大型循环流化床锅炉SO2实现超低排放改造关键技术研究

大型循环流化床锅炉SO2实现超低排放改造关键技术研究神华集团循环流化床技术研发中心辛胜伟2016年6月17日太原一前言二循环流化床半干法脱硫工艺简介一、前言二、循环流化床半干法脱硫工艺简介三、预除尘器布置方式四、引风机优化选型五、炉内炉外脱硫最佳占比五、炉内炉外脱硫最佳占比六结论及建议六、结论及建议前言1突出特点适合劣质燃料电力持续过剩利用小时下降利用小时下降低NOX排放超低排放环保政策节能降耗限值炉内脱硫低O排放炉内脱硫CFB3新电改的竞价负荷调节宽到2020年，全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放。现役机组仅依靠炉内脱硫抑氮实现超低排放难度很大必须现役CFB机组，仅依靠炉内脱硫抑氮实现超低排放难度很大，必须实施超低排放改造。前言1序号锅炉家容产期中国已投运超临界CFB锅炉统计序号机组锅炉厂家机组容量投产日期1白马公司#61机组东锅600MW2013.04.142山西国金#1机组东锅350MW201509182山西国金#1机组东锅350MW2015.09.183神东河曲#1机组东锅350MW2015.09.284华电朔州#1机组上锅350MW201511034华电朔州#1机组上锅350MW2015.11.035神东河曲#2机组东锅350MW2015.11.136华电朔州#2机组上锅350MW201512146华电朔州#2机组上锅350MW2015.12.147山西河坡#1机组东锅350MW2016.01.308徐州华美#1机组东锅350MW2016.01.31徐州华美机组东锅9徐州华美#2机组东锅350MW2016.02.27国内先后投运的350MW超临界CFB机组都达到了超低排放水平，脱硫系统：炉内石灰石脱硫，炉外半干法/湿法脱硫。技术路线可为现役CFB机组超低排放改造提供参考。前言1努力的目标：低成本实现超低排放改造努力的目标：低成本实现超低排放改造不考虑炉内技术改造升级，只将现有成熟的炉外脱硫脱硝除尘技术进行组合实施，固然能满足超低排放要求，但是CFB炉内低成本脱硫抑氮优势可能不复存在从而造成投资和运行费用浪费成本脱硫抑氮优势可能不复存在，从而造成投资和运行费用浪费。CFB固有的优点不被利用，其存在的价值就会被极大削弱。有的点被利用，其存在的价值就会被极大弱较理想的低成本实现超低排放改造的技术路线：通过CFB技术创新与设备改造进行炉内优化，发挥CFB固有优点进行炉内高效脱硫抑氮。根据燃料和锅炉自身情况辅以设置低成本炉外脱硫脱硝设施根据燃料和锅炉自身情况辅以设置低成本炉外脱硫脱硝设施。前言1炉内脱硫优化改造：不断提高脱硫剂利用率炉内脱硫优化改造：不断提高脱硫剂利用率通过燃烧优化、物料循环优化、均匀布风、炉内受热面优化等耦合技术措施来实现，Ca/S可控制在合理范围（1.5-2.0）。具体内容：准确优良的物料循环分离系统准确优良的物料循环分离系统优化炉内受热面，保证炉内合理温度均匀布风和合理的一、二次风配比，保证炉内温度场均匀运行优化，控制合理的氧量优良的石灰石级配、活性及加入方式优良的石灰石级配、活性及加入方式脱硫控制系统裕量优化以响应AGC指令前言1通过上述炉内改造完全达到要求后，并与炉内抑氮同时考通过上述炉内改造完全达到要求后，并与炉内抑氮同时考虑。预计大多数锅炉SO2可得到有效控制：低硫煤SO2有望直接达到超低排放标准中硫煤达到200mg/Nm3以下中高硫煤（3%以下）达到400/N3以下中高硫煤（3%以下）达到400mg/Nm3以下在现阶段技术设备取得彻底突破和广泛认可之前，根据煤在现阶段技术设备取得彻底突破和广泛认可之前，根据煤质和电厂实际情况可配置低成本的炉外脱硫除尘设施，实现SO2超低排放。