燃煤電廠煙氣脫硫設施運行環保監督探討

摘要：從燃煤電廠脫硫設施運行的實際情況出發，結合脫硫設施日常運行維護及管理，分析影響煙氣脫硫系統運行的因素，找出脫硫系統運行中容易出現的異常情況，確定燃煤電廠脫硫設施日常環保監督管理工作的重點。

關鍵詞：燃煤電廠；脫硫設施；環保監督

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）12-0258-02

我國是一個以消耗煤炭為主的工業大國，隨著國民經濟的不斷發展，直接用于燃燒的煤炭數量日益增加，據中國煤炭工業協會發布的煤炭經濟運行情況顯示，2013年上半年全國煤炭消費量為19.3億噸。煤炭燃燒過程中將產生SO2、NOX、CO2等污染物，煤炭燃燒產生的廢氣中大量的污染物排出將對周邊空氣質量乃至整個環境造成嚴重污染。在煤炭燃燒產生的污染物中SO2占有相當大的比例，燃煤電廠作為煤炭的消耗大戶已被國家列為重點大氣污染源之一。

一、燃煤電廠煙氣脫硫工藝原理

目前火力發電廠中采用的煙氣脫硫工藝主要有石灰石—石膏法煙氣脫硫工藝、雙堿法煙氣脫硫工藝、循環流化床煙氣脫硫工藝、爐內噴鈣尾部增濕活化脫硫工藝、噴霧干燥脫硫工藝等。由于石灰石—石膏法煙氣脫硫工藝具有脫硫效率高、煤中適應性強、機組容量適用范圍廣、技術成熟穩定等優點，在燃煤發電機組中被廣泛應用，在此以石灰石—石膏法煙氣脫硫工藝為例進行探討。石灰石—石膏法煙氣脫硫工藝采用石灰石作為煙氣脫硫劑，將石灰石漿液輸送到吸收塔，與鍋爐煙氣在吸收塔中形成逆流，使煙氣中SO2充分與脫硫劑反應生成CaSO3，并與氧氣進一步反應生成CaSO4·2H2O。反應方程式如下：

2CaCO3+2SO2+O2+4H2O——+2CaSO4·2H2O+2CO2↑

二、石灰石—石膏法煙氣脫硫系統性能參數

脫硫效率≥90%；出口煙溫：50℃（不設GGH）；出口煙塵≤50mg/Nm3；出口SO2≤400mg/Nm3；NOx≤450mg/Nm3；Ca/S比：1.02～1.05；液氣比：14～18L/m；年利用時間：5500h；使用壽命：30a；廠用電率：0.9%～1.25%。

三、脫硫系統中的主要設備及其作用

增壓風機用于克服脫硫裝置的煙氣阻力，將原煙氣引入脫硫系統，并穩定鍋爐引風機出口壓力的設備。煙氣擋板用于接通和切斷煙氣的裝置。按安裝位置分為原煙氣擋板、凈煙氣擋板、旁路煙氣擋板。環保監督中將旁路煙氣擋板作為重點檢查對象。吸收塔是煙氣中SO2發生化學反應的設備。漿液循環泵是向脫硫系統提供石灰石漿液的設備。氧化風機是向脫硫吸收塔提供空氣，將亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣。攪拌器是將吸收塔中的漿液進行攪動，防止石灰石漿液沉淀的裝置除霧器是分離經過脫硫吸收塔脫硫后凈煙氣中水霧的裝置。一般凈煙氣中的霧滴濃度不大于50mg/Nm3。煙氣排放連續分析儀（簡稱CEMS）是對吸收塔進、出口煙氣中的污染物濃度和煙氣溫度、濕度等參數進行連續監測的裝置。

四、影響脫硫效率的因素與分析

1.影響脫硫效率的主要因素

煙氣流速；煙氣中S02濃度；石灰石漿液品質及供漿量；吸收塔漿液PH值及漿液密度；氧量；鈣硫比；工藝水質；廢水排放量；煙氣中煙塵濃度；煙氣溫度以及測量儀表等。

2.全煙氣脫硫工況下的煙氣流程

由鍋爐引風機出口來的煙氣進入原煙氣煙道，經過增壓風機升壓后進入脫硫吸收塔，在吸收塔內與脫硫劑進行充分接觸脫硫凈化后，經除霧器除去水霧后進入凈煙氣煙道，然后經煙囪排向大氣。

