循環流化床脫硫塔空塔運行方式的探索

許睿明，牟航宇，林明義

（福建華電永安發電有限公司，福建 永安 366000）

1 Y 發電公司簡介

Y 發電有限公司前身為Y 火電廠，始建于1958 年，現為世界500 強，特大型中央企業HD 集團公司旗下的全資子公司。原有6 臺機組裝機總容量為350MW，已于2008 ～2010 年全部關停。近年來，在原址附近新建兩臺300MW“上大壓小”機組，項目建設2 臺300MW 循環流化床燃煤發電、供熱機組，采用當今先進的爐內脫硫CFB 清潔燃煤技術。其中7 號機組于2011 年投產，8 號機組于2012 年投產。Y 公司于2015 年完成了超低排放升級改造，機組的煙塵排放均值已達到天然氣燃氣機組的排放標準，成為福建省內首家實現超低排放的燃煤“環保電廠”。

2 Y 公司脫硫除塵系統概況

2.1 設備概述

Y 公司2×300MW 循環流化床機組煙氣脫硫系統，采用福建龍凈環保股份有限公司循環硫化床脫硫除塵一體化工藝，系統呈一爐一塔方式布置，每臺煙氣脫硫系統子系統分為煙氣系統、吸收塔系統、吸收塔底部排灰系統、吸收塔底部吹掃系統、布袋除塵器清灰系統、布袋除塵器灰斗氣動錘系統、消石灰制備及供應系統、物料循環及流化系統、灰庫系統、脫硫灰外排系統、工藝水系統、壓縮空氣系統、蒸汽系統及電氣儀控系統等組成。

2.2 脫硫工藝原理

（1）空預器出口的煙氣經電除塵器除塵后，從底部進入吸收塔，在吸收塔的進口段，高溫煙氣與加入的消石灰、循環脫硫灰充分預混合，進行初步的脫硫反應。

（2）煙氣通過吸收塔下部的文丘里管進行加速，進入循環流化床床體；物料在循環流化床里，氣固兩相交互產生激烈的湍流，使床內的Ca/S 比高達50 以上，充分達成脫硫效果。

（3）噴水裝置裝設在文丘里的出口擴管段，降低煙氣溫度（大于煙氣露點溫度15℃左右），溫度區間控制在70 ～80 ℃，從而使得SO2與Ca(OH)2的反應轉化為可以瞬間完成的離子型反應，吸收劑、循環脫硫灰在文丘里段以上的塔內進行第二步的充分反應，生成副產物CaSO3·1/2H2O，此外還有與SO3、HF和HCl 反應生成相應的副產物CaSO4·1/2H2O、CaF2、CaCl2·Ca(OH)2·2H2O 等。

（4）經脫硫處理的含塵煙氣從吸收塔頂部側向排出，進入脫硫后布袋除塵器進行除塵。經布袋除塵器捕集下來的脫硫灰，通過除塵器下方的脫硫灰斗，可通過返料斜槽輸送回吸收塔入口段繼續參加反應，如此往復循環。多余的脫硫灰可通過倉泵氣力輸送至脫硫灰庫。

圖1 脫硫除塵系統示意圖

3 脫硫塔空塔運行探索

2021 年10 月，Y 發電公司8#機組檢修后啟動過程中，因布袋除塵器布袋使用壽命到期、布袋老化發生破漏，造成煙氣粉塵排放濃度逐步升高至70mg/m3左右，嚴重超過國家排放標準限值，缺陷消除需機組被迫停運檢修。由于正值保電保供熱的重要時期，福建省電力供應緊張，且布袋除塵器所需要的檢修周期較長，8#機組不具備停運檢修的條件。經運行人員組織研究論證，決定嘗試爐后循環流化床脫硫塔不建床的特殊運行方式。循環流化床脫硫塔退床運行后，爐后布袋煙氣中粉塵濃度下降，煙氣粉塵排放濃度明顯回落至國標范圍，但是帶來了煙氣中二氧化硫、氮氧化物排放濃度控制難度大、波動量大，脫硫灰斗下灰不暢，脫硫塔內壁板結、掉灰等一系列問題。2021 年10 月～2022 年3 月，前后三次爐后脫硫塔不建床的特殊運行方式中，運行攻關小組根據運行中存在的實際問題，不斷組織技術攻關，優化并固化了爐后脫硫塔空塔運行方式。實現了循環流化床脫硫塔退床特殊運行方式下，煙氣污染物達環保排放標準，取得良好的社會效益和經濟效益。

