要的风量对返料器返料风速进行优化设计，保证松动风在保证流化的前提下风量最小，以防反串影响分离器效率，返料风可调性好，以保证返料通畅。 本部分改造内容主要涉及浇注料的敷设。

 

 

单台锅炉分离器提效改造项目清单

 

序号	项目名称	规格参数	数量	单位
1	分离器入口耐磨耐火材料	可塑料	2	吨
2	销钉	Φ8 不锈钢圆钢	0.1	吨

 

7 料层低氧燃烧调整改造

 

  循环流化床锅炉普遍存在着料层富氧燃烧硝量较大的问题，防止结焦采用较大的一次风率和二次风大角度向下倾斜是其主要原因。料层氧量偏高会对炉内脱硝产生负面影响，必需进行优化调整和局部改造，实施中采用专利技术用水气调整锅炉两侧一次风中的氧量，料层低氧燃烧，从而达到低硝燃烧，可以大幅度降低燃烧中产生的硝量。当床温已经较高时（接近 980℃）调整循环灰量使床温下降不明显需要增大一次风降床温时，需要对料层强制降低氧量，增风不增氧！实现低温低氧燃烧。在锅炉一次风道中设置水雾化喷嘴，使用工业水、井水、循环水，降低一次风含氧量，抑制床温，同时在保证流化效率的前提下，适当提高二次风率，为二次风合理的空气分级创造条件。

  料层低氧燃烧技术克服了烟气再循环带来的诸多弊端，如空预器腐蚀积灰、风机叶轮腐蚀、风机振动等问题。

  料层低氧燃烧能起到高效降低氮氧化物作用，是在二次风喷口改造的基础之上才能可靠实现的。究其原因在于循环流化床本来就中心缺氧，加入水汽后会加剧这种情况，所以必须经过二次风改造（导流台和倾角改造）保证炉膛氧量的均匀性。个别工程由于没做二次风改造，直接加设烟气再循环后燃烧工况变得十分恶劣，CO 排放能达到 10000ppm 或更高。但是经过二次风改造的 CFB 锅炉加设料层低氧燃烧系统，不仅能改善燃烧，使整燃烧在炉膛高度和水平方向上均匀化。

 

单台锅炉料层低氧燃烧调整改造材料清单

 

序号	名称	单位	数量	型号/材质参数
1	风管道	米	300	DN700，碳钢，螺旋焊管
2	手动阀门	台	4	DN450
3	金属波纹膨胀节	台	4	DN450
4	槽钢	吨	3	支架
5	保温	米	400	岩棉+白铁皮

 

 

8 鳍片上设置导流板（中部Π形鳍片焊接）

  针对哪些床温高、硝量过高的现象，需要调整炉膛中部吸热量，降低床温。采用在中部水冷壁鳍片焊接导流板（垂直于鳍片的扁钢）即Π形鳍片专利技术。当床温已经较高时（接980℃）,需要在四面墙中部水冷壁鳍片上焊接导流板增强炉膛上部吸热量，可影响床温下降。

  自标高 9945mm 开始在焊接水冷壁鳍片上焊接导流板，焊到标高12000mm 处，导流板用Cr25Ni20 扁钢，6*30，鳍片上焊两道扁钢且双面点焊。在Π形鳍片终结处焊倾斜梳形板形成防磨槽起到防磨作用。

 

单台锅炉中部鳍片焊接改造项目材料清单

 

序号

项目名称

规格参数

数量

单位

1	扁钢	6*30，Cr25Ni20	1	吨
2	不锈钢焊条	A402	Kg	60

  另外导流板还有防止侧磨作用，烟气携带物料首先和导流挡板撞击，然后再冲刷水冷壁管，大幅度减少了物料速度和动力，降低了下游水冷壁的侧磨。为防止导流挡板的变形，导流挡板长度为 500mm，厚度 6mm，材质 0Cr25Ni20，需要在导流挡板的垂直方向设置膨胀缝 5mm，相邻膨胀缝错列布置。

 

 

 

9 对现有 SNCR 提效改造

  对现有 SNCR 的喷嘴雾化情况全面检查，对喷枪布点进行分析，确认氨水在烟道内的均匀性，确认烟气温度区域对脱硝的适应性（找到最佳的温度区域）。

10 运行优化调整

 

  一些主要运行参数的长期习惯于偏离优化值会对炉内脱硝产生负面影响，主要由业主配合按照技术要求调试：

 

★ 优化调整一次风率；一次风率过度偏离，不利于脱硝，需进行优化调整，建立在入炉煤粒度得到保证，必要时采用完全细筛机。

 

★ 优化调整二次风配比。

 

★ 优化调整床温。床温偏离幅度过大，如增大一次风调整床温极不利于脱硝，必需进行优化调整。对绝热式分离器采用温风流化技术，调整循环倍率对床温偏离进行纠正，对返料器进行改造调整循环倍率。

 

★ 优化调整烟气氧量。控制烟气氧量及正确判断，照顾到炉内脱硫。

 

★ 优化调整床压。适当调整料层，调试料层对床温和 Nox 排放的影响。

 

★ 优化调整循环倍率；通过运行调整或采取加灰措施调整循环倍率，影响床温。

 

  运行调整时压减一次风量使料层低氧燃烧可减少硝的生成量，但当床温已经较高时（接近 980℃）就只能调整循环灰量（增加补充循环灰系统，细底渣破碎后过 0.8mm 孔筛可以充当循环灰）使床温下降以实现料层低温燃烧。首先要保证循环回路的正常运行，返料风压、返料风量足够，返料风帽出风口直径足够大。

  在以上各个调整中观察烟气中NOx的变化，找到各个参数对烟气中NOx 的影响，最后制定最佳的有利于脱硝的运行参数。

 

附件 国家专利技术支撑

 

ZL 2011200718979，流化床二次风喷口上部导流台；

 

ZL2013208604918，一种循环流化床锅炉中部风炉膛；

 

ZL2011200922059，循环流化床锅炉密相区导流台；

 

ZL2015207063459，一种用于流化床锅炉给煤口的管式喷嘴组；

 

ZL2015207063444，一种用于流化床锅炉的二次风向偏转装置；

 

ZL200720089314.9，循环流化床锅炉垂直水冷壁防磨槽；

 

ZL2011200815790，流化床锅炉床上一次风炉膛；

 

ZL2011203222195，一种笼式滚筒钢球细碎机；

 

ZL2016201007483，一种筛分式螺旋输送装置；

 

ZL2016201336175，一种筛分式破碎机；

 

ZL2011200815841，用于流化床锅炉管排的梳形肋片；

 

ZL2007200923036，循环流化床锅炉п、E 型鳍片；

 

ZL2016204148661，一种用于循环流化床锅炉的低硝燃烧系统；

 

ZL201110100247.7，一种流化床锅炉床料的蒸汽加热方法（发明）；

 

ZL201120322234.X，一种流化床锅炉床料的烟气加热系统；

 

ZL 201110054610.6，流化床锅炉无油点火方法（发明）。