3.非正常工況下的煙氣流程

脫硫系統發生故障時，由鍋爐來的原煙氣全部或部分通過煙氣旁路經煙囪排入大氣，此時煙氣未實施全脫硫。按照規定電廠應及時向環保部門進行異常申報，否則將認定為偷排行為。

4.脫硫煙氣旁路取消后的運行

脫硫煙氣旁路取消后煙氣流程與全煙氣脫硫的正常流程相同。脫硫煙氣旁路取消后，一旦脫硫設施發生故障停運將導致發電機組被迫停止運行。

五、脫硫系統運行監督參數

1.脫硫系統運行控制參數

增壓風機運行情況；吸收塔石灰石漿液液位、pH值；石灰石漿液箱濃度和液位；脫硫石膏濾餅厚度和石膏品質。

2.脫硫系統運行記錄參數

機組負荷；原煙氣和凈煙氣溫度、濕度、壓力、氧量、煙氣流量，原煙氣和凈煙氣SO2、NOX、煙塵濃度；氧化風機電流；增壓風機和漿液循環泵電流；吸收塔石灰石漿液pH值和密度；石灰石供漿液量和密度。

六、脫硫系統主要設備缺陷與分析

1.磨損與腐蝕造成的缺陷

脫硫系統中輸送介質的特性決定了腐蝕和磨損是威脅脫硫系統安全運行的重要原因之一。脫硫系統主要在噴咀、轉動部件、管道內壁等處易發生腐蝕和磨損。

（1）易發生腐蝕和磨損的設備及部位。易發生腐蝕的設備及部位有吸收塔、凈煙氣煙道和吸收塔入孔門等處。易發生磨損的設備及部位有吸收塔內壁、石灰石漿液管道內壁、泵的葉輪等處。

（2）發生腐蝕和磨損的原因。脫硫石灰石漿液中氯離子、亞硫酸根等離子的存在是脫硫系統產生腐蝕的主要原因。煙氣中存在粉塵，再加上石灰石中SiO2含量較高等是造成脫硫系統磨損的主要原因。有時因電除塵器的電場部分停運或故障使得除塵效率不高，含較高濃度煙（粉）塵（設計煙塵濃度一般<100mg/Nm3）的煙氣直接引入脫硫系統進一步加劇對系統的磨損，同時煙（粉）塵超標將導致脫硫副產品石膏品質下降。

2.發電廠主機組對煙氣脫硫系統的影響

煙氣脫硫系統已逐漸成為火電廠生產的重要組成部分。但是，從燃煤電廠安全經濟運行的角度出發，脫硫系統本身的故障不能影響主機組的運行，一般當脫硫系統本身發生故障時開啟煙氣旁路擋板門退出脫硫系統，保證主機正常運行。因此，設有煙氣旁路的燃煤電廠很難實現100%的脫硫投運率。

3.入爐煤質對脫硫系統的影響

入爐煤的灰分、硫分變化對脫硫系統的影響很大。很多火電企業為降低生產成本，在生產中燃用劣質煤，入爐煤硫分、灰分遠大于設計值，為防止SO2濃度超標排放，脫硫系統只能超負荷運行，同時入爐煤灰分增大將造成煙氣中煙塵濃度升高，加劇了脫硫系統的腐蝕和磨損。

4.主要設備故障分析

（1）增壓風機常見的故障（如風機軸承溫度高、潤滑油泵故障、振動超標、增壓風機電機故障以及保護誤動等）都將導致增壓風機異常停運。

（2）循環泵多由軸承溫度高、減速器故障、振動超標、冷卻水中斷等導致異常停運。

（3）氧化風機主要由于振動超標、軸承溫度高、冷卻水系統故障以及電機溫度高等故障造成異常停運。

（4）攪拌器主要由于設備質量和磨損等造成葉片斷裂等。

（5）吸收塔內部件故障主要有噴嘴堵塞、噴嘴脫落、噴淋水等對大梁、塔壁的沖刷造成泄露。除霧器沖洗效果差，引起除霧器的堵塞，以致局部坍塌等。

七、脫硫系統環保監督管理

1.通過CEMS系統進行檢查

CEMS必須選用國家環保部認證產品，CEMS安裝必須符合《固定污染源煙氣排放連續監測技術規范》（HJ/T75-2007）有關規定。

（1）CEMS監測數據分析。通過對CEMS監測數據檢查分析來判斷CEMS監測數據的準確性。如：通過入爐煤化驗單中的硫分可判斷CEMS監測的原煙氣SO2濃度是否準確（1%的硫分對應的原煙氣中SO2濃度為2200～2400mg/Nm3）。

（2）檢查CEMS數據的有效傳輸。CEMS分析儀通過硬接線分別與數采儀和脫硫DCS連接，數采儀再通過無線傳輸方式將CEMS監測數據傳輸到環保部門的監控信息中心。定期與環保部門監控中心聯系對收到的數據與CEMS小室工控機電腦進行比對，判斷CEMS傳輸系統是否正常有效。

