300 MW循環流化床鍋爐啟動期間環保排放控制與燃燒優化

呂 賽

（兗礦華聚能源趙樓電廠，山東 菏澤 274700）

0 引言

半干法脫硫技術因脫硫效率高、系統簡單、脫硫產物易處理等特點被廣泛用于大型機組中。但循環流化床鍋爐半干法技術因設計問題，對脫硫、脫銷的反應溫度要求較高［1］，在機組啟動期間易出現環保排放超標的問題，無法實現全工況脫硫、脫硝。某電廠執行《山東省大氣污染物綜合排放標準》，SO2排放標準為 35 mg／m3，NOx 排放標準為 50 mg／m3， 煙塵排放標準為5 mg／m3，但在超低排放改造系統投運后機組啟動過程中環保排放長時間超標。本文以該電廠為例，分析了機組啟動期間SO2和NOx排放超標的原因，提出了相應的調整措施，并針對不同階段進行了燃燒優化，解決了機組啟動期間環保排放超標的問題。

1 概述

該循環流化床鍋爐超低排放系統于2016年投運，采用循環流化床脫硫除塵脫硝一體化工藝。現脫硫采用爐內噴鈣+爐外半干法，脫硝采用爐內SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction， 簡稱 SNCR）+脫硫塔噴入 COA（Catalytic Oxidation Absorption，簡稱COA）的工藝。正常運行期間機組環保排放數據可達標，但啟動期間的煙氣溫度及排放物按氧量折算低等問題引起環保排放數據超標。

表1為2019年6月30日23∶00時至7月1日12∶00時機組啟動期間的環保排放數據。其中加粗數據顯示NOx排放共超標13 h，日均排放值為141 mg／m3；SO2排放超標 3 h。 機組啟動期間 SO2和NOx排放趨勢如圖1所示。

2 原因分析

2.1 半干法技術要求的溫度不滿足

半干法技術對煙氣溫度、床溫等要求較高，不能實現全工況的超低排放。爐內石灰石脫硫最佳反應溫度為860～900℃，尿素脫硝最佳反應溫度為850～1 000℃［2］，脫硫塔出口消石灰最佳反應溫度為69～75℃［3］。由于鍋爐點火及帶負荷初期，床溫低、煙氣溫度低，脫硫和脫硝劑均不在最佳反應溫度范圍內，反應效率低。

表1 機組啟動期間環保排放數據

圖1 機組啟動期間SO2和NOx排放趨勢圖

2.2 超低排放加灰建床時間滯后

循環流化床鍋爐半干法脫硫工藝在啟動前需向超低排放設備底部加灰，做脫硫塔床層使用，灰量大約為400 t。該電廠之前加灰使用容量為30 t的罐車輸送，需要較長時間，延誤超低排放系統投運時間。原設計超低排放灰斗加灰管位于脫硫塔底部，在加灰時需啟動引風機。循環流化床鍋爐機組啟動過程中，按照高流風機→引風機→二次風機→一次風機的順序啟動，整個風機啟動時間大約為40～60 min，隨即進行油槍點火。但添加超低排放床料需要6～8 h，超低排放加灰建床時間遠滯后于鍋爐點火時間，在點火期間及帶負荷初期，超低排放系統無法投運。

2.3 排放物按氧量折算低

通過表1中排放數據可知，SO2及NOx經氧量折算濃度雖超標，但實際排放數據較低，NOx日均排放值超標的主要原因是按氧量折算低。

3 調整措施

1）檢修期間對超低排放灰斗、斜槽徹底清理，確保無積灰殘留，保證系統快速建床，為環保材料投入做好準備。

2）在灰斗位置增加靜態加灰管，在不啟動引風機的情況下向灰斗內加灰；啟動引風機后再利用塔底加灰管加灰，縮短建床時間，保證在鍋爐點火前超低排放系統具備建床條件。

3）提前點燃啟動鍋爐，投入超低排放灰斗蒸汽伴熱、灰斗流化風及斜槽流化風加熱，溫度控制在100～120℃，從而提高脫硫塔及灰斗溫度，創造脫硫塔循環灰反應條件。

4）改善鍋爐添加床料的品質，保證床料中的含碳量，提高燃燒的穩定性。

5）借鑒濕法脫硫、脫硝的原理，增加煙氣濕度，增強灰的吸附性，提高脫硫、脫硝效率［4］。初期利用COA稀釋水（煙氣量?。?，后期利用工藝水（高壓水）增加煙氣濕度，增強灰的吸附性，提高脫硫、脫硝的效率。

