關(guān)于王家?guī)X綜合利用電廠煙氣SO₂超低排放改造的技術(shù)探討

易少雷 王萌

摘要：本文主要介紹了王家?guī)X電廠循環(huán)流化床鍋爐達(dá)到SO2超低排放做出的工作，通過化驗(yàn)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(xiàn)象，最終超低排放通過了專家組的現(xiàn)場驗(yàn)收。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；煤泥和洗混煤；自脫硫；超低排放

中圖分類號(hào)：X131.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(huán)保部門對(duì)發(fā)電企業(yè)的污染物排放做出了嚴(yán)格要求，對(duì)SO2、NOX以及煙塵的超標(biāo)時(shí)段進(jìn)行了嚴(yán)格處罰，同時(shí)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(jìn)行超低排放改造，未進(jìn)行改造的電廠全部關(guān)停。面對(duì)這種嚴(yán)峻的形勢(shì)，我電廠就針對(duì)現(xiàn)有污染物SO2的排放指標(biāo)進(jìn)行了超低排放改造方案的分析、確定與實(shí)施。

1 電廠主要情況簡介

（1）王家?guī)X綜合利用電廠是山西中煤華晉能源有限責(zé)任公司的配套項(xiàng)目，建設(shè)主要目的是為消耗選煤廠洗選副產(chǎn)品煤泥和洗混煤（洗中煤和煤矸石）。1#機(jī)組于2013年4月18日4時(shí)，2#機(jī)組于2013年3月12日15時(shí)30分進(jìn)入商業(yè)運(yùn)營階段。

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

鍋爐型式：單汽包自然循環(huán)、采用旋風(fēng)分離器、高溫回灰、固態(tài)排渣、平衡通風(fēng)、全鋼結(jié)構(gòu)、露天布置高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐。

型號(hào)： SG-220/9.81-M690

額定蒸發(fā)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(yù)器出口一、二次風(fēng)溫： 200/200℃

鍋爐采用爐內(nèi)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(jī)輸送至鍋爐。

2 煤質(zhì)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(shè)計(jì)煤質(zhì)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(jìn)行核算，實(shí)際燃用煤質(zhì)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(fā)分Vad 16.30%、收到基低位發(fā)熱量Qnet.ar11.34MJ/kg。

3 SO2排放指標(biāo)

河津市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站于2015年2月10日對(duì)我電廠污染源煙氣排放連續(xù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)比對(duì)監(jiān)測(cè)，并且出具了固定污染源煙氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備比對(duì)監(jiān)測(cè)報(bào)告，確認(rèn)了CEMS設(shè)備安裝位置以及測(cè)量數(shù)據(jù)的精確度符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)運(yùn)城市環(huán)境保護(hù)局的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，2015年至2017年電廠的SO2污染源監(jiān)督性監(jiān)測(cè)結(jié)果：山西中煤華晉能源有限責(zé)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(shí)測(cè)13.6mg/Nm3，折算濃度12.8mg/Nm3。在電廠內(nèi)部自行對(duì)環(huán)保數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)中，2015-2017年期間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)SO2平均為實(shí)測(cè)12mg/Nm3，折算濃度9.94mg/Nm3，而2017年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本為0值。

4 超低排放的方案確定

循環(huán)流化床鍋爐較其他爐型具有突出優(yōu)勢(shì)，就是SO2的低原始產(chǎn)生量，當(dāng)然用含鈣量較高的煤矸石時(shí)將更加明顯，尤其是煤矸石中Ca/S大于2時(shí)，將會(huì)得到最大體現(xiàn)，這將大大降低石灰石投入量。

循環(huán)化床鍋爐的工作溫度是830～900℃，在此溫度下石灰石可充分發(fā)生焙燒反應(yīng)，使CaCO3分解為CaO，CaO與煤燃燒產(chǎn)生的SO2進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成CaSO4，以固體形式排出達(dá)到脫硫的目的。石灰石脫硫反應(yīng)方程：

因此循環(huán)流化床鍋爐可實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)高效脫硫，爐內(nèi)噴鈣設(shè)備、系統(tǒng)投資遠(yuǎn)低于爐外脫硫系統(tǒng)投資，其低成本的脫硫也是循環(huán)硫化床鍋爐獨(dú)有的特點(diǎn)。根據(jù)國家環(huán)保減排關(guān)于SO2排放的計(jì)算公式，計(jì)算公式如下：

式中，2為1mol的S可轉(zhuǎn)化為2mol的SO2（常數(shù)），0.85為硫分轉(zhuǎn)化為SO2的轉(zhuǎn)化率（常數(shù)），S為燃料中的硫分，%；B為燃煤量，t；A為煙氣量由在線監(jiān)測(cè)設(shè)備提供，m3/h；E為SO2理論產(chǎn)生量，t。

