论文部分内容阅读
摘 要：火力发电厂，使用CFB锅炉，年燃煤180万吨以上，主要排放SO2 NO、NO2 CO2等废气。CFB（循环流化床）锅炉具有炉内脱硫作用，与其它类型锅炉相比，它具有气体污染物排放低等诸多优点。然而在实际运行中，由于CFB锅炉调节负荷的滞后性以及其它因素导致了锅炉烟气SO2超标的频率增加。本文主要叙述了减少CFB锅炉烟气SO2超标的一些控制措施。
关键词：CFB锅炉；SO2；调整；石灰石
因为我从小在石油城长大，2012年考上西南石油大学化工院环境工程专业，对空气污染和废气排放从小就有感受，在假期里我到电厂进行了实习，利用所学的空气和废气监测分析方法，与厂里锅炉工程技术人员经过理论测试和实践，CFB锅炉SO2排放降低明显。
确保电厂脱硫设备的可靠稳定运行是落实《中华人民共和国环境保护法》，废气排放达标，目标为保护和改善环境，防治污染和其他公害，保障员工健康，也是电厂“安全、可靠、经济、清洁”运行的具体措施。CFB锅炉作为一种新型环保设备，具有对燃料适应性特别好、燃料的着火条件优越、热强度大、脱硫效果好、给煤点数量少、燃烧效率高、气体污染物排放低、负荷调节范围大等优点。目前大部分火力发电厂设计上基本采用CFB锅炉。在投产初期，石灰石系统因为存在较多问题影响环保指标，电厂已对原石灰石投加系统进行了改造，由螺旋给料机改造为旋转给料阀，系统运行可靠性大为提高，但仍因存在其它问题导致SO2排放时有超标。下面就影响电厂CFB锅炉运行过程中SO2超标的原因及控制措施进行探讨。
一、引起SO2超标的原因
（一）人为调整及负荷波动
运行中，遇到给煤机消缺或者给煤机因断煤发生异常需启停时，若操作人员调整风量、石灰石给料量不当，将会导致SO2短时超标。
此外，运行中为满足用户的用电负荷需求，电厂汽轮机抽汽设置在“压力控制”模式下，CFB锅炉负荷将随外界汽电负荷的波动而波动。在调节负荷过程中须增减锅炉给煤量，床温便会随之变化。床温波动对脱硫效果影响较大，CFB锅炉的脱硫效率最佳温度在850℃左右，但同时又要考虑到飞灰可燃物及锅炉效率，实际床温应控制在885-890℃左右。实际运行中，锅炉床温在此温度范围内即使波动几度，烟气中的SO2浓度也会大幅上升。
（二）设备缺陷
电厂石灰石投加系统设备主要由石灰石粉库、输送泵、出料阀、输送管、切换阀、炉前石灰石粉仓、旋转给料阀、石灰石风机等设备组成。在运行过程中，石灰石物料是由0.7MPa压缩空气输送至炉前石灰石粉仓。石灰石输送泵、输送管长期处在被石灰石粉冲刷的工作环境下。因此，运行中出现了石灰石输送泵内部空气管线脱落、管道金属膨胀节及管道弯头等处被磨穿导致石灰石系统被迫停运检修。炉前石灰石粉仓一旦出现断粉，锅炉烟气SO2浓度就会超标。
此外，由于石灰石粉内部存在杂物以及颗粒过大也会造成石灰石给料阀卡跳或石灰石粉仓搭桥下粉不畅，均会导致烟气中SO2浓度超标。在卡跳的石灰石给料机里，检修人员曾清理出焊条、螺栓、钢筋、铁丝等杂物。
电厂动力站在投产初期采用的烟气在线分析系统（CEMS）是“一拖三”模式，一套分析仪轮换测量三台锅炉中的一台锅炉烟气，每台锅炉每小时只轮到一次，测量时间为25分钟，在这25分钟之内其余两台锅炉的烟气无法实时监测，不能给运行人员提供准确参考。另外，原系统采样点选择不合理，例如：2#炉烟气采样点在联通烟道上，取到的是2#炉和3#炉的混合烟气。
