循环流化床锅炉作为高效清洁燃烧设备，煤种适应性广，能够稳定燃烧原煤洗选后产生的煤泥、洗混煤、煤矸石等劣质煤，被广泛地作为坑口电厂的首选炉型。
阳城电厂采用东方 锅炉厂DG480/13.7-Ⅱ2型循环流化床锅炉，该锅炉超高压中间一次再热、单汽包自然循环、单炉膛单布风板平衡通风、固态排渣、露天布置。锅炉主要由炉膛、高温汽冷旋风分离器、自平衡“J”阀双路回料器和尾部对流烟道组成。炉膛内布置有8片屏式过热器、4片屏式再热器、1片水冷分隔墙。锅炉前墙均匀布置6个给煤口、4个石灰石给料口，石灰石粉输送管道长约200m，经压缩空气输送至炉前墙。热一次风经两侧进入水冷风室，通过布风板上的钟罩式风帽均匀进入炉膛，主要起到流化床料的作用;热二次风经12个上二次风口、11个下二次风口分层进入炉膛，起到扰动燃烧、提供足够氧量的作用。燃料由距布风板约12m的炉膛两侧喷入。两台锅炉共设置3台氨水输送泵和3台稀释水输送泵，均为二用一备。脱硝喷枪设置在炉膛出口两侧的水平烟道上，单侧水平烟道烟气外旋方向布置7支喷枪，内旋方向布置3支。阳城电厂入炉燃料中煤泥约占30%，洗混煤约占60%。表1为入炉燃料特性。
随着运行时间的增加，阳城电厂循环流化床锅炉采用SNCR技术的脱硝系统，存在脱硝剂耗量增大，氨逃逸指数升高，NOx指标无法满足环保要求的现象。另外随着环保指标的提高，脱硫系统也迫切需要技术升级。若采用湿法脱硫，投资大、成本高，改造困难。根据循环流化床锅炉脱硫特性，采取干法炉内脱硫技术达到超低排放要求意义重大。
1 脱硫脱硝改造
1.1脱硫改造
1.1.1增加炉膛中隔墙水冷屏，降低炉膛床温
循环流化床锅炉炉内脱硫反应最佳温度区间为850～900℃。通过热力计算，确定通过中隔墙水冷屏，增加炉内受热面换热，降低炉膛床温。增加36根与中隔墙水冷屏同材质的20G，规格为76×8的管排，换热面积约为120m3。经70%、80%、90%、100%负荷工况比对，床温分别降低18℃、24.5℃、28℃、35℃。改造后50%～100%负荷工况时炉膛床温维持在855～895℃区间，始终处于脱硫最佳反应温度(如图1)。增加中隔墙水冷屏后，中隔墙两侧屏式过热器壁温超温现象彻底解决，减温水量由5t/h降至1t/h，进一步证明水冷屏增加后对床温的影响。同时，对再热器出口蒸汽温度无明显影响，两侧再热汽温均能达到额定值。
1.1.2上下二次风口分级燃烧改造
原下二次风口位置距炉膛还原性区域过近，炉膛还原性区域不稳定，二次风分级燃烧效果不显著，不利于抑制NOx生成。为此进行二次风配置改造，即下二次风拉开与一次风距离，上二次风提高至密相区上方，作为高效燃烧二次风，强化分级燃烧，增加炉膛密相区还原性气氛，抑制NOx生成量，如图2。
1.1.3增加石灰石颗粒添加系统
增加一套石灰石颗粒添加装置。通过石灰石颗粒变频调节输送皮带，将石灰石颗粒添加至输煤皮带，经过与煤混合后进入原煤仓，然后由给煤机送入炉内燃烧，参与脱硫。石灰石颗粒粒度控制在0～5mm，粒径3～5mm石灰石颗粒约占80%。石灰石颗粒入炉后主要在锅炉密相区参与脱硫反应。石灰石颗粒添加量根据给煤皮带煤量及煤质含硫量、石灰石含碳酸钙量，由控制系统自动计算而得，并将其作为指令信号发送给石灰石皮带变频调节系统，通过调节皮带转速来实现入炉石灰石颗粒量的精细化控制。运行人员手动输入钙硫摩尔比、煤质含硫量、石灰石含碳酸钙量，也可实现对石灰石颗粒量的调整。由于煤泥中无法添加石灰石颗粒，钙硫比按3.5控制。
Gsh=2.5KscBSar/Cg
式中Sar———燃料中硫的含量，%
B———计算燃料量，kg
Cg———石灰石中碳酸钙含量，%
Ksc———钙硫摩尔比
Gsh———加入的石灰石量，kg
(1)石灰石颗粒进入炉内吸热发生化学反应:CaCO3=CaO+CO2。由于反应过程中分子尺寸变小，石灰石颗粒变成一种多孔结构的钙颗粒，与煤中硫与氧的生成物二氧化硫气体发生反应:CaO+SO2+1/2O2=CaSO4。整个脱硫反应中，石灰石颗粒不断吸热膨胀以及相互撞击破裂，是床温降低的一方面。
(2)床料颗粒度增大后，炉膛密相区物料浓度增加，在一次风量不变的情况下，锅炉内循环增大，促进床温降低和稳定裕度增大。石灰石颗粒在炉内煅烧破裂后，粒度相对较大，易被旋风分离器捕捉，再次返入炉膛参与脱硫反应，增加脱硫剂在炉内的反应时间。
1.1.4石灰石粉入炉口位置调整
石灰石颗粒添加系统投入运行后，石灰石粉螺旋给料机作为补充，减小SO2排放值的波动。石灰石粉原设计4个炉前给入口，给入位置距布风板约1.4m。改造为由改造后下二次风管喷入，下二次风管距布风板2m。脱硫反应与O2呈负相关特性，在富氧的环境中有利于生成CaSO4。试验表明，在还原性气氛中CaSO4极不稳定，易发生还原反应:
