某热电厂 3 台 460 t/h 燃煤锅炉烟气超低排放技术改造项目，目标是将现有锅炉烟气中 NOx、SOx、粉尘污染物排放由满足《火电厂大气污染排放标准》（GB13223-2011）改造为满足国家三部委要求的超低排放标准，即烟气中 NOx、SO2、粉尘污染物排放浓度分别小于 50、35、10 mg/Nm3。

1、锅炉低氮节能改造基础条件

　　1.1 锅炉装置现状该热电厂 3 台 460 t/h 燃煤锅炉于 2012 年 9 月陆续投产，脱硫除尘装置于 2012 年 9-12 月随机组同时投产，脱硝装置于 2014 年 5 月投入生产。该锅炉采用用石灰石-石膏湿法脱硫、选择性催化还原（SCR）脱硝工艺、布袋除尘技术、低氮燃烧技术， 锅炉烟气排放指标满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）中新建锅炉要求，烟气中污染物排放浓度控制在 SO2<100 mg/Nm3，NOx< 100 mg/Nm3；粉尘<30 mg/Nm3。
环保设施主要参数见表 1。
表 1  环保设施主要参数
Table 1 Main parameters of environmental protection facilities
 

　　1.2 烟气参数现有燃煤锅炉烟气参数见表 2。
表 2  烟气主要参数
Table 2 Main parameters of flue gas
 

　　1.3 燃料及灰分该电厂燃用煤主要来源于抚顺矿与铁法矿，其中抚顺矿约占 38%以上，铁法矿约占 20%以上，其余为混合煤。本次改造以抚顺矿的煤质作为设计煤种，铁法矿的煤质作为校核煤种。

2、锅炉低氮节能改造内容

　　燃煤锅炉低氮改造、锅炉节能改造建设内容包括锅炉的低氮燃烧 器、SCR 脱硝装置、布袋除尘装置、脱硫及高效除尘装置、引风机的技术升级改造和备用浆料调配系统、水、电、气等依托工程的配套改造。

　　2.1 低 NOx 燃烧器改造
　　燃烧器采用水平浓淡燃烧低氮燃烧器，立体分级燃烧，实现炉内煤粉、空气分级燃烧，保证水冷壁壁面气氛在安全范围内，减少 NOx 的生成，并防止水冷壁结渣与高温烟气腐蚀。燃烧器暴露于炉膛高温区域的一次风喷口必须采用耐磨损、耐高温的材料制造 。

　　在燃烧器上部适当位置的水冷壁上开孔，用于安装新增设的分离型 SOFA 燃尽风喷嘴，燃尽风应具有足够的穿透深度和覆盖广度。SOFA 喷嘴全部采用耐高温合金材料制造。燃尽风风箱需要布置成四角小风箱，为每只 SOFA 喷嘴送风。风箱内部设分隔板、导流板、整流装置及挡板，用于控制每只喷嘴的风量分配。

　　2.2 SCR脱硝系统改造
　　脱硝工艺采用 SCR 法，还原剂为气氨，纯氨（99.6%(wt)）。催化剂按增加备用层设置， NOx（以NO2 计）脱除效率不小于 87.5%，使用寿命不小于 24 000 h。

　　脱硝系统设计时按入口烟气中 NO（x以 NO2 计）含量 400 mg/Nm3，三层催化剂脱硝效率不小于，（催化剂寿命内，氨气消耗量不大于 72.73×3 kg/h），脱硝后烟气中 NOx（干态 O2=6%,以 NO2 计）含量小于 50 mg/Nm3（干态 O2=6%,以NO2 计）。

　　对锅炉 SCR 反应器存在的流场不均问题，进行流场数值模拟，优化导流和气流分布设施，避免发生催化剂局部磨损。脱硝系统应能在烟气温度在300~420 ℃之间的任何负荷下长期稳定达标运行， 并能适应锅炉的负荷变化和锅炉启停次数的要求。吹灰系统利用业主方目前已有的蒸汽吹灰器。