3.1 脫硫運行控制

Y 公司脫硫系統采取爐內噴鈣脫硫加爐后循環流化床半干法脫硫相結合的脫硫方式。爐后脫硫塔無法建床運行工況下，因爐內脫硫效率達不到國標排放要求，爐后無法正常投脫硫物料，造成了二氧化硫排放指標波動大，無法保證在環保排放限值內運行；同時爐后脫硫灰斗、脫硫塔本體易發灰的板結、掉灰、返料不暢等一系列問題。通過運行經驗積累與各種運行方式的探索，探索出以下空塔運行控制要點。

（1）盡可能燃用低硫煤，控制煤種硫分低于0.6%（經過不斷探索優化，已可滿足入爐煤硫分不高于0.85%控制），減少二氧化硫生成量。

（2）通過調整爐內2 套石灰石系統出力，提高爐內石灰石濃度，確保爐內鈣硫比達2.0 以上，用高濃度的石灰石提高爐內二氧化硫的脫除率。以爐膛出口二氧化硫濃度不大于300mg/m3為控制要求。

（3）鍋爐燃燒氧量控制不低于2.5%，以保證爐內脫硫效果。

（4）當出口二氧化硫濃度≥35mg/m3時，啟動消石灰給料機短時持續往塔內給料，發揮輔助脫硫的作用。消石灰給料機運行過程中，嚴格控制高壓水槍噴水量，平均值控制值應在15t/h 以下；一旦二氧化硫濃度有回落趨勢，立即減少高壓水槍噴水量，直至停運，嚴格確保爐后脫硫塔出口煙溫不低于100℃運行。防止脫硫塔內因物料濃度不足，高壓水槍進水無法正常被物料攜帶，遺留在塔內壁面，從而帶來循環灰的貼壁板結，引發塔內大量掉灰的現象。

（5）因脫硫塔內流動的灰量較少，為防止脫硫塔噴水時噴水量過大未能充分汽化產生的濕灰引發灰斗積灰板結等問題，需要循環交替開啟爐后布袋除塵器各灰斗物料循環門，適當建立爐后脫硫系統灰循環，以煙塵指標不超標為依據盡可能開大循環灰量。爐后脫硫系統灰循環過程中，循環灰可以對脫硫塔壁起到沖刷作用，改善濕灰貼壁情況，其中未反應完全的脫硫劑還可以起到輔助脫硫的作用。

（6）運行過程中，應連續保持塔底排灰系統運行，每小時檢查1 次脫硫塔塔底掉灰情況。每2h 對灰斗觀察孔進行檢查，跟蹤灰斗內灰黏結程度，同時，加強灰斗回料順暢情況的監視。

（7）更換鍋爐出口脫硫塔入口二氧化硫監測儀表，量程由0 ～3000mg/m3改為0 ～300mg/m3，確保脫硫塔入口二氧化硫濃度表計指示精確度，確保運行人員調控及時。

3.2 脫硝運行控制

Y 公司脫硝手段主要為循環流化床鍋爐分級燃燒技術以及SNCR 脫硝系統2 個部分。因脫硫塔空塔運行，為保證脫硫效果，鍋爐需保持高氧量運行，而高氧運行對分級燃燒抑制氮氧化物原始生成量方面造成負面影響。為保障氮氧化物排放指標合格，減少尿素使用量以降低硫酸氫氨對爐后系統的腐蝕，針對脫硫塔空塔運行方式需再進行調整。

（1）因機組設計煤種為超低揮發分無煙煤，但近年來燃煤市場的惡劣形式，使得公司大規模燃用褐煤、煙煤；針對脫硫塔空塔運行，需提交采購計劃，摻燒低揮發分煤種，從源頭減少氮氧化物生成量。

（2）根據煤質變化及時調整一、二次風配比及上下二次風配比，在確保鍋爐床層流化正常的情況下，盡可能降低熱一次風量（控制熱一次風量不高于330km3/h）；調整上下二次風門開度，下二次風總門開度不大于30%；強化監督管理確保措施嚴格執行。在爐膛密相區建立低氧燃燒的還原性氣氛，保證分級燃燒抑制氮氧化物原始生成量的效果。