运行过程中，CEMS还曾出现表计探头进水汽、检测回路故障或取样管线反吹堵等，将使分析仪的分析数据显示异常，给运行人员调整造成误导。
（三）物料特性的影响
由于电厂煤源来自多个煤矿，煤质差异较大。进厂煤通过碎煤、输煤系统后被输送到锅炉原煤仓。有些进厂煤的硫分值较高，如果锅炉运行人员未能及时掌握此项参数，入炉石灰石给料量不能及时跟随煤质的变化而调整也会造成锅炉烟气SO2浓度超标。
此外，石灰石纯度、粒度发生变化后，在给料量不变的情况下也直接影响着CFB锅炉的脱硫效果，从而影响到烟气SO2的浓度。
二、减少SO2超标的措施
《新环境保护法》明确规定，企业事业单位和其他生产经营者应当防止、减少环境污染和生态破坏，对所造成的损害依法承担责任。
电厂在废气排放控制中，树立节能减排及环保优先的精神和理念，针对以上导致超标的各因素，制定了针对性的措施来解决SO2超标问题。
（一） 运行管理措施
电厂主蒸汽系统为母管制，机组采用定压运行，机炉协调控制系统未投用。稳定床温是有效控制SO2排放超标的关键，而负荷波动是影响床温的主要因素。为了消除此因素，电厂工程技术人员对锅炉运行方式进行调整，即：规定其中一台锅炉为调整炉，其余锅炉为非调整炉，带固定负荷运行。同时为保证CFB锅炉的长周期运行，以十天为一周期，十天后轮换至下一台锅炉为调整炉。调整炉负责短时、小幅调整汽负荷，非调整炉只有在外界汽电负荷大幅波动时才参与调整。另外，要求调整炉在加负荷前增加石灰石投给量，控制烟气SO2浓度保持在较低水平。
加强运行人员的培训和异常原因分析，不断提升操作技术水平，将SO2超标次数作为考核指标之一，促使操作人员精心操作调整，确保在给煤机消缺或者给煤机因断煤发生异常启停时，仍能保证SO2在合格范围内。
（二）设备检修管理及改造措施
1.设备检修管理
定期检查、更换压缩空气管线、耐磨弯头和金属膨胀节等处；选用符合石灰石物料特性的出料阀，避免阀门卡涩，提高石灰石系统设备的运行周期，将石灰石系统设备由被迫消缺向主动预防性消缺转变。同时，不断总结故障原因，提高检修质量，缩短检修时间。做好石灰石输送系统和炉前石灰石粉仓检修时的现场监督，确保检修过程中无杂物进入输送系统。 环境监测为制定科学严格的排放提供了重要保障。测定环境空气中SO2的方法分为甲醛缓冲溶液吸收—盐酸副玫瑰苯胺分光光度法和四氯汞钾溶液吸收—盐酸副玫瑰苯胺分光光度法。按照国家环境保护总局监测规范的要求，电厂制定了《环境在线监测及环保设施管理规定》，落实对烟气在线分析系统（CEMS）进行日常巡检、维护保养、定期校准和校验等责任和设备异常处理程序，确保烟气在线分析系统设备完好、可靠和数据准确。
2.设备改造方面
在设备改造方面，在石灰石粉库的进口管线处加装一圆形网篦，其内有1×9cm的长方形孔，在外来石灰石粉车向粉库充粉时，既保证进粉速度又能使大颗粒的杂物尽可能被过滤，避免大颗粒杂物卡跳石灰石给料阀和磨损石灰石输送管线。
采用新的烟气在线分析系统（CEMS）数据实时性大为提高。新的烟气在线分析系统（CEMS）系统采用“一拖一”模式，每台锅炉对应一套分析仪测量锅炉烟气，且测量数据直接传送至锅炉DCS监控画面，数据实时性、可靠性大为提高。新系统重新选取采样点，将取样点布置在每台锅炉引风机的烟气出口处（联通烟道之前），保证测量数据真实反应被测炉烟气的各项指标。
