關于王家嶺綜合利用電廠煙氣SO₂超低排放改造的技術探討

易少雷 王萌

摘要：本文主要介紹了王家嶺電廠循環流化床鍋爐達到SO2超低排放做出的工作，通過化驗鍋爐燃燒后的灰、渣的成分分析，鍋爐在燃燒煤泥以及洗混煤過程中存在自脫硫的現象，最終超低排放通過了專家組的現場驗收。

關鍵詞：循環流化床鍋爐；煤泥和洗混煤；自脫硫；超低排放

中圖分類號：X131.1 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）05-0101-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.060

Abstract： This paper mainly introduces the work of the circulating fluidized bed boiler of Wangjialing Power Plant to achieve ultra-low emission of SO2. After analyzing the composition of the ash and slag after boiler combustion， the boiler exists in the process of burning coal slime and washing coal. The phenomenon of self-desulfurization and ultra-low emission have passed the on-site acceptance of the expert group.

Keywords： Circulating fluidized bed boiler；Slime and wash coal； Self-desulfurization；Ultra-low emission

2017年山西省環保部門對發電企業的污染物排放做出了嚴格要求，對SO2、NOX以及煙塵的超標時段進行了嚴格處罰，同時山西省電力公司還要求全省燃煤電廠在2018年1月1日前進行超低排放改造，未進行改造的電廠全部關停。面對這種嚴峻的形勢，我電廠就針對現有污染物SO2的排放指標進行了超低排放改造方案的分析、確定與實施。

1 電廠主要情況簡介

（1）王家嶺綜合利用電廠是山西中煤華晉能源有限責任公司的配套項目，建設主要目的是為消耗選煤廠洗選副產品煤泥和洗混煤（洗中煤和煤矸石）。1#機組于2013年4月18日4時，2#機組于2013年3月12日15時30分進入商業運營階段。

（2）鍋爐參數。鍋爐為上海鍋爐廠有限公司2臺220t/h循環流化床鍋爐，參數如下：

鍋爐型式：單汽包自然循環、采用旋風分離器、高溫回灰、固態排渣、平衡通風、全鋼結構、露天布置高溫高壓循環流化床鍋爐。

型號： SG-220/9.81-M690

額定蒸發量： 220t/h

過熱蒸汽壓力： 9.81MPa.g

過熱蒸汽溫度： 540℃

給水溫度： 220℃

空預器出口一、二次風溫： 200/200℃

鍋爐采用爐內石灰石粉脫硫，脫除率88%以上。

煤泥通過煤泥管道泵送至鍋爐頂部，洗混煤通過稱重式皮帶機輸送至鍋爐。

2 煤質情況分析

鍋爐燃燒采用選煤廠的洗混煤和煤泥，混煤比例為煤泥∶洗混煤=6∶4。設計煤質中收到基硫含量是0.47%，而2017年按照混煤比例為煤泥∶洗混煤=2∶1進行核算，實際燃用煤質為：全水Mt 18.11%、空氣干燥基水Mad 0.40%、空干基全硫St，ad 0.38%、固定碳FC 35.02%、空氣干燥基灰分Aad 48.24%、空氣干燥基揮發分Vad 16.30%、收到基低位發熱量Qnet.ar11.34MJ/kg。

3 SO2排放指標

河津市環境保護監測站于2015年2月10日對我電廠污染源煙氣排放連續在線監測系統進行了技術比對監測，并且出具了固定污染源煙氣自動監測設備比對監測報告，確認了CEMS設備安裝位置以及測量數據的精確度符合國家標準。

根據運城市環境保護局的監測數據，2015年至2017年電廠的SO2污染源監督性監測結果：山西中煤華晉能源有限責任公司綜合利用電廠的2*220t/h鍋爐煙囪總排口平均SO2為實測13.6mg/Nm3，折算濃度12.8mg/Nm3。在電廠內部自行對環保數據的監測中，2015-2017年期間的監測數據SO2平均為實測12mg/Nm3，折算濃度9.94mg/Nm3，而2017年的監測數據基本為0值。

4 超低排放的方案確定

循環流化床鍋爐較其他爐型具有突出優勢，就是SO2的低原始產生量，當然用含鈣量較高的煤矸石時將更加明顯，尤其是煤矸石中Ca/S大于2時，將會得到最大體現，這將大大降低石灰石投入量。

循環化床鍋爐的工作溫度是830～900℃，在此溫度下石灰石可充分發生焙燒反應，使CaCO3分解為CaO，CaO與煤燃燒產生的SO2進行化學反應，生成CaSO4，以固體形式排出達到脫硫的目的。石灰石脫硫反應方程：

因此循環流化床鍋爐可實現爐內高效脫硫，爐內噴鈣設備、系統投資遠低于爐外脫硫系統投資，其低成本的脫硫也是循環硫化床鍋爐獨有的特點。根據國家環保減排關于SO2排放的計算公式，計算公式如下：

