燃煤热电循环流化床锅炉的环保运行与管理

杭州富丽达热电有限公司 周来方

1 热电企业环保管理的综合意义

近年来，浙江省地方标准《燃煤电厂大气污染物排放标准》及《安全生产法》的相继落地实施，热电企业正经历不断的改革与发展，新型循环流化床锅炉的设计理念、技术改造也在不断优化和重组。采用区域性集中供热，通过建立、建设具有先进工艺的超低排放的环保型循环流化床锅炉，利用先进的环保工艺治理生产运行中形成的有害物质，以满足国家相关规范要求避免污染环境，这是建设中国特色社会主义核心价值观道路中持续发展的一条可行之路，也是习近平总书记提出的“绿水青山就是金山银山”的目标方向。

热电企业通过对锅炉硬件的提升，加强运行调节与环保参数的协调控制，来改善周边用热企业以及热用户的生活环境，减轻民生环境资源的压力。因此，热电企业为谋求更好的生存发展条件，需要对企业经济协调优化管理，才能提升企业的综合实力，对环保维护可持续发展做出应有的贡献。

2 环保倒逼锅炉技术改造

杭州富丽达热电有限公司原有7台次高温次高压循环流化床锅炉，为响应浙江省委省政府节能减排号召，在2009年组织实施了3×75t/h＋4×130t/h循环流化床锅炉烟气超净排放项目，将烟气按原执行GB13223-2003《火电厂大气污染物排放标准》标 准 中SO2≤200mg/Nm3、NOx≤100mg/Nm3、烟尘≤50mg/Nm3排放限值，控制在SO2≤35mg/Nm3、NOx ≤50mg/Nm3、烟尘≤5mg/Nm3[1]。项目投运后减排效果显著，但是由于脱硫、脱硝等设备的使用，以及烟气处理中化学反应需要的还原剂、氧化剂等产品的消耗，造成了热电企业厂用电量、采购成本等指标大幅增长，全厂经济效益大幅下降。为寻求更好的经济增长和响应省委省政府节能减排工作，对所有锅炉进行了技术升级改造。

3 环保参数的控制与锅炉运行管理的重要关系

燃煤锅炉环保参数的控制，比较重要指标为燃烧产生的烟气中含有的SO2、NOx、粉尘、汞、硫化物、CO等污染物，这些生成物大多与进厂煤的品种、锅炉燃烧调节形成的温度区间、烟气的过量空气系数有密切的关系，因此锅炉运行的环保与管理是同时进行的。在重点控制环保参数的同时，加强对锅炉燃烧工况的调整，以获得实际效益的提升，降低能源损耗、降低环保与锅炉的运行成本，提高企业的综合效益。要达到这一目标，必须在实际生产过程中和运行管理中以及经济效益中多方面进行切入，同时进行。热电企业消耗的燃料和脱硫、脱硝剂的成本一般占整体企业支出的50%～70%（另外，主要是工资薪酬、备品备件的采购、设备维护与检修费用），企业的主要营收是供电和供热，主要依赖于生产运行技术水平和经营管理水平。

3.1 严格控制燃煤的品质

煤、石灰石、氨等消耗品从采购、运输到进厂卸料，在热电企业中至关重要。在运输中要做到严密防护、防止“跑冒滴漏”对环境造成二次污染，是减少本企业原料损失的必要措施。同时，采购煤炭时必须严格控制煤炭中所含物质的成分，如硫、氮含量以及煤的水分、挥发分、灰熔点和焦渣特性等。如煤炭本身含硫量较高则必然生成的SO2含量也高，这就增加了脱硫成本。