前言1现役CFB超低排放改造技术路线一以湿法为特征的超低排放改造技术路线一前言1现役CFB超低排放改造技术路线二以半干法为特征的超低排放改造技术路线二两种炉外脱硫工艺两种炉外脱硫工艺技术经济比较技术经济比较以以22××300MWCFB300MWCFB（硫分（硫分~2.2%~2.2%）为例核算，半干法炉膛出口）为例核算，半干法炉膛出口SOSO22400mg/Nm400mg/Nm33序号项目以湿法为特征以半干法为特征技术性比较分分算炉算炉22gg1技术成熟度成熟成熟2运行业绩广泛应用国内已有上百台3脱硫效率高较高3脱硫效率高较高4钙硫比1.03~1.11.4~1.65系统阻力较低高6SO3和Hg等脱除效果30%90%7烟道及烟囱防腐防腐无8入口烟尘要求要求小于20mg/Nm3无8入口烟尘要求要求小于20mg/Nm无9脱硫废水处理废水零排放处理无10系统电耗高较低12运行操作要求较高简单13检修维护量较大很少14烟囱视觉效果较差好14烟囱视觉效果较差好15占地较大，~4600m2较小，~3000m2经济性比较16投资费用+2920万元基准17运行维护、折旧费用+254万元/年基准前言1现役CFB电厂可以因厂制宜，一厂一策完成超低排放改造。适合CFB电厂的优选超低排放改造技术路线:“炉内优化+SNCR+前置电除尘器+半干法脱硫+高效除尘器”炉内优化+SNCR+前置电除尘器+半干法脱硫+高效除尘器，可满足超低排放要求，系统简单、便于运行操作、维护费用低，可实现多污染物一体化脱除。在充分考虑论证CFB电厂具体情况（包括水资源、场地、灰在充分考虑论证电厂具体情况（括水资源场地灰场库容等条件）后，也可选择以湿法脱硫为特征的技术路线。预除尘器布置方式半干法半干法预除尘器布置方式半干法半干法脱硫改造脱硫改造引风机优化改造炉内炉外脱硫最佳占比一前言二循环流化床半干法脱硫工艺简介一、前言二、循环流化床半干法脱硫工艺简介三、预除尘器布置方式四、引风机优化选型五、炉内炉外脱硫最佳占比五、炉内炉外脱硫最佳占比六结论及建议六、结论及建议循环循环流化床半干法脱硫工艺简介2典型的循环流化床半干法脱硫系统循环循环流化床半干法脱硫工艺简介2循环流化床半干法脱硫工艺循环流化床半干法脱硫工艺应用应用循环流化床半干法脱硫工艺循环流化床半干法脱硫工艺应用应用于于用用适适特点660MW660MW煤粉炉煤粉炉于于用用适适中低硫中低硫特点技术成熟半半半半高硫高硫电电厂厂350MW350MWCFBCFB中、低硫中、低硫燃煤的电燃煤的电厂厂系统简单占地少半半干干法法半半干干法法硫煤的硫煤的厂厂容容300MW300MW等级等级CFBCFB能耗低无脱硫废水法法法法的电的电量量等级等级CFBCFB150MW150MWCFBCFB炉内炉内无需防腐运行维护费用低厂厂等级等级CFBCFBCFBCFB炉内炉内脱硫脱硫运行维护费用低一前言二循环流化床半干法脱硫工艺简介一、前言二、循环流化床半干法脱硫工艺简介三、预除尘器布置方式四、引风机优化选型五、炉内炉外脱硫最佳占比五、炉内炉外脱硫最佳占比六结论及建议六、结论及建议预除尘器布置方式3现有设备现有设备新增设备新增设备现有设备现有设备布置方便但费时费力布置方便但费时费力新增设备新增设备布置方便但费时费力布置方便但费时费力布布CFBCFB锅炉锅炉现有电现有电（袋）（袋）拆除拆除技术经济比较技术经济比较CFBCFB半干半干布布袋袋除除烟烟囱囱引引风风锅炉锅炉炉内炉内优化优化（袋）（袋）除尘器除尘器利旧利旧（仅保留（仅保留技术经济比较技术经济比较半干半干法脱法脱硫硫除除尘尘囱囱风风机机（仅保留（仅保留电区）电区）硫硫器器布置上可能受限布置上可能受限脱硫灰脱硫灰预除尘器布置方式3试验对象：某300MW等级CFB锅炉（炉内采用石灰石脱硫，炉外半干法脱硫布袋除尘器烟气再循环同步安装炉外半干法脱硫，布袋除尘器，烟气再循环，同步安装SNCR，半干法脱硫系统前设置电除尘器。），干法脱硫系统前设除器）试验目的：通过投运和退出电除尘器，模拟有无设置预除尘器的工况，并比较炉外脱硫剂运行费用来确定优选方案。边条件锅炉满负荷运行炉膛出为边界条件：锅炉满负荷工况运行，炉膛出口SO2为800mg/Nm3，脱硫塔出口SO2平均为30mg/Nm3。