①CaSO4+CO=CaO+SO2+CO2
②CaSO4+4CO=CaS+4CO2
改造后石灰石粉入炉位置提高，避开炉膛密相区还原性气氛。下二次风口提高后，石灰石粉随二次风相对穿透深度增加，石灰石粉始终处于富氧环境下，提高脱硫反应效率。
1.1.5二次风机扩容
通过二次风机扩容，二次风机风量由156319m3/h(标态)提高至187000m3/h(标态)。根据二次风口上移后，二次风口入炉处床压降低，阻力变小，二次风机出口风压由16.514kPa降至12.7kPa，运行中下二次风压高于床压1～2kPa，保证了二次风的穿透力。锅炉变工况过程中，不进行一次风量调整，由二次风调整燃烧氧量，保证锅炉密相区还原性气氛稳定，减小NOx生成量的波动。
1.1.6增加一套煤泥供给系统
原煤泥供给系统采用一套煤泥泵向炉膛两侧17.5m处供煤泥，经煤泥口喷入炉膛。实际运行中，由于煤泥独特的流动特性，导致运行中只有一侧煤泥口能连续供入煤泥，煤泥掺烧量较低。现增加一套煤泥泵，两侧供料分开独立运行，提高煤泥入炉量。由于煤泥含水量为30%，煤泥量增加后，尾部烟气湿度由6.5%升至9.8%。尾部烟气湿度的增加，有利于尾部烟气脱硫反应效率的提高。烟气中水分与未反应的氧化钙进行反应生成氢氧化钙，由于氢氧化钙比氧化钙的摩尔数大，发生膨胀后使硫酸盐外壳破裂，从而使其与烟气中的SO2增加接触，发生进一步反应。
1.2脱硝改造
通过对炉内增加中隔墙受热面后炉内烟气流场改变的模拟，烟气流场由炉膛出口烟道外侧向内侧移动。在炉膛出口至旋风分离器内侧增设3支脱硝喷枪，脱硝剂由原脱硝系统供应。由于炉膛出口水平烟道底部积灰较高，去除两侧炉膛出口至旋风分离器外侧最下层喷枪。对原脱硝喷枪更换为HBCY-FT型喷枪，该喷枪在尾部雾化，避免喷嘴损坏造成雾化不良、氨逃逸率高的问题。喷嘴部带有陶瓷耐磨防护套管，防止烟气冲刷造成喷嘴损坏或堵塞异常。
通过实际喷枪雾化试验，将原设计的压缩空气雾化压力由0.3MPa提高到0.45MPa，雾化粒度及面积均获得较大提升。根据反应效率，对脱硝系统稀释水流量设置最低0.3t/h，稀释水和氨水调节阀门设置联锁。通过提前设置的配比曲线，在氨水流量变化时，稀释水量自动调整，保证混合后作为脱硝剂的氨水浓度控制在5%。经过改造后脱硝效率维持在65%～80%，NOx排放量稳定，无瞬时超标现象。
2 脱硫脱硝改造效果、存在问题及进一步优化方向
2.1脱硫脱硝改造效果
通过增加炉膛中隔墙受热面，炉膛中部床温及平均床温均降低约25℃。在锅炉负荷50%～100%区间内，床温在855～895℃区间内波动，始终处于炉内脱硫的最佳温度区间。经过负荷试验，锅炉在变工况过程中SO2排放量稳定在35mg/m3以下。
高效二次风改造及低一次风运行，锅炉尾部烟道氧量控制在2.0%～3.0%，锅炉负荷50%～100%时，NOx的原始生成量在80～160mg/m3内波动。通过SNCR脱硝后，NOx排放量可稳定在100mg/m3以内运行。通过提高氨氮比至1.5，在氨逃逸控制≤6mg/m3(标态)的情况下，可实现NOx排放量低于50mg/m3，达到超低排放的要求。图3为锅炉脱硫、脱硝系统改造后的实际运行情况。
2.2脱硫脱硝改造后存在问题
由于采用纯炉内干法脱硫的技术路线，石灰石颗粒及石灰石粉投入量始终处于较高的钙硫摩尔比水平，锅炉负荷80%～100%时，钙硫摩尔比达到约6.5，造成石灰石耗量增加。经过化验，飞灰及底渣中分别含氧化钙约12%、6%，造成石灰石大量浪费。同时，过量的石灰石对NOx的原始生成量有明显的催化作用。经试验验证，锅炉负荷80%～100%及钙硫摩尔比稳定在3.5时，NOx的原始生成量低于100mg/m3。
2.3进一步优化方向
根据锅炉脱硫反应机理，纯炉内脱硫导致钙硫摩尔比偏高，使部分氧化钙未经反应即随飞灰带走。为提高脱硫反应效率就要考虑提高氧化钙的利用效率。目前较好的方法:一是增加尾部烟气水增湿装置;二是通过回料器返料立管增加蒸汽增湿装置。后一种方法是目前正在进行分析讨论的技术方向。
3 结论
充分发挥循环流化床燃烧在脱硫脱硝方面的优势，降低床温，改造高效二次风，从源头上控制NOx的生成量和提高脱硫效率，是能够达到超低排放的要求。纯炉内干法脱硫投资及维护成本相对于湿法脱硫有无可比拟的优势，同时也是对环保超低排放改造路线的一种积极探索。
文献信息
郭宗涛. 150MW循环流化床锅炉脱硫脱硝技术改造及燃烧优化[J]. 工业锅炉,2017,(03):40-43.
原标题：150MW循环流化床锅炉脱硫脱硝技术改造及燃烧优化