另外，煤在燃烧时产生的烟气中含有较多的SO2、NOx等污染物，均会对涉及的相关设备进行腐蚀，严重影响设备使用寿命。燃煤水分过高容易造成燃煤破碎设备堵塞，对应人工疏导开支成本增加，还会造成储存仓搭桥影响锅炉运行的连续性和稳定性，在进入炉膛内部燃烧时，水分蒸发吸热又降低了锅炉整体的燃烧效率；挥发分过低容易造成着火困难，煤在炉膛内部燃烧不充分，底渣、飞灰含碳量大锅炉热效率下降，造成锅炉热效率下降形成能源浪费；挥发分过高容易引起煤的堆放自燃，在炎热的夏季特别容易引发储煤仓着火，引起各种安全隐患以及大量的能源损失；灰熔点的选择要尽量高，最好高于1300℃，低于1100℃容易造成流化床锅炉运行结焦，还会造成燃烧故障引起环保参数无法控制等，因此要严格控制燃煤品质。杭州富丽达热电有限公司采购的煤质主要来自神华煤，其生产运行时的煤质、灰渣分析报告如图1所示。

图1

3.2 锅炉燃烧过程中的调节监控与运行

锅炉机组的运行调整，在电力生产管理上是必不可少的意识形态，在热电厂的经济效益中占有举足轻重的作用，其首要任务是确保锅炉机组安全、经济、稳定运行。在生产实际中，要充分运用多种科学有效的理论，结合锅炉的燃烧工况进行实践摸索，既要以提升锅炉在实际运行中的整体效率，又要充分保障环保数据达标排放。

杭州富丽达热电有限公司的循环流化床锅炉，在调整燃烧工况上有诸多较好地实践经验：首先每日对锅炉煤质和灰渣进行监督与检验（图1），依据分析的结果，为生产车间对当日锅炉的燃烧控制提供参考数据，目的是降低锅炉的灰渣热损失，节约燃料减少支出。

其次是对锅炉燃烧风量的控制，要求控制较小的一次风量（不能低于流化试验风量），增大二次风量和二次风的穿透力，使锅炉炉膛平均燃烧温度在850～950℃，以达到SNCR最佳反应温度。对锅炉的氧量控制要求在2%～4%，过低的氧量值使烟气中的CO浓度急剧增大，造成的后果，一是煤的燃烧不充分使锅炉燃烧热损失增加，形成浪费能源，二是过低的氧量值在突发事件中容易引发事故，如遇送、引风机跳闸锅炉被迫压火，压火时炉膛内析出的CO无法及时排出很容易引起炉膛或风室爆炸，损坏锅炉设备危及安全生产；过高的氧量，一是增大了锅炉风机的电耗，二是富裕的氧环境会增大NOx数据的排放值（在排放口烟气中含有的氧量值对排放的NOx值有折算增加量），比较容易造成环保数据超标。

再次是通过启、停冷渣机的运行方式来调节炉膛温度，即锅炉1#、2#冷渣机的切换：本厂锅炉1#冷渣机进渣口正对着炉膛返料口，2#冷渣机进渣口远离炉膛返料口，运行时1#冷渣机出渣细颗粒度多、2#冷渣机出渣粗颗粒度多。在锅炉负荷低时床温也低，此时尽量多开1#冷渣机减少炉内循环灰量以提高床温；负荷高时床温高尽量多开2#冷渣机增加炉内循环灰量以降低床温。通过切换冷渣机，其好处是当锅炉负荷变动时床温变化比较小，使SNCR有一个比较理想的反应温度场。

同时，在操作锅炉增减负荷时，尽量做到平稳和协调一致，以避免炉膛温度大起大落，使脱硝有比较稳定的温度催化区间，既能够保证脱硫塔排放的达标与稳定，又节约了氨水的消耗量。对于重点的参照数据，则要求每周都对表计进行一次校核，以保证数据的准确性，为生产依据提供全面的参照基础。通过对锅炉的调整、辅助设备的合理实践与应用，减少了锅炉运行中各环节的能耗损失，使锅炉在实际运行中确保集中供热效率的提高，并且一定程度上减少了燃料成本，为锅炉安全、经济、节能、环保提供有效保障。