此外，还对炉前石灰石粉仓流化风系统和煤仓氮气炮用氮气系统进行了改造。原石灰石粉仓流化用压缩空气与煤仓空气炮用压缩空气为同一来源，因原煤仓在使用空气炮过程中存在煤仓自燃的风险，所有一直未投用。经过改造后的石灰石粉仓流化用压缩空气与煤仓空气炮用压缩空气汽源相互分离，石灰石粉仓流化风能够长期可靠投用，粉仓搭桥出现断粉的问题已经消除。
（三） 物料控制及监测措施
影响CFB锅炉脱硫效率的主要因素有Ca/S摩尔比、床温、脱硫剂（石灰石）粒度、煤质等。
由Ca/S摩尔比计算公式：
及相关文献①中的试验数据可知，当床层高度为1m，流化速度为2.5m/s，床温为825℃时，随着Ca/S摩尔比的增加，脱硫效率增加，Ca的利用率降低。Ca/S摩尔比为3～5时，脱硫效率为75%～90%，Ca的利用率为20%～18%。而电厂石灰石日耗量150吨以内，CaCO3纯度95%，日耗煤量：5000吨，硫分：0.7%，依此计算，在保证达标排放的前提下我厂实际最大Ca/S摩尔比≈3.25。
根据相关文献②可知，石灰石粒径大于一定值之后，随着粒径的加大，石灰石的比表面积减小，导致反应性降低，脱硫效率下降。但是粒径若大于某一更高值时，粒子在燃烧室内的停留时间加长，它对脱硫的作用大于反应性减小的作用，所以脱硫效率又提高。然而粒径倘若大于某一临界尺寸时，脱硫效率达到最大值之后，由于反应孔道被CaSO4堵塞，脱硫效率又随着尺寸的加大而降低。
为此我们从石灰石的源头着手，考察供料厂筛分工具投运情况，确保石灰石物料粒度满足设计要求且物料中不含杂物。制定《规范石灰石物料输送管理要求》，进一步规范了锅炉石灰石上粉量，保证锅炉炉前石灰石粉仓时刻处于高料位，防止运行过程因石灰石粉中断而导致烟气SO2排放超标。
另外，分析人员在发现煤质和石灰石粉质变化较大时，及时要求通过运行人员可以预先控制石灰石给料量，避免因煤质和石灰石粉质的突变导致烟气SO2浓度超标。
三、结论
自严格执行上述控制措施以来，电厂CFB锅炉烟气SO2浓度超标的次数大幅减少，取#1锅炉的烟气SO2浓度作为对比：
图1 执行措施前的#1炉烟气SO2浓度曲线
从上图1可以看出，在2013年时，#1炉在10天里出现了16次的烟气SO2排放超标。
图2 执行措施后的#1炉烟气SO2浓度曲线
从图2可以看出，执行规定后的#1炉在10天里没有出现SO2超标（指标：SO2﹤400㎎/m3），超标次数大幅下降。经过各部门、装置相关人员全年的不懈努力，电厂CFB锅炉烟气SO2排放超标的现象大幅减少，电厂动力站2014年全年SO2减排约21943吨，同时石灰石日耗量也由以前的300吨降至目前的250吨以下。
四、结束语
以上是我在电厂实习期间，与工程技术人员一起对CFB锅炉控制SO2排放超标准所遇到的一些问题和控制措施，主要是电厂领导和管理人员做了大量工作，我主要是把所学的对空气污染监测技术和方法融入到其中，为CFB锅炉的安全、可靠、清洁运行提供了一定的参考。修订后的《环保法》强化了企业污染防治责任，加大了对环境违法行为的法律制裁；国家建立、健全了环境监测制度，加强对环境监测的管理，建立环境与健康监测、开展环境质量对公众健康影响的研究；国家支持企业优先使用清洁能源，采用先进工艺、设备把污染物排放量降到最低。做为一名学环境工程的大学生能把自己所学的专业知识在实践中得以运用，为环境保护作工作一点贡献，也是我责任使然。
注释：
①此处试验数据摘自电厂《循环流化床锅炉运行及事故处理》
②此处内容参考自电厂《循环流化床锅炉运行及事故处理》
参考文献：
[1]丁枚.孟亚莉.空气和废气监测分析方法[J].北京：中国环境科学出版社，2003.