　　2.3 锅炉除尘系统改造
　　布袋除尘器本体更换现有旁路阀为零泄漏旁路阀，保证烟尘的去除效果。三台布袋除尘器入口烟道（三通、挡板门及导流板）进行扩径改造。对引风机增压后布袋除尘器及烟道的强度进行校核，如强度不足须进行加固。

　　2.4 石灰石-石膏法脱硫及一体化除尘改造
　　脱硫塔改造增高2 m，烟道也增高2 m，根据烟道的走向优先在垂直段增高。采取有效措施保证高脱硫效率和出口SO2 排放浓度、烟气携带雾滴含量、吸收塔出口颗粒物（含石膏浆液）含量达到排放要求。增加持液盘提高脱硫效率，现有脱硫塔内除雾器更换为管束式除尘除雾装置，脱硫塔入口SO2 浓度为1 956 mg/Nm3（标干，6%O2），入口烟尘浓度为（标干，6%O2），吸收塔喷淋层运行任意三层的条件下， SO2脱除率不小于98.21%，烟尘脱除率不小于71.4%，吸收塔出口二氧化硫浓度＜35 mg/Nm3，颗粒物（含石膏）含量低于5 mg/Nm3（标态、干基、6%O2）。

　　脱硫装置能在锅炉最大连续蒸发量工况烟气温度不高于原有装置最高允许温度以下安全连续运行。

　　吸收塔烟气入口与第一层喷淋层之间设置持液盘，持液盘厚度不低于 3 mm。管束式除尘除雾器安装在吸收塔顶部最后一层喷淋层的上部。烟气穿过喷淋层后，再连续流经管束式除尘除雾器除去所含浆液雾滴。管束式除尘除雾器布置有冲洗喷嘴。在脱硫塔入口烟气粉尘含量小于 30 mg/Nm3 的情况下，烟气通过管束式除尘除雾器后，烟气粉尘含量低于 5 mg/Nm3。管束式除尘除雾器冲洗系统间断运行，采用自动控制和手动控制两种方式，保证管束式除尘除雾器无结垢。

　　吸收塔新增内件应按照浆液运行最大氯离子浓度为 20 000 mg/L 考虑。可能与腐蚀浆液接触的新增设备及材料按能承受 40 000 mg/L 的氯离子浓度性能进行设计。

　　2.5 引风机改造
　　将引风机的全压由原来的 7620 Pa 增加至Pa（催化剂增加 200 Pa，托盘增加 450 Pa，除雾器增加 100 Pa，其他增加约 200 Pa），同时，由于引风机风压提升，还需将 1 800 kW 电机更换为 2 000 kW 的电机。

　　2.6 仪表改造
　　锅炉低氮燃烧器增加电动执行器及所需增加的DCS 卡件及组态。新增 DCS 卡件所需电源由原有DCS 供电系统提供。电动执行机构电源 380 VAC。电动模拟标准信号 4～20 mA DC 两线制、三线制。更换脱硝以及脱硫出口 CEMS 系统，并在脱硫出口设置矩阵式流量计、湿度计及抽取式粉尘仪，脱硫入口增设湿度计用于各炉烟气排放量稳定测量，更换脱硝出口氨逃逸分析仪。

3、燃煤锅炉改造后调整试验

　　3.1 炉内空气动力场烟花示踪
　　冷态一次风、二次风调平后，分别在上、中、下三层一次风喷口从上至下依次燃放烟花。由试验人员在炉顶正上方屏区拍摄影像，上、中、下 3 层一次风 4 角喷口的气流均很正常，不存在明显偏斜及刷墙现象，且气流切圆均在炉膛中心、切圆直径大小较为合理。烟花示踪见附图 1。