4 技术改造在环保运行管理中的重要成效

杭州富丽达热电有限公司在生产实践中，通过上述各种运行的调配管理，取得了较好的经济效益。为适应热电联产市场的发展，公司于2017年对机组进行参数升级改造，将机组原次高温次高压参数改造提升为高温高压参数，以提高能源利用效率和经济效益。项目从2017年6月开始实施，到2022年2月底已完成6台锅炉的改造并投入运行。经过对锅炉“基于流态重构的节能超低排放型循环流化床锅炉——节煤、节电、低排放、低磨损”的技术改造，使锅炉循环物料系统分离效率提高增加了循环灰量。炉膛受热面传热系数加大，降低了炉膛温度。减小了一次风量，加大二次风量，降低燃烧的氧量，有利于炉膛下部还原性气氛[2]。

同时，增加水冷屏受热面积，使锅炉在130t/h负荷时，运行温度由目前的930℃降低至900℃以下。将NOx原始排放由之前大于300～350mg/Nm3，降低至110mg/Nm3以下，配合SNCR锅炉尾部NOx排放，进一步降低至50mg/Nm3以下，氨水耗量降低50%。同时，改造后降低了风机运行电耗，一次、二次风机电耗节约20%以上，煤耗下降2%左右，锅炉热效率由89.5#提升到≥92%。

全厂发电标煤耗由改造前224g/kWh，下降到目前170g/kWh，全厂热效率由79.5%提高到目前的84%左右，经济效益明显。按改造前2016年度的总供热371.6万t同比计算，全年可增加发电量12500万kWh，按改造前的发电标煤耗率224g/kWh计算，相当于全年可节约标煤约2.8万t，年分别减少CO2、SO2、NOx 排 放7.8万 t、10.3t、14.5t（ 其 中NOx、SO2分别按脱硫塔出口CEMS表实际排放浓度计算），按上网电价公司年增加利润6000余万元，同时环保各项参数达到超净排放要求，社会效益、环境效益与经济效益明显。

5 考核在环保运行管理中的重要作用

考核的主要目的是为全面提升运行车间管理与运营水平，充分调动全体员工工作积极性，规范生产行为，最大限度促进节能降耗。杭州富丽达热电有限公司除常规的供电量、锅炉标煤耗、厂用电率等考核的小指标外，着重增加了对脱硫脱硝参数的考核。其中,脱硫塔出口NOx排放值控制在20～40mg/Nm3，SO2排放值控制在10～30mg/Nm3。其主要内容是NOx、SO2的排放值，在保证不超上限值的红线标准线时不能无限低。过低的排放值虽满足了环保要求，但必然造成消耗剂的过度支出造成经济损失。其危害是控制过低的NOx数值会造成氨的逃逸率（过剩量）增加，未反应的氨在锅炉尾部烟道与烟气中的SO2反应形成硫酸氢铵，一层层地黏附在空预器管璧上，造成空预器管间堵塞，锅炉引风机电流增大耗电增加，恶性循环增加了锅炉机组的非停检修次数。

同时，未反应的氨会随着烟气或飞灰从反应器的出口被带入下游的锅炉部件中，最终排入大气污染环境[3]。另外，当SO2排放值长期为零会导致脱硫塔出口的环保监督数据异常，要求在接近于零时，应及时减少湿法循环浆液泵的运行台数，以降低脱硫塔运行时的电耗。通过日常考核促进员工工作积极性和创造性，以及规范日常工作行为，使各生产机组效率和环保排放指标控制在最佳状态，为公司节能降耗，为企业创造更多的经济效益。

6 结语

随着市场经济迅速发展，锅炉运行的设备控制自动化程度越来越高，环保的要求也越来越高，如何提高锅炉燃烧的安全性、可靠性、经济性、环保性是一门不断进取的学问，需要广大相关工作者的不断努力、探索与创造，是未来热电企业设备改造中需要紧密关切的问题。2020年9月22日习近平总书记在第75届联合国大会一般性辩论上提出，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。由此可以看出，经济的增长与环保是息息相关、相辅相成的。唯有坚持环保理念，在实践中求发展，在发展中求生存。相信在今后的发展中，技术会越来越成熟，把经济与环保的优化管理做得更好，为建设美好家园、发展国家力量做出应有的贡献。