[2]陈文林.火电厂脱硫烟气在线监测系统运行中须注意的问题[J].节能与环保杂志，2011.
关键词：CFB锅炉；SO2；调整；石灰石
因为我从小在石油城长大，2012年考上西南石油大学化工院环境工程专业，对空气污染和废气排放从小就有感受，在假期里我到电厂进行了实习，利用所学的空气和废气监测分析方法，与厂里锅炉工程技术人员经过理论测试和实践，CFB锅炉SO2排放降低明显。
确保电厂脱硫设备的可靠稳定运行是落实《中华人民共和国环境保护法》，废气排放达标，目标为保护和改善环境，防治污染和其他公害，保障员工健康，也是电厂“安全、可靠、经济、清洁”运行的具体措施。CFB锅炉作为一种新型环保设备，具有对燃料适应性特别好、燃料的着火条件优越、热强度大、脱硫效果好、给煤点数量少、燃烧效率高、气体污染物排放低、负荷调节范围大等优点。目前大部分火力发电厂设计上基本采用CFB锅炉。在投产初期，石灰石系统因为存在较多问题影响环保指标，电厂已对原石灰石投加系统进行了改造，由螺旋给料机改造为旋转给料阀，系统运行可靠性大为提高，但仍因存在其它问题导致SO2排放时有超标。下面就影响电厂CFB锅炉运行过程中SO2超标的原因及控制措施进行探讨。
一、引起SO2超标的原因
（一）人为调整及负荷波动
运行中，遇到给煤机消缺或者给煤机因断煤发生异常需启停时，若操作人员调整风量、石灰石给料量不当，将会导致SO2短时超标。
此外，运行中为满足用户的用电负荷需求，电厂汽轮机抽汽设置在“压力控制”模式下，CFB锅炉负荷将随外界汽电负荷的波动而波动。在调节负荷过程中须增减锅炉给煤量，床温便会随之变化。床温波动对脱硫效果影响较大，CFB锅炉的脱硫效率最佳温度在850℃左右，但同时又要考虑到飞灰可燃物及锅炉效率，实际床温应控制在885-890℃左右。实际运行中，锅炉床温在此温度范围内即使波动几度，烟气中的SO2浓度也会大幅上升。
（二）设备缺陷
电厂石灰石投加系统设备主要由石灰石粉库、输送泵、出料阀、输送管、切换阀、炉前石灰石粉仓、旋转给料阀、石灰石风机等设备组成。在运行过程中，石灰石物料是由0.7MPa压缩空气输送至炉前石灰石粉仓。石灰石输送泵、输送管长期处在被石灰石粉冲刷的工作环境下。因此，运行中出现了石灰石输送泵内部空气管线脱落、管道金属膨胀节及管道弯头等处被磨穿导致石灰石系统被迫停运检修。炉前石灰石粉仓一旦出现断粉，锅炉烟气SO2浓度就会超标。
此外，由于石灰石粉内部存在杂物以及颗粒过大也会造成石灰石给料阀卡跳或石灰石粉仓搭桥下粉不畅，均会导致烟气中SO2浓度超标。在卡跳的石灰石给料机里，检修人员曾清理出焊条、螺栓、钢筋、铁丝等杂物。
电厂动力站在投产初期采用的烟气在线分析系统（CEMS）是“一拖三”模式，一套分析仪轮换测量三台锅炉中的一台锅炉烟气，每台锅炉每小时只轮到一次，测量时间为25分钟，在这25分钟之内其余两台锅炉的烟气无法实时监测，不能给运行人员提供准确参考。另外，原系统采样点选择不合理，例如：2#炉烟气采样点在联通烟道上，取到的是2#炉和3#炉的混合烟气。
运行过程中，CEMS还曾出现表计探头进水汽、检测回路故障或取样管线反吹堵等，将使分析仪的分析数据显示异常，给运行人员调整造成误导。
（三）物料特性的影响
由于电厂煤源来自多个煤矿，煤质差异较大。进厂煤通过碎煤、输煤系统后被输送到锅炉原煤仓。有些进厂煤的硫分值较高，如果锅炉运行人员未能及时掌握此项参数，入炉石灰石给料量不能及时跟随煤质的变化而调整也会造成锅炉烟气SO2浓度超标。