式中，2為1mol的S可轉化為2mol的SO2（常數），0.85為硫分轉化為SO2的轉化率（常數），S為燃料中的硫分，%；B為燃煤量，t；A為煙氣量由在線監測設備提供，m3/h；E為SO2理論產生量，t。

由化學式可知，1t的CaO可與1.14t的SO2發生反應，即使考慮到煤矸石的破碎粒度及其他原因造成的反應不完全，也可得知燃料中的CaO必定會降低SO2的初始濃度，即具有自脫硫能力。

根據環保部門的測量數據，我電廠的煙氣二氧化硫排放濃度長期保持在35mg/Nm3以下，達到了大氣污染物超低排放的標準。為探明SO2排放低的原因，電廠組織專業人員進行認真分析，咨詢鍋爐廠家和相關行業專家，查找了大量資料，并對煤、灰、渣進行分析[1]。入爐煤種經過有資質的單位化驗，折算后的成分為：低位發熱量1.135×104kJ/kg、硫份為0.37%、灰分為48.45%。經山西省水泥產品質量監督檢驗站的化學分析，灰的化學分析檢驗報告如下：

灰：SiO244.69%、Fe2O36.95%、鋁鈦合量30.46%、CaO 7.08%、MgO 1.21%、燒矢量5.18%、合量95.57%；渣：SiO244.21%、Fe2O3 5.99%、鋁鈦合量28.27%、CaO 10.85%、MgO 1.69%、燒矢量4.98%、合量95.99%；灰渣混合：SiO2 42.07%、Fe2O3 5.24%、鋁鈦合量29.47%、CaO 8.86%、MgO 1.32%、燒矢量4.82%、合量91.78%。

由上述檢驗報告可知，灰渣中含有大量的CaO和MgO等成分，CaO和MgO的含量總和超過10%，相當于燃料燃燒后有自脫硫作用，爐內加入少量石灰石粉，就能提高循環流化床的脫硫效率，這與陜西華電瑤池發電有限公司兩臺200 MW機組循環硫化床鍋爐具有相同的鍋爐燃燒特性[2]。無論是在電廠內部環保監測數據中，還是在環保部門的環保監測數據中，SO2排放濃度不但符合現行的國家排放標準，而且可以達到超低排放的指標，可以證明我電廠的爐內確實存在自脫硫反應。

目前電廠爐內脫硫系統使用的脫硫劑為石灰石，考慮到煤質出現波動的問題，為了保證機組在全工況條件下均能達到SO2超低排放的目標，本次改造脫硫部分將爐內脫硫系統的脫硫劑從石灰石變為生石灰，增加活性提高反應效率，而且可以避免石灰石中雜質對爐內脫硫反應的阻礙，這樣可以大大提高爐內脫硫的脫硫效率，加上機組的自脫硫效應，可以保證電廠維持SO2的超低排放現狀；另外把石灰石噴口由原來的下級二次風改到上級二次風[3]。

5 超低排放結果

第三方監測機構于2017年12月25日到26日完成了對我電廠2#機組的超低排放改造在線驗收工作，并出具了監測報告，于2018年1月27日順利通過了專家組的現場驗收，驗收結論為：山西中煤華晉能源有限責任公司王家嶺綜合利用電廠2#機組經煙氣超低排放脫硫、脫銷及除塵設施改造后滿足《山西省人民政府辦公廳關于推進全省燃煤機組超低排放實施意見》中第二類超低排放限值要求。1#機組目前已經完成168 h和連續30d合格的環保數據收集任務，專家組近期來現場驗收[4]。

6 結論

我電廠在實際運行中SO2的排放濃度長期低于35mg/m3，這說明了循環硫化床鍋爐在燃燒煤泥以及洗混煤（洗中煤和煤矸石）時，具有煤粉爐沒有的自脫硫特性，并且根據Ca/S的情況，通過實際運行中，脫硫效率能達到90%～99%，個別時段足量的CaO能夠使鍋爐內部SO2降到很低，甚至接近“0排放”。而各個燃燒煤泥以及洗混煤的電廠均可以在此基礎上探索出一條循環流化床鍋爐自脫硫的燃燒方式，減少超低排放的投入以及運行成本。

參考文獻

[1]李興華，何育東.燃煤火電機組SO2超低排放改造方案研究[J].中國電力，2015，48（10）：148-151.

[2]朱杰，謝百成，王德彬，羅娟.循環流化床鍋爐采用兩級脫硫實現SO2超低排放的探討[J].電力科技與環保，2010，26（4）：38-40.

[3]宋暢，劉釗，汪濤，安連鎖，張永生.超低排放電廠PM，SO2，NOx及汞污染排放特征[J].華北電力大學學報（自然科學版），2017，（6）：93-99.

[4]李俊，李之棟.淺析大唐寶雞熱電廠SO2超低排放改造[J].硫酸工業，2017，（1）：33-36.

收稿日期：2018-03-20

作者簡介：易少雷（1989-），本科學士學位，電廠生產技術科科員鍋爐與汽機專工，助理工程師，研究方向為鍋爐以及汽機管理。