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

根據(jù)環(huán)保部門的測(cè)量數(shù)據(jù)，我電廠的煙氣二氧化硫排放濃度長期保持在35mg/Nm3以下，達(dá)到了大氣污染物超低排放的標(biāo)準(zhǔn)。為探明SO2排放低的原因，電廠組織專業(yè)人員進(jìn)行認(rèn)真分析，咨詢鍋爐廠家和相關(guān)行業(yè)專家，查找了大量資料，并對(duì)煤、灰、渣進(jìn)行分析[1]。入爐煤種經(jīng)過有資質(zhì)的單位化驗(yàn)，折算后的成分為：低位發(fā)熱量1.135×104kJ/kg、硫份為0.37%、灰分為48.45%。經(jīng)山西省水泥產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站的化學(xué)分析，灰的化學(xué)分析檢驗(yàn)報(bào)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(yàn)報(bào)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(dāng)于燃料燃燒后有自脫硫作用，爐內(nèi)加入少量石灰石粉，就能提高循環(huán)流化床的脫硫效率，這與陜西華電瑤池發(fā)電有限公司兩臺(tái)200 MW機(jī)組循環(huán)硫化床鍋爐具有相同的鍋爐燃燒特性[2]。無論是在電廠內(nèi)部環(huán)保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，還是在環(huán)保部門的環(huán)保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，SO2排放濃度不但符合現(xiàn)行的國家排放標(biāo)準(zhǔn)，而且可以達(dá)到超低排放的指標(biāo)，可以證明我電廠的爐內(nèi)確實(shí)存在自脫硫反應(yīng)。

目前電廠爐內(nèi)脫硫系統(tǒng)使用的脫硫劑為石灰石，考慮到煤質(zhì)出現(xiàn)波動(dòng)的問題，為了保證機(jī)組在全工況條件下均能達(dá)到SO2超低排放的目標(biāo)，本次改造脫硫部分將爐內(nèi)脫硫系統(tǒng)的脫硫劑從石灰石變?yōu)樯?，增加活性提高反?yīng)效率，而且可以避免石灰石中雜質(zhì)對(duì)爐內(nèi)脫硫反應(yīng)的阻礙，這樣可以大大提高爐內(nèi)脫硫的脫硫效率，加上機(jī)組的自脫硫效應(yīng)，可以保證電廠維持SO2的超低排放現(xiàn)狀；另外把石灰石噴口由原來的下級(jí)二次風(fēng)改到上級(jí)二次風(fēng)[3]。

5 超低排放結(jié)果

第三方監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)于2017年12月25日到26日完成了對(duì)我電廠2#機(jī)組的超低排放改造在線驗(yàn)收工作，并出具了監(jiān)測(cè)報(bào)告，于2018年1月27日順利通過了專家組的現(xiàn)場驗(yàn)收，驗(yàn)收結(jié)論為：山西中煤華晉能源有限責(zé)任公司王家?guī)X綜合利用電廠2#機(jī)組經(jīng)煙氣超低排放脫硫、脫銷及除塵設(shè)施改造后滿足《山西省人民政府辦公廳關(guān)于推進(jìn)全省燃煤機(jī)組超低排放實(shí)施意見》中第二類超低排放限值要求。1#機(jī)組目前已經(jīng)完成168 h和連續(xù)30d合格的環(huán)保數(shù)據(jù)收集任務(wù)，專家組近期來現(xiàn)場驗(yàn)收[4]。

6 結(jié)論

我電廠在實(shí)際運(yùn)行中SO2的排放濃度長期低于35mg/m3，這說明了循環(huán)硫化床鍋爐在燃燒煤泥以及洗混煤（洗中煤和煤矸石）時(shí)，具有煤粉爐沒有的自脫硫特性，并且根據(jù)Ca/S的情況，通過實(shí)際運(yùn)行中，脫硫效率能達(dá)到90%～99%，個(gè)別時(shí)段足量的CaO能夠使鍋爐內(nèi)部SO2降到很低，甚至接近“0排放”。而各個(gè)燃燒煤泥以及洗混煤的電廠均可以在此基礎(chǔ)上探索出一條循環(huán)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(yùn)行成本。

參考文獻(xiàn)

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[2]朱杰，謝百成，王德彬，羅娟.循環(huán)流化床鍋爐采用兩級(jí)脫硫?qū)崿F(xiàn)SO2超低排放的探討[J].電力科技與環(huán)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(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)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(yè)，2017，（1）：33-36.

收稿日期：2018-03-20

作者簡介：易少雷（1989-），本科學(xué)士學(xué)位，電廠生產(chǎn)技術(shù)科科員鍋爐與汽機(jī)專工，助理工程師，研究方向?yàn)殄仩t以及汽機(jī)管理。