此外，石灰石纯度、粒度发生变化后，在给料量不变的情况下也直接影响着CFB锅炉的脱硫效果，从而影响到烟气SO2的浓度。
二、减少SO2超标的措施
《新环境保护法》明确规定，企业事业单位和其他生产经营者应当防止、减少环境污染和生态破坏，对所造成的损害依法承担责任。
电厂在废气排放控制中，树立节能减排及环保优先的精神和理念，针对以上导致超标的各因素，制定了针对性的措施来解决SO2超标问题。
（一） 运行管理措施
电厂主蒸汽系统为母管制，机组采用定压运行，机炉协调控制系统未投用。稳定床温是有效控制SO2排放超标的关键，而负荷波动是影响床温的主要因素。为了消除此因素，电厂工程技术人员对锅炉运行方式进行调整，即：规定其中一台锅炉为调整炉，其余锅炉为非调整炉，带固定负荷运行。同时为保证CFB锅炉的长周期运行，以十天为一周期，十天后轮换至下一台锅炉为调整炉。调整炉负责短时、小幅调整汽负荷，非调整炉只有在外界汽电负荷大幅波动时才参与调整。另外，要求调整炉在加负荷前增加石灰石投给量，控制烟气SO2浓度保持在较低水平。
加强运行人员的培训和异常原因分析，不断提升操作技术水平，将SO2超标次数作为考核指标之一，促使操作人员精心操作调整，确保在给煤机消缺或者给煤机因断煤发生异常启停时，仍能保证SO2在合格范围内。
（二）设备检修管理及改造措施
1.设备检修管理
定期检查、更换压缩空气管线、耐磨弯头和金属膨胀节等处；选用符合石灰石物料特性的出料阀，避免阀门卡涩，提高石灰石系统设备的运行周期，将石灰石系统设备由被迫消缺向主动预防性消缺转变。同时，不断总结故障原因，提高检修质量，缩短检修时间。做好石灰石输送系统和炉前石灰石粉仓检修时的现场监督，确保检修过程中无杂物进入输送系统。 环境监测为制定科学严格的排放提供了重要保障。测定环境空气中SO2的方法分为甲醛缓冲溶液吸收—盐酸副玫瑰苯胺分光光度法和四氯汞钾溶液吸收—盐酸副玫瑰苯胺分光光度法。按照国家环境保护总局监测规范的要求，电厂制定了《环境在线监测及环保设施管理规定》，落实对烟气在线分析系统（CEMS）进行日常巡检、维护保养、定期校准和校验等责任和设备异常处理程序，确保烟气在线分析系统设备完好、可靠和数据准确。
2.设备改造方面
在设备改造方面，在石灰石粉库的进口管线处加装一圆形网篦，其内有1×9cm的长方形孔，在外来石灰石粉车向粉库充粉时，既保证进粉速度又能使大颗粒的杂物尽可能被过滤，避免大颗粒杂物卡跳石灰石给料阀和磨损石灰石输送管线。
采用新的烟气在线分析系统（CEMS）数据实时性大为提高。新的烟气在线分析系统（CEMS）系统采用“一拖一”模式，每台锅炉对应一套分析仪测量锅炉烟气，且测量数据直接传送至锅炉DCS监控画面，数据实时性、可靠性大为提高。新系统重新选取采样点，将取样点布置在每台锅炉引风机的烟气出口处（联通烟道之前），保证测量数据真实反应被测炉烟气的各项指标。
此外，还对炉前石灰石粉仓流化风系统和煤仓氮气炮用氮气系统进行了改造。原石灰石粉仓流化用压缩空气与煤仓空气炮用压缩空气为同一来源，因原煤仓在使用空气炮过程中存在煤仓自燃的风险，所有一直未投用。经过改造后的石灰石粉仓流化用压缩空气与煤仓空气炮用压缩空气汽源相互分离，石灰石粉仓流化风能够长期可靠投用，粉仓搭桥出现断粉的问题已经消除。
