火力發(fā)電廠防止CFB鍋爐SO2超標

周雪瑞

摘 要：火力發(fā)電廠，使用CFB鍋爐，年燃煤180萬噸以上，主要排放SO2 NO、NO2 CO2等廢氣。CFB（循環(huán)流化床）鍋爐具有爐內(nèi)脫硫作用，與其它類型鍋爐相比，它具有氣體污染物排放低等諸多優(yōu)點。然而在實際運行中，由于CFB鍋爐調(diào)節(jié)負荷的滯后性以及其它因素導(dǎo)致了鍋爐煙氣SO2超標的頻率增加。本文主要敘述了減少CFB鍋爐煙氣SO2超標的一些控制措施。

關(guān)鍵詞：CFB鍋爐；SO2；調(diào)整；石灰石

因為我從小在石油城長大，2012年考上西南石油大學(xué)化工院環(huán)境工程專業(yè)，對空氣污染和廢氣排放從小就有感受，在假期里我到電廠進行了實習(xí)，利用所學(xué)的空氣和廢氣監(jiān)測分析方法，與廠里鍋爐工程技術(shù)人員經(jīng)過理論測試和實踐，CFB鍋爐SO2排放降低明顯。

確保電廠脫硫設(shè)備的可靠穩(wěn)定運行是落實《中華人民共和國環(huán)境保護法》，廢氣排放達標，目標為保護和改善環(huán)境，防治污染和其他公害，保障員工健康，也是電廠“安全、可靠、經(jīng)濟、清潔”運行的具體措施。CFB鍋爐作為一種新型環(huán)保設(shè)備，具有對燃料適應(yīng)性特別好、燃料的著火條件優(yōu)越、熱強度大、脫硫效果好、給煤點數(shù)量少、燃燒效率高、氣體污染物排放低、負荷調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)點。目前大部分火力發(fā)電廠設(shè)計上基本采用CFB鍋爐。在投產(chǎn)初期，石灰石系統(tǒng)因為存在較多問題影響環(huán)保指標，電廠已對原石灰石投加系統(tǒng)進行了改造，由螺旋給料機改造為旋轉(zhuǎn)給料閥，系統(tǒng)運行可靠性大為提高，但仍因存在其它問題導(dǎo)致SO2排放時有超標。下面就影響電廠CFB鍋爐運行過程中SO2超標的原因及控制措施進行探討。

一、引起SO2超標的原因

（一）人為調(diào)整及負荷波動

運行中，遇到給煤機消缺或者給煤機因斷煤發(fā)生異常需啟停時，若操作人員調(diào)整風(fēng)量、石灰石給料量不當，將會導(dǎo)致SO2短時超標。

此外，運行中為滿足用戶的用電負荷需求，電廠汽輪機抽汽設(shè)置在“壓力控制”模式下，CFB鍋爐負荷將隨外界汽電負荷的波動而波動。在調(diào)節(jié)負荷過程中須增減鍋爐給煤量，床溫便會隨之變化。床溫波動對脫硫效果影響較大，CFB鍋爐的脫硫效率最佳溫度在850℃左右，但同時又要考慮到飛灰可燃物及鍋爐效率，實際床溫應(yīng)控制在885-890℃左右。實際運行中，鍋爐床溫在此溫度范圍內(nèi)即使波動幾度，煙氣中的SO2濃度也會大幅上升。

（二）設(shè)備缺陷

電廠石灰石投加系統(tǒng)設(shè)備主要由石灰石粉庫、輸送泵、出料閥、輸送管、切換閥、爐前石灰石粉倉、旋轉(zhuǎn)給料閥、石灰石風(fēng)機等設(shè)備組成。在運行過程中，石灰石物料是由0.7MPa壓縮空氣輸送至爐前石灰石粉倉。石灰石輸送泵、輸送管長期處在被石灰石粉沖刷的工作環(huán)境下。因此，運行中出現(xiàn)了石灰石輸送泵內(nèi)部空氣管線脫落、管道金屬膨脹節(jié)及管道彎頭等處被磨穿導(dǎo)致石灰石系統(tǒng)被迫停運檢修。爐前石灰石粉倉一旦出現(xiàn)斷粉，鍋爐煙氣SO2濃度就會超標。