2.檢查旁路擋板的嚴密性

脫硫煙氣旁路擋板是環保重點檢查的對象。在正常運行期間，通過檢查DCS畫面上旁路擋板的顯示狀態、煙氣出口溫度以及到現場擋板處實際查看擋板的位置狀態來確定旁路擋板是否關閉嚴密。對于無GGH的脫硫系統，凈煙氣溫度為50℃左右，如果凈煙氣溫度異常升高，在機組負荷不變的情況下可判定旁路擋板可能關閉不嚴密。小型機組一般旁路擋板只有一塊，對于600MW及以上發電機組旁路擋板分為上、下兩塊擋板，一塊為開關型，一塊為調節型。

3.通過設備運行參數的檢查判斷脫硫系統運行是否正常

（1）通過物料衡算法計算判斷是否全煙氣脫硫。

選擇機組運行中某一時段的數據（發電量、耗煤量、對應時段的入爐煤硫分），利用物料衡算法計算SO2的脫除量等，計算公式如下：

SO2脫除量=燃煤消費量（萬t）×煤含硫量（%）×0.85× 2×脫硫率（%）

式中：0.85為煤粉爐煤中硫份轉換為SO2的系數。

石灰石耗用量計算公式：

石灰石用量= SO2脫除量÷64×100×1.03÷石灰石純度（%）

式中：1.03為石灰石—石膏法煙氣脫硫系統鈣硫比。

通過計算出的脫硫劑石灰石用量與實際消耗量進行比較，如果實際消耗的石灰石量遠小于計算所得的消耗量，可初步判斷該時段未實施全煙氣脫硫，進一步對該時段脫硫增壓風機、旁路擋板等設備的運行參數進行檢查，最后確定脫硫系統運行是否正常。

（2）通過檢查增壓風機運行參數判斷脫硫系統是否正常運行。增壓風機的正常運行是濕法脫硫系統投運正常的重要依據之一。不同機組負荷下增壓風機電流是不同的，如果在相同負荷、入爐煤質變化不大的情況下，增壓風機電流異常變化較大，可以判斷為脫硫裝置異常運行，風機電流明顯減小，可能是旁路擋板關閉不嚴，存在泄漏現象。

（3）檢查漿液循環泵運行參數。重點檢查漿液循環泵的電流、出口壓力。當電流、出口壓力較正常值明顯降低，可能是泵的葉輪損壞等引起，將會導致脫硫效率降低。

（4）檢查其他輔助設備的運行參數。吸收塔內石灰石漿液pH值正常應保持在5.0～5.8，過低的pH值對脫硫效率影響很大。一般情況下石灰石供漿系統處于連續運行，當pH值高于5.8時供漿系統可間斷運行。在石灰石供漿系統運行正常的情況，吸收塔內石灰石漿液pH值仍較低，應盡快查找原因進行排除，以免影響脫硫系統的正常運行。

檢查石膏漿液密度是否在設計范圍內，如果石膏漿液密度異常升高，應檢查石膏脫水系統運行是否正常，真空皮帶脫水機是否停運。如石膏脫水系統運行正常，則應全面對脫硫系統進行檢查，是否由于入爐煤硫分升高等原因引起。

5.歷史數據查閱與管理的檢查

脫硫系統作為環保部門對火電廠重點檢查的環保設施之一，脫硫系統運行參數及歷史數據必須隨時可查閱，對于脫硫系統、在線歷史數據必須隨機可調閱1年的數據，即脫硫控制室DCS上脫硫率、煙氣流量、風機電流、循環泵電流以及各污染物濃度等重要數據必須至少保存1年的記錄（CEMS小室工控機電腦內同樣必須至少保存1年的數據）。脫硫系統的歷史數據要定期拷貝出來進行保存，保存時間不得少于3年。環保部門對脫硫歷史數據的保存已經制度化，對于數據缺失企業的考核非常嚴厲。

八、結束語

隨著《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223—2011）的頒布以及國家“十二五”污染減排規劃的公布，SO2將作為我國“十二五”期間重點減排的大氣污染物之一。屬于SO2排放大戶的燃煤電廠，一方面在日趨嚴格的環保政策的要求下進一步完善內部的環保監督管理體系，另一方面按照環保部門要求逐步取消了脫硫煙氣旁路，實現了脫硫設施100%投運，并將脫硫系統納入電廠主要設備管理范圍，加強了脫硫設施運行管理，大大提高了脫硫系統的可靠性，從根本上杜絕了SO2偷排現象，保證了脫硫設施的規范運行。

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（責任編輯：王祝萍）