（三） 物料控制及监测措施
影响CFB锅炉脱硫效率的主要因素有Ca/S摩尔比、床温、脱硫剂（石灰石）粒度、煤质等。
由Ca/S摩尔比计算公式：
及相关文献①中的试验数据可知，当床层高度为1m，流化速度为2.5m/s，床温为825℃时，随着Ca/S摩尔比的增加，脱硫效率增加，Ca的利用率降低。Ca/S摩尔比为3～5时，脱硫效率为75%～90%，Ca的利用率为20%～18%。而电厂石灰石日耗量150吨以内，CaCO3纯度95%，日耗煤量：5000吨，硫分：0.7%，依此计算，在保证达标排放的前提下我厂实际最大Ca/S摩尔比≈3.25。
根据相关文献②可知，石灰石粒径大于一定值之后，随着粒径的加大，石灰石的比表面积减小，导致反应性降低，脱硫效率下降。但是粒径若大于某一更高值时，粒子在燃烧室内的停留时间加长，它对脱硫的作用大于反应性减小的作用，所以脱硫效率又提高。然而粒径倘若大于某一临界尺寸时，脱硫效率达到最大值之后，由于反应孔道被CaSO4堵塞，脱硫效率又随着尺寸的加大而降低。
为此我们从石灰石的源头着手，考察供料厂筛分工具投运情况，确保石灰石物料粒度满足设计要求且物料中不含杂物。制定《规范石灰石物料输送管理要求》，进一步规范了锅炉石灰石上粉量，保证锅炉炉前石灰石粉仓时刻处于高料位，防止运行过程因石灰石粉中断而导致烟气SO2排放超标。
另外，分析人员在发现煤质和石灰石粉质变化较大时，及时要求通过运行人员可以预先控制石灰石给料量，避免因煤质和石灰石粉质的突变导致烟气SO2浓度超标。
三、结论
自严格执行上述控制措施以来，电厂CFB锅炉烟气SO2浓度超标的次数大幅减少，取#1锅炉的烟气SO2浓度作为对比：
图1 执行措施前的#1炉烟气SO2浓度曲线
从上图1可以看出，在2013年时，#1炉在10天里出现了16次的烟气SO2排放超标。
图2 执行措施后的#1炉烟气SO2浓度曲线
从图2可以看出，执行规定后的#1炉在10天里没有出现SO2超标（指标：SO2﹤400㎎/m3），超标次数大幅下降。经过各部门、装置相关人员全年的不懈努力，电厂CFB锅炉烟气SO2排放超标的现象大幅减少，电厂动力站2014年全年SO2减排约21943吨，同时石灰石日耗量也由以前的300吨降至目前的250吨以下。
四、结束语
以上是我在电厂实习期间，与工程技术人员一起对CFB锅炉控制SO2排放超标准所遇到的一些问题和控制措施，主要是电厂领导和管理人员做了大量工作，我主要是把所学的对空气污染监测技术和方法融入到其中，为CFB锅炉的安全、可靠、清洁运行提供了一定的参考。修订后的《环保法》强化了企业污染防治责任，加大了对环境违法行为的法律制裁；国家建立、健全了环境监测制度，加强对环境监测的管理，建立环境与健康监测、开展环境质量对公众健康影响的研究；国家支持企业优先使用清洁能源，采用先进工艺、设备把污染物排放量降到最低。做为一名学环境工程的大学生能把自己所学的专业知识在实践中得以运用，为环境保护作工作一点贡献，也是我责任使然。
注释：
①此处试验数据摘自电厂《循环流化床锅炉运行及事故处理》
②此处内容参考自电厂《循环流化床锅炉运行及事故处理》
参考文献：
[1]丁枚.孟亚莉.空气和废气监测分析方法[J].北京：中国环境科学出版社，2003.
[2]陈文林.火电厂脱硫烟气在线监测系统运行中须注意的问题[J].节能与环保杂志，2011.