此外，由于石灰石粉內(nèi)部存在雜物以及顆粒過大也會造成石灰石給料閥卡跳或石灰石粉倉搭橋下粉不暢，均會導(dǎo)致煙氣中SO2濃度超標。在卡跳的石灰石給料機里，檢修人員曾清理出焊條、螺栓、鋼筋、鐵絲等雜物。

電廠動力站在投產(chǎn)初期采用的煙氣在線分析系統(tǒng)（CEMS）是“一拖三”模式，一套分析儀輪換測量三臺鍋爐中的一臺鍋爐煙氣，每臺鍋爐每小時只輪到一次，測量時間為25分鐘，在這25分鐘之內(nèi)其余兩臺鍋爐的煙氣無法實時監(jiān)測，不能給運行人員提供準確參考。另外，原系統(tǒng)采樣點選擇不合理，例如：2#爐煙氣采樣點在聯(lián)通煙道上，取到的是2#爐和3#爐的混合煙氣。

運行過程中，CEMS還曾出現(xiàn)表計探頭進水汽、檢測回路故障或取樣管線反吹堵等，將使分析儀的分析數(shù)據(jù)顯示異常，給運行人員調(diào)整造成誤導(dǎo)。

（三）物料特性的影響

由于電廠煤源來自多個煤礦，煤質(zhì)差異較大。進廠煤通過碎煤、輸煤系統(tǒng)后被輸送到鍋爐原煤倉。有些進廠煤的硫分值較高，如果鍋爐運行人員未能及時掌握此項參數(shù)，入爐石灰石給料量不能及時跟隨煤質(zhì)的變化而調(diào)整也會造成鍋爐煙氣SO2濃度超標。

此外，石灰石純度、粒度發(fā)生變化后，在給料量不變的情況下也直接影響著CFB鍋爐的脫硫效果，從而影響到煙氣SO2的濃度。

二、減少SO2超標的措施

《新環(huán)境保護法》明確規(guī)定，企業(yè)事業(yè)單位和其他生產(chǎn)經(jīng)營者應(yīng)當防止、減少環(huán)境污染和生態(tài)破壞，對所造成的損害依法承擔(dān)責(zé)任。

電廠在廢氣排放控制中，樹立節(jié)能減排及環(huán)保優(yōu)先的精神和理念，針對以上導(dǎo)致超標的各因素，制定了針對性的措施來解決SO2超標問題。

（一） 運行管理措施

電廠主蒸汽系統(tǒng)為母管制，機組采用定壓運行，機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)未投用。穩(wěn)定床溫是有效控制SO2排放超標的關(guān)鍵，而負荷波動是影響床溫的主要因素。為了消除此因素，電廠工程技術(shù)人員對鍋爐運行方式進行調(diào)整，即：規(guī)定其中一臺鍋爐為調(diào)整爐，其余鍋爐為非調(diào)整爐，帶固定負荷運行。同時為保證CFB鍋爐的長周期運行，以十天為一周期，十天后輪換至下一臺鍋爐為調(diào)整爐。調(diào)整爐負責(zé)短時、小幅調(diào)整汽負荷，非調(diào)整爐只有在外界汽電負荷大幅波動時才參與調(diào)整。另外，要求調(diào)整爐在加負荷前增加石灰石投給量，控制煙氣SO2濃度保持在較低水平。

加強運行人員的培訓(xùn)和異常原因分析，不斷提升操作技術(shù)水平，將SO2超標次數(shù)作為考核指標之一，促使操作人員精心操作調(diào)整，確保在給煤機消缺或者給煤機因斷煤發(fā)生異常啟停時，仍能保證SO2在合格范圍內(nèi)。

