燃用劣质煤大型循环流化床锅炉超低排放技术研究与应用

1.2.4配套辅机设计选型

（1）为满足锅炉低床压和颗粒粒径调控要求，入炉煤采用两级破碎+三级筛分方案，石灰石采用柱磨制粉系统。

（2）采用回转式空气预热器，较管式空气预热器而言，锅炉尾部烟道受热面更容易布置，吹灰效果好，降低了尾部烟道受热面积灰的风险，解决了排烟温度高的常见问题。

（3）对300MW机组优化滚筒冷渣机设计，将每台锅炉的冷渣机数量由6台优化为4台，降低初投资及运行费用的同时优化空间布置，使排渣管大角度弯头减少，冷渣器运行更加稳定。

（4）锅炉深度节能运行，优化一、二次风机选型，采用变频调速方式；采用旋转式暖风器，在不投暖风器期间可以旋转换热面，减小风道阻力。

1．3炉外多污染物联合脱除系统设计选型及技术特点

（1）精准控制反应温度：反应温度是影响半干法脱硫效率最重要参数之一，烟气携带吸收

剂经过文丘里装置后，与上部喷水混合降温，在激烈湍流过程中实现高效的脱硫。高压工艺水喷枪产生的雾化粒径使得液相反应持续时间在最佳反应状态；回流式喷雾系统及动态回水响应装置，精确控制喷入吸收塔内的工艺水量，在合理的反应温度区间，提供了理想的比表面面积，大大提高了气–固–液之间的化学反应效率，从而使系统更安全地运行在露点以上约15℃。

（2）精确控制流化床吸收塔内的床层波动：采用高线性物料循环阀，保证床层控制精度；同时采用多灰斗多线程自平衡控制模式，灰斗多料位和物料床层之间协同联合控制，解决了灰斗灰位平衡问题，进一步保证了床层压降的精确控制，从而使SO2、Hg等污染物脱除反应顺利进行。

（3）最佳喷水位置的设定：配合文丘里装置，喷水点为物料最为集中部位，确保喷入工艺水的充分蒸发和混合均匀；设置清洁烟气再循环系统，保证锅炉在低负荷运行时吸收塔运行稳定，最佳喷水位置点不发生漂移。

（4）多级长程干式消化器：通过在脱硫岛内配套新型多级长程消化装置直接制成消石灰干粉作为吸收剂，符合干法脱硫品质要求，实现较高的SO₂脱除效果，提供品质优良的吸收剂。

2实施案例

山西国峰煤电有限责任公司于2015年10月建成并投运2×300MW亚临界CFB锅炉。该锅炉设计与清华大学和东方锅炉有限公司合作，为国内首台应用该技术路线的300MW容量CFB锅炉。实际运行中，重点解决炉内脱硫、炉外脱硫、NO_x原始生成三者间的优化配合及锅炉效率的匹配问题，在现有控制系统基础上实现精细化低成本控制。

2．1基准运行工况调整

通过锅炉深度调整试验，总结出锅炉额定负荷下，需控制氧量在2.5%，一次风率在37%，下二次风挡板开度在35%，床压在6kPa，锅炉辅机电耗、锅炉效率达到最佳，且NO_x原始排放较低（在130mg/m³左右），为大型CFB锅炉进一步优化运行提供一定数据支持。

2．2炉内钙硫摩尔比与锅炉效率的最佳配合试验研究

炉内喷石灰石脱硫工艺对锅炉效率产生负影响的因素有煅烧热消耗、固体排放物热损失和化学反应时增加烟气量的排放热损失，对锅炉效率产生正影响的因素是硫酸盐化过程中放热过程。由于机组绝大部分时间运行在70%~80%额定负荷，针对该负荷对炉内不同钙硫摩尔比对锅炉效率的影响进行试验研究。结果显示，炉内钙硫摩尔比控制在1.85~1.90时锅炉效率较高，且脱硫成本相对较低。

2．3炉内钙硫摩尔比对NOx初始生成的影响

煤在热解的过程中，含氮化合物会以HCN和NH3等气体分子随挥发分析出，称为挥发分氮。石灰石煅烧产生的多孔结构，是NO生成天然的催化表面。研究表明，CaO颗粒对于NH₃转化为NO具有强烈的催化作用。因此石灰石加入会导致NOx排放浓度升高。

为了控制NO_x和SO₂排放，需研究石灰石投入量对NO生成量影响关系。实验中控制75%负荷，一二次风配比1∶1，省煤器入口氧浓度为3.8%~3.9%，床温860℃。图2所示为炉膛出口NOx排放浓度与SO₂排放浓度的关系。

随着石灰石给入量增大，炉内SO₂排放浓度逐渐减小。当炉内SO₂排放浓度高于600mg/m3时，石灰石加入对NOx原始排放影响极小。当低于600mg/m³时，NO_x初始生成浓度迅速增大，且低于400mg/m³时增速更为显著。这主要是由于，初始情况下由于钙硫比较低，石灰石反应较为充分，CaO较多转化为CaSO₄，对于NO_x生成的催化作用较少。

而随着钙硫比升高，未反应的CaO表面增多，对于NO_x生成的促进作用增强，导致NO_x排放大幅增加。因此，脱硫、脱硝存在一最优平衡点，并非将SO₂排放降至越低越好。

2．4炉内脱硫与尾部脱硫匹配实验

CFB锅炉炉内投石灰石脱硫时，有部分未完成反应的CaO随烟气进入炉外半干法脱硫系统中，继续参与脱硫反应。炉内脱硫效率降低时，炉外半干法脱硫效率需提高以保证尾部烟气超低排放，因此需要合理匹配炉内脱硫和炉外脱硫之间的关系。

实验条件与2.3节相同，实验结果如图3所示，随着Ca/S比增大，SO₂生成浓度减小速度逐渐变慢。这主要是由于SO₂浓度减小，SO₂与CaO碰撞几率降低，反应速率下降，气相反应速率降低，脱硫难度增大。

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