　　3.2 热态试验调整方向及重心
　　锅炉启动后，经过调整，在仅启用 1 层 SOFA 风的情况下，该炉 SCR 进口 NOx 浓度即可保持在较低水平，且 SCR 喷氨流量已明显低于改造前。由此可见，改造后燃烧系统对于控制炉内 NOx 的生成起到了较为明显的作用。同时，不同负荷下主燃烧器区域的着火状况优良，一次风煤粉气流存在着火过早的趋势。热态燃烧调整试验的主要方向及重心为：控制飞灰含碳量、缓解炉内 4 角喷口挂焦现象、保持两侧烟温及汽温的均匀。

　　3.3 SOFA风投运层数
　　经过前期试验的调整，在运行氧量调整的配合下，仅启用 1 层 SOFA 风（共 3 层、上层 SOFA 风全开、其余两层保留适当的冷却风），即可将 SCR进口 NOx 浓度控制至设计保证值以内（75%~100% 负荷低于 300 mg/Nm3 、75% 以下负荷低于 350）。

　　为保证炉内主燃烧器区域燃烧良好，在正常负荷范围（50%~100%）内，仅投运上层 SOFA 风即可。但是，当 SCR 进口 NOx 短时间过高或为满足低负荷稳燃需要，亦可开启 2 层 SOFA 风或将所有风全关。

　　3.4 SOFA风上下摆角
　　试验调整发现，SOFA 上下摆角对过热汽温度有较好的调节作用（上倾汽温高、下倾汽温低），而上倾时还将对降低 SCR 进口 NOx 浓度有一定效果。数据表明：中低负荷运行时，风喷口处于最大上倾位置时，可保证较高的过热汽温与较低的 SCR 进口 NOx 浓度；高负荷运行时，则可根据过热汽温、减温水量、NOx 浓度及排烟温度的高低， 进行自由调节，保持在水平或最大上倾位置。

　　3.5 运行氧量
　　试验调整发现，运行氧量的变化对 SCR 进口NOx 浓度影响较大。对于运行氧量的确定主要依据两个因素：SCR 进口 NOx 浓度、飞灰含碳量，原则上保证各负荷SCR 进口NOx浓度维持在设计保证值附近，尽量提高运行氧量，以保证较低的飞灰含碳量。数据表明：中高负荷运行时，运行氧量应维持在 2.5%左右，低负荷运行时，运行氧量应维持在左右，SCR 进口 NOx 浓度可维持在设计保证值附近，且对炉内燃烧的影响相对较小[5]。

　　3.6 给粉机配粉方式及在线一次风速
　　试验调整发现，给粉机配粉方式与在线一次风速的大小，对缓解燃烧器喷口结焦有一定效果。通过现场冷灰斗及一次风看火孔的观察发现：中低负荷运行时，采用“中上层负荷高、下层负荷低”的给粉机配粉方式，对于冷灰斗燃烧状况、喷口结焦状况、保持较高主汽温度均有较为明显的效果。高负荷运行时，采用“中上层负荷高、下层负荷低”的给粉机配粉方式，结合较高的一次风速，对于冷灰斗的燃烧状况、一次风喷口的结焦状况也有一定效果。

　　3.7 典型试验工况数据
　　典型试验工况测试数据见表 4。
表 4  典型试验工况测试数据
Table 4 Test data under typical test condition
 

4、锅炉低氮节能改造后工艺标定

　　工艺标定结论经过 168 h 连续运行工艺标定，低氮燃烧器运行正常，并没有出现影响锅炉运行的缺陷问题并将氮氧化物控制在 300 mg/Nm3 以内；脱硝反应器入口温度在 320～420 ℃之间，在喷氨温度条件范围，根据出口氮氧化物的含量氨气用量控制在了 25～45 kg/h 之间，出口氮氧化物控制在 50 mg/Nm3，吸收塔进口温度在 140～150 ℃之间，出口 SO2 排放值小于 35 mg/Nm3，出口烟尘在 10 mg/Nm3 以内。