（二）設(shè)備檢修管理及改造措施

1.設(shè)備檢修管理

定期檢查、更換壓縮空氣管線、耐磨彎頭和金屬膨脹節(jié)等處；選用符合石灰石物料特性的出料閥，避免閥門卡澀，提高石灰石系統(tǒng)設(shè)備的運行周期，將石灰石系統(tǒng)設(shè)備由被迫消缺向主動預(yù)防性消缺轉(zhuǎn)變。同時，不斷總結(jié)故障原因，提高檢修質(zhì)量，縮短檢修時間。做好石灰石輸送系統(tǒng)和爐前石灰石粉倉檢修時的現(xiàn)場監(jiān)督，確保檢修過程中無雜物進入輸送系統(tǒng)。

環(huán)境監(jiān)測為制定科學(xué)嚴格的排放提供了重要保障。測定環(huán)境空氣中SO2的方法分為甲醛緩沖溶液吸收—鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法和四氯汞鉀溶液吸收—鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法。按照國家環(huán)境保護總局監(jiān)測規(guī)范的要求，電廠制定了《環(huán)境在線監(jiān)測及環(huán)保設(shè)施管理規(guī)定》，落實對煙氣在線分析系統(tǒng)（CEMS）進行日常巡檢、維護保養(yǎng)、定期校準和校驗等責(zé)任和設(shè)備異常處理程序，確保煙氣在線分析系統(tǒng)設(shè)備完好、可靠和數(shù)據(jù)準確。

2.設(shè)備改造方面

在設(shè)備改造方面，在石灰石粉庫的進口管線處加裝一圓形網(wǎng)篦，其內(nèi)有1×9cm的長方形孔，在外來石灰石粉車向粉庫充粉時，既保證進粉速度又能使大顆粒的雜物盡可能被過濾，避免大顆粒雜物卡跳石灰石給料閥和磨損石灰石輸送管線。

采用新的煙氣在線分析系統(tǒng)（CEMS）數(shù)據(jù)實時性大為提高。新的煙氣在線分析系統(tǒng)（CEMS）系統(tǒng)采用“一拖一”模式，每臺鍋爐對應(yīng)一套分析儀測量鍋爐煙氣，且測量數(shù)據(jù)直接傳送至鍋爐DCS監(jiān)控畫面，數(shù)據(jù)實時性、可靠性大為提高。新系統(tǒng)重新選取采樣點，將取樣點布置在每臺鍋爐引風(fēng)機的煙氣出口處（聯(lián)通煙道之前），保證測量數(shù)據(jù)真實反應(yīng)被測爐煙氣的各項指標。

此外，還對爐前石灰石粉倉流化風(fēng)系統(tǒng)和煤倉氮氣炮用氮氣系統(tǒng)進行了改造。原石灰石粉倉流化用壓縮空氣與煤倉空氣炮用壓縮空氣為同一來源，因原煤倉在使用空氣炮過程中存在煤倉自燃的風(fēng)險，所有一直未投用。經(jīng)過改造后的石灰石粉倉流化用壓縮空氣與煤倉空氣炮用壓縮空氣汽源相互分離，石灰石粉倉流化風(fēng)能夠長期可靠投用，粉倉搭橋出現(xiàn)斷粉的問題已經(jīng)消除。

（三） 物料控制及監(jiān)測措施

影響CFB鍋爐脫硫效率的主要因素有Ca/S摩爾比、床溫、脫硫劑（石灰石）粒度、煤質(zhì)等。

由Ca/S摩爾比計算公式：

及相關(guān)文獻①中的試驗數(shù)據(jù)可知，當床層高度為1m，流化速度為2.5m/s，床溫為825℃時，隨著Ca/S摩爾比的增加，脫硫效率增加，Ca的利用率降低。Ca/S摩爾比為3～5時，脫硫效率為75%～90%，Ca的利用率為20%～18%。而電廠石灰石日耗量150噸以內(nèi)，CaCO3純度95%，日耗煤量：5000噸，硫分：0.7%，依此計算，在保證達標排放的前提下我廠實際最大Ca/S摩爾比≈3.25。