（3）通過飛灰再循環系統的投退及爐膛床壓控制，將爐膛上部差壓由正常的1.5kPa 升至1.8 ～2.0kPa，加大爐膛內循環灰量從而使床溫保持在850 ～900℃的較低水平范圍內，抑制氮氧化物原始生成量。上部差壓的增加意味著鍋爐循環灰量的增大，循環灰將更有效率地捕捉氨分子，也意味著SNCR系統有著更小的氨逃逸率，提高SNCR 系統的效率，減緩爐后設備腐蝕。

（4）爐后脫硫塔不建床的特殊運行方式必然造成尿素入爐量加大、氨逃逸升高。運行人員要加強熱一、二次風溫及空預器煙溫變化趨勢監視，將空預器處的乙炔脈沖吹灰工作由原來的每班2 次增加到每班3 次，預防空預器積灰堵塞。

3.3 除塵運行控制

爐后脫硫系統空塔運行時，電除塵器作為第一道除塵器攔截掉大部分的粉塵，布袋除塵器僅起到了攔截塔內循環灰的作用。在布袋老化破損的情況下，要保證電除塵器正常運行，同時控制消石灰給料及灰斗物料循環，避免布袋除塵器除塵負荷太高，導致煙塵超過環保排放限值。

（1）加強運行巡檢及監視，發現缺陷及時處理。

（2）關注電除塵器電場一、二次電壓電流及火花率變化情況，根據情況調整振打頻率，確保電除塵器高除塵效率運行。

（3）煙塵排放濃度超標時，停止爐后脫硫系統灰斗物料再循環，降低爐后脫硫系統內物料濃度，從而降低布袋除塵負荷。

（4）布袋除塵器布袋差壓正常按不超1.3kPa 控制。但當煙塵排放濃度超標時，應暫停布袋噴吹，避免噴吹期間粉塵波動造成煙塵排放濃度超標。

4 探索成果

2021 年10 月～2022 年3 月，因保電保供熱工作要求，Y 公司8#機組停役時間短、布袋除塵器不具備全面檢修條件，8#機組先后3 次使用爐后脫硫塔空塔運行操作法維持機組可靠運行，創造了良好的環保效益、社會效益及經濟效益。

4.1 環保效益

經統計，8#機組3 次脫硫塔空塔運行特殊工況下，二氧化硫達標排放率達99.3%、超凈排放率達94.0%；氮氧化物達標排放率達99.9%、超凈排放率達97.6%，粉塵達標排放率達100%，超凈排放率達93.1%。爐后脫硫塔空塔運行方式實現了除塵系統異常運行工況下煙氣各污染物達標排放，取得了明顯的環保效益。

4.2 社會效益

在爐后脫硫系統布袋除塵器故障的情況下，避免了因污染物長期超標的環保問題造成機組非計劃停役事件，貫徹執行了福建省保電保供任務，消除了該情況下對電網系統電力調度和周邊工業區工業供熱的影響。

4.3 經濟效益

按照機組停役搶修布袋需10 天工期、時均負荷230MW、時均供熱量180t 計算，3 次脫硫塔空塔運行操作法的使用共保證了16560 萬千瓦時發電量、12.96 萬噸供熱量的正常供應。Y 市工業園區熱用戶一天的總產值約為2000 萬元，脫硫塔空塔成功運行幫助熱用戶創造產值約6 億元。按《福建省電網統調電廠運行管理考核辦法》規定計算，脫硫塔空塔運行探索共為公司避免了8160 萬千瓦時的省調非停電量考核，挽回直接經濟損失3500 萬元。

5 應用前景

（1）Y 公司在布袋除塵器故障的情況下，可使用脫硫塔空塔運行方式維持機組運行。

（2）當風機故障檢修造成脫硫塔風量不夠，無法建床運行時，可使用脫硫塔空塔運行方式保證搶修期間機組煙氣污染物達標排放。

（3）采用同類型脫硫方式的同類型機組，即脫硫采用爐內噴鈣脫硫和爐后循環流化床半干法脫硫方式的循環流化床鍋爐機組，在同類型故障情況下，具備明顯的借鑒作用。