800mg/Nm，脱硫塔出口SO2平均为30mg/Nm。预除尘器布置方式3预除尘器布置方式3预除尘器布置方式建议预除尘器布置方式建议预除尘器布置方式建议预除尘器布置方式建议1、对现有除尘器利旧，袋式除尘器仅拆除袋区，电除尘保留1~2个电场，既降低改造成本，也提高了炉外脱硫系统的经济性新建机组可设置预除尘器根据技术经济比较确定性。新建机组，可设置预除尘器，根据技术经济比较确定。2、在炉内优化改造基础上，脱硫塔仅需半干法喷水活化即能实排放也除实现SO2超低排放，也可不设置预除尘器。一前言二循环流化床半干法脱硫工艺简介一、前言二、循环流化床半干法脱硫工艺简介三、预除尘器布置方式四、引风机优化选型五、炉内炉外脱硫最佳占比五、炉内炉外脱硫最佳占比六结论及建议六、结论及建议引风机优化选型4序号阻力名称改造前BMCR工况改造后BMCR工况改造后TB工况1锅炉本体基准002前置电-袋除尘器基准-1000Pa-800Pa2前置电-袋除尘器基准-1000Pa-800Pa3脱硫吸收塔（含料层）基准+1800Pa+2200Pa4后置布袋除尘器基准+1400Pa+2000Pa4后置布袋除尘器基准1400Pa2000Pa5前置除尘器出口到引风机入口烟道基准+380Pa+456Pa6引风机基准007引风机出口烟道及烟囱基准-120Pa-64Pa系统净阻力基准注：TB工况布袋除尘器阻力按2000Pa，吸收塔阻力按2200Pa，其余阻力按20%裕量8系统净阻力基准+2460Pa+3792Pa20%裕量。引风机优化选型4图为某300MWCFB锅炉脱硫塔进口压力为-4.53kPa，布袋除尘器出口压力为782kP整个烟道增加阻力33kP左右厂用电率增加071%-7.82kPa，整个烟道增加阻力3.3kPa左右，厂用电率增加0.7~1%。22一前言二循环流化床半干法脱硫工艺简介一、前言二、循环流化床半干法脱硫工艺简介三、预除尘器布置方式四、引风机优化选型五、炉内炉外脱硫最佳占比五、炉内炉外脱硫最佳占比六结论及建议六、结论及建议炉内炉外脱硫最佳占比5试验对象某300MW等级CFB锅炉其他配置同上试验对象：某300MW等级CFB锅炉，其他配置同上验放前试验目的：在保证SO2和NOX达到超低排放的前提下，得到脱硫脱硝运行总成本，从而确定炉内炉外最佳脱硫占比。脱硫脱硝运行总成本，从而确定炉内炉外最佳脱硫占比。边界条件：试验煤种硫分08%锅炉满负荷工况运行调整边界条件：试验煤种硫分0.8%，锅炉满负荷工况运行，调整炉内石灰石量控制炉外脱硫塔入口SO2浓度，脱硫后SO2～30mg/Nm3，NOX～45mg/Nm3。炉内炉外脱硫最佳占比5炉内脱硫效率、炉内Ca/S对锅炉效率的影响炉内炉外脱硫最佳占比5炉内脱硫效率与脱硫脱硝总成本、炉内Ca/S、消石灰用量关系曲线一前言二循环流化床半干法脱硫工艺简介一、前言二、循环流化床半干法脱硫工艺简介三、预除尘器布置方式四、引风机优化选型五、炉内炉外脱硫最佳占比五、炉内炉外脱硫最佳占比六结论及建议六、结论及建议结论与建议51循环流化床半干法脱硫技术结合CFB炉内脱硫是当前比较理想的实现SO超低排放改造的技术路线但各电厂改造应根据自1的实现SO2超低排放改造的技术路线，但各电厂改造应根据自身实际，因厂制宜，选择合适的实现超低排放改造的技术路线。关于除尘器布置方式，建议对现有除尘器利旧，电袋除尘器拆除袋区，电除尘保留1~2个电场，既能降低改造成本，也在一定程2袋区，电除尘保留12个电场，既能降低改造成本，也在定程度上提高炉外脱硫系统的经济性。2关于引风机优化选型，建议根据今后一段时期内负荷率，将选型裕量适当选小保证风机在高效区运行同时降低机组能耗；选3裕量适当选小，保证风机在高效区运行，同时降低机组能耗；选用低温电除尘（含袋区）作为脱硫塔后除尘器。3超低排放改造应首先对炉内脱硫抑氮进行优化改造和燃烧调整，在此基础上进行炉内炉外最佳脱硫占比试验，确定最经济运行工4在此础进行炉内炉外最佳脱硫占试验