根據(jù)相關(guān)文獻②可知，石灰石粒徑大于一定值之后，隨著粒徑的加大，石灰石的比表面積減小，導(dǎo)致反應(yīng)性降低，脫硫效率下降。但是粒徑若大于某一更高值時，粒子在燃燒室內(nèi)的停留時間加長，它對脫硫的作用大于反應(yīng)性減小的作用，所以脫硫效率又提高。然而粒徑倘若大于某一臨界尺寸時，脫硫效率達到最大值之后，由于反應(yīng)孔道被CaSO4堵塞，脫硫效率又隨著尺寸的加大而降低。

為此我們從石灰石的源頭著手，考察供料廠篩分工具投運情況，確保石灰石物料粒度滿足設(shè)計要求且物料中不含雜物。制定《規(guī)范石灰石物料輸送管理要求》，進一步規(guī)范了鍋爐石灰石上粉量，保證鍋爐爐前石灰石粉倉時刻處于高料位，防止運行過程因石灰石粉中斷而導(dǎo)致煙氣SO2排放超標。

另外，分析人員在發(fā)現(xiàn)煤質(zhì)和石灰石粉質(zhì)變化較大時，及時要求通過運行人員可以預(yù)先控制石灰石給料量，避免因煤質(zhì)和石灰石粉質(zhì)的突變導(dǎo)致煙氣SO2濃度超標。

三、結(jié)論

自嚴格執(zhí)行上述控制措施以來，電廠CFB鍋爐煙氣SO2濃度超標的次數(shù)大幅減少，取#1鍋爐的煙氣SO2濃度作為對比：

圖1 執(zhí)行措施前的#1爐煙氣SO2濃度曲線

從上圖1可以看出，在2013年時，#1爐在10天里出現(xiàn)了16次的煙氣SO2排放超標。

圖2 執(zhí)行措施后的#1爐煙氣SO2濃度曲線

從圖2可以看出，執(zhí)行規(guī)定后的#1爐在10天里沒有出現(xiàn)SO2超標（指標：SO2﹤400㎎/m3），超標次數(shù)大幅下降。經(jīng)過各部門、裝置相關(guān)人員全年的不懈努力，電廠CFB鍋爐煙氣SO2排放超標的現(xiàn)象大幅減少，電廠動力站2014年全年SO2減排約21943噸，同時石灰石日耗量也由以前的300噸降至目前的250噸以下。

四、結(jié)束語

以上是我在電廠實習(xí)期間，與工程技術(shù)人員一起對CFB鍋爐控制SO2排放超標準所遇到的一些問題和控制措施，主要是電廠領(lǐng)導(dǎo)和管理人員做了大量工作，我主要是把所學(xué)的對空氣污染監(jiān)測技術(shù)和方法融入到其中，為CFB鍋爐的安全、可靠、清潔運行提供了一定的參考。修訂后的《環(huán)保法》強化了企業(yè)污染防治責(zé)任，加大了對環(huán)境違法行為的法律制裁；國家建立、健全了環(huán)境監(jiān)測制度，加強對環(huán)境監(jiān)測的管理，建立環(huán)境與健康監(jiān)測、開展環(huán)境質(zhì)量對公眾健康影響的研究；國家支持企業(yè)優(yōu)先使用清潔能源，采用先進工藝、設(shè)備把污染物排放量降到最低。做為一名學(xué)環(huán)境工程的大學(xué)生能把自己所學(xué)的專業(yè)知識在實踐中得以運用，為環(huán)境保護作工作一點貢獻，也是我責(zé)任使然。

注釋：

①此處試驗數(shù)據(jù)摘自電廠《循環(huán)流化床鍋爐運行及事故處理》

②此處內(nèi)容參考自電廠《循環(huán)流化床鍋爐運行及事故處理》

參考文獻：

[1]丁枚.孟亞莉.空氣和廢氣監(jiān)測分析方法[J].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2003.

[2]陳文林.火電廠脫硫煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)運行中須注意的問題[J].節(jié)能與環(huán)保雜志，2011.