4 啟動期間燃燒優化

4.1 點火投油初期階段

1）根據環保監測規定，氧量高于19%時，默認機組停運，排放量按實際值計算，不進行氧量折算。點火投油初期，利用二次風門將氧量控制在19%以上，環保數據即為實際排放量。

2）增加引風機出力，提高超低排放煙氣流量以滿足超低排放系統建床條件，盡快建床。

4.2 投油后期及投油投煤階段

1）油槍投運后，增加燃油量，提高床溫，床溫超400℃即開始脈動投煤。因床溫和煙氣溫度較低，脫硫和脫硝劑反應效率低，此時SO2排放較低，NOx排放較高，間斷投入消石灰，過多的石灰石會促進NOx的生成［5］。投運煙道側COA噴槍，開啟稀釋水泵，在循環灰表面覆蓋一層水膜。隨后啟動COA供料泵，投入COA溶液，根據NOx數值調整COA供料泵出力。

2）鍋爐連續投煤后，增加爐外消石灰及爐內石灰石投入量，盡管石灰石反應效率低，但仍能夠有效降低爐內SO2含量。此時NOx的控制需調整鍋爐燃燒，降低爐內含氧量，減少NOx排放數值。

3）隨床溫及煙氣溫度的上升，吸收塔的煙氣溫度同步上升，控制SO2難度增加。提高COA稀釋水泵出力，降低煙氣溫度，提高脫硫效率，同時增加爐內石灰石的投入量。COA噴槍切至吸收塔，根據NOx數值調整COA供料泵出力，此階段NOx數值變化緩慢，盡量將NOx控制在較低水平，防止造成小時超標。

4.3 暖機階段

暖機階段依然保持投油、投煤，維持燃燒穩定，盡量避免燃燒大幅波動。隨著爐內床溫和爐膛出口煙溫的升高，啟動爐內脫硝系統，投入尿素噴槍，降低爐內的NOx含量。根據出口NOx數值高低，間斷投運COA供料泵。SO2排放不易控制，COA稀釋水泵無法滿足降溫要求，啟動高壓水泵進行降溫，提高脫硫效率，間斷性投入消石灰，保證SO2在正常范圍內。

4.4 低負荷階段

機組并網開始升負荷期間，隨著負荷的增加，爐內燃料量增加，床溫升高，爐膛出口煙溫升高，爐內脫硫和脫硝效率開始升高，此時爐內脫硫、脫硝為主，超低排放為輔。退油槍時調整爐內燃燒，間斷性投入石灰石和消石灰，控制吸收塔入口SO2數值在較低水平。爐內脫硝系統根據吸收塔入口NOx濃度合理增減尿素噴槍投運組數來調整尿素母管流量，若無法將NOx排放量降至正常范圍內，及時投入COA溶液。

5 優化效果

采取上述調整措施并優化燃燒后，2019年10月機組啟動過程中SO2排放未超標，NOx排放超標僅4次，分別是 10月 15日 22∶00排放量 53.6 mg／m3，10 月16 日 2∶00 排放量 126 mg／m3，3∶00 排放量179 mg／m3，4∶00 排放量 146 mg／m3。 NOx 雖個別時段超標，但總體控制較好，未造成日均值超標的現象。SO2全程未超標，煙氣排放數據遠低于前期水平，且環保物資投入量未見明顯提高，在保證排放達標的前提下兼顧了經濟性。

6 結語

半干法脫硫技術被廣泛用于大型火力發電機組中，但其技術要求等原因使機組在啟動期間大氣污染物排放不能達標。本文針對某300 MW循環流化床鍋爐啟動期間出現的SO2和NOx排放超標的問題，分析了原因，采取調整措施并進行燃燒優化，基本實現了機組啟動期間的環保排放達標，且環保物資消耗也在合理范圍內。