燃煤電廠煙氣脫硫設(shè)施運(yùn)行環(huán)保監(jiān)督探討

摘要：從燃煤電廠脫硫設(shè)施運(yùn)行的實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合脫硫設(shè)施日常運(yùn)行維護(hù)及管理，分析影響煙氣脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的因素，找出脫硫系統(tǒng)運(yùn)行中容易出現(xiàn)的異常情況，確定燃煤電廠脫硫設(shè)施日常環(huán)保監(jiān)督管理工作的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠；脫硫設(shè)施；環(huán)保監(jiān)督

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）12-0258-02

我國是一個(gè)以消耗煤炭為主的工業(yè)大國，隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，直接用于燃燒的煤炭數(shù)量日益增加，據(jù)中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的煤炭經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況顯示，2013年上半年全國煤炭消費(fèi)量為19.3億噸。煤炭燃燒過程中將產(chǎn)生SO2、NOX、CO2等污染物，煤炭燃燒產(chǎn)生的廢氣中大量的污染物排出將對(duì)周邊空氣質(zhì)量乃至整個(gè)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。在煤炭燃燒產(chǎn)生的污染物中SO2占有相當(dāng)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(diǎn)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(fā)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(huán)流化床煙氣脫硫工藝、爐內(nèi)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(yīng)性強(qiáng)、機(jī)組容量適用范圍廣、技術(shù)成熟穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在燃煤發(fā)電機(jī)組中被廣泛應(yīng)用，在此以石灰石—石膏法煙氣脫硫工藝為例進(jìn)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(yīng)生成CaSO3，并與氧氣進(jìn)一步反應(yīng)生成CaSO4·2H2O。反應(yīng)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(tǒng)性能參數(shù)

脫硫效率≥90%；出口煙溫：50℃（不設(shè)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(shí)間：5500h；使用壽命：30a；廠用電率：0.9%～1.25%。

三、脫硫系統(tǒng)中的主要設(shè)備及其作用

增壓風(fēng)機(jī)用于克服脫硫裝置的煙氣阻力，將原煙氣引入脫硫系統(tǒng)，并穩(wěn)定鍋爐引風(fēng)機(jī)出口壓力的設(shè)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(huán)保監(jiān)督中將旁路煙氣擋板作為重點(diǎn)檢查對(duì)象。吸收塔是煙氣中SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備。漿液循環(huán)泵是向脫硫系統(tǒng)提供石灰石漿液的設(shè)備。氧化風(fēng)機(jī)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(jìn)行攪動(dòng)，防止石灰石漿液沉淀的裝置除霧器是分離經(jīng)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(xù)分析儀（簡(jiǎn)稱CEMS）是對(duì)吸收塔進(jìn)、出口煙氣中的污染物濃度和煙氣溫度、濕度等參數(shù)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)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(zhì)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(zhì)；廢水排放量；煙氣中煙塵濃度；煙氣溫度以及測(cè)量儀表等。

2.全煙氣脫硫工況下的煙氣流程

由鍋爐引風(fēng)機(jī)出口來的煙氣進(jìn)入原煙氣煙道，經(jīng)過增壓風(fēng)機(jī)升壓后進(jìn)入脫硫吸收塔，在吸收塔內(nèi)與脫硫劑進(jìn)行充分接觸脫硫凈化后，經(jīng)除霧器除去水霧后進(jìn)入凈煙氣煙道，然后經(jīng)煙囪排向大氣。

3.非正常工況下的煙氣流程

脫硫系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，由鍋爐來的原煙氣全部或部分通過煙氣旁路經(jīng)煙囪排入大氣，此時(shí)煙氣未實(shí)施全脫硫。按照規(guī)定電廠應(yīng)及時(shí)向環(huán)保部門進(jìn)行異常申報(bào)，否則將認(rèn)定為偷排行為。

4.脫硫煙氣旁路取消后的運(yùn)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(shè)施發(fā)生故障停運(yùn)將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組被迫停止運(yùn)行。

五、脫硫系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)督參數(shù)

1.脫硫系統(tǒng)運(yùn)行控制參數(shù)

增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)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(zhì)。

2.脫硫系統(tǒng)運(yùn)行記錄參數(shù)

機(jī)組負(fù)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(fēng)機(jī)電流；增壓風(fēng)機(jī)和漿液循環(huán)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(tǒng)主要設(shè)備缺陷與分析

1.磨損與腐蝕造成的缺陷

脫硫系統(tǒng)中輸送介質(zhì)的特性決定了腐蝕和磨損是威脅脫硫系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要原因之一。脫硫系統(tǒng)主要在噴咀、轉(zhuǎn)動(dòng)部件、管道內(nèi)壁等處易發(fā)生腐蝕和磨損。

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

（2）發(fā)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(tǒng)產(chǎn)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(tǒng)磨損的主要原因。有時(shí)因電除塵器的電場(chǎng)部分停運(yùn)或故障使得除塵效率不高，含較高濃度煙（粉）塵（設(shè)計(jì)煙塵濃度一般<100mg/Nm3）的煙氣直接引入脫硫系統(tǒng)進(jìn)一步加劇對(duì)系統(tǒng)的磨損，同時(shí)煙（粉）塵超標(biāo)將導(dǎo)致脫硫副產(chǎn)品石膏品質(zhì)下降。

2.發(fā)電廠主機(jī)組對(duì)煙氣脫硫系統(tǒng)的影響

煙氣脫硫系統(tǒng)已逐漸成為火電廠生產(chǎn)的重要組成部分。但是，從燃煤電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度出發(fā)，脫硫系統(tǒng)本身的故障不能影響主機(jī)組的運(yùn)行，一般當(dāng)脫硫系統(tǒng)本身發(fā)生故障時(shí)開啟煙氣旁路擋板門退出脫硫系統(tǒng)，保證主機(jī)正常運(yùn)行。因此，設(shè)有煙氣旁路的燃煤電廠很難實(shí)現(xiàn)100%的脫硫投運(yùn)率。

3.入爐煤質(zhì)對(duì)脫硫系統(tǒng)的影響

入爐煤的灰分、硫分變化對(duì)脫硫系統(tǒng)的影響很大。很多火電企業(yè)為降低生產(chǎn)成本，在生產(chǎn)中燃用劣質(zhì)煤，入爐煤硫分、灰分遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值，為防止SO2濃度超標(biāo)排放，脫硫系統(tǒng)只能超負(fù)荷運(yùn)行，同時(shí)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(tǒng)的腐蝕和磨損。

4.主要設(shè)備故障分析

（1）增壓風(fēng)機(jī)常見的故障（如風(fēng)機(jī)軸承溫度高、潤滑油泵故障、振動(dòng)超標(biāo)、增壓風(fēng)機(jī)電機(jī)故障以及保護(hù)誤動(dòng)等）都將導(dǎo)致增壓風(fēng)機(jī)異常停運(yùn)。

（2）循環(huán)泵多由軸承溫度高、減速器故障、振動(dòng)超標(biāo)、冷卻水中斷等導(dǎo)致異常停運(yùn)。

（3）氧化風(fēng)機(jī)主要由于振動(dòng)超標(biāo)、軸承溫度高、冷卻水系統(tǒng)故障以及電機(jī)溫度高等故障造成異常停運(yùn)。

（4）攪拌器主要由于設(shè)備質(zhì)量和磨損等造成葉片斷裂等。

（5）吸收塔內(nèi)部件故障主要有噴嘴堵塞、噴嘴脫落、噴淋水等對(duì)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(tǒng)環(huán)保監(jiān)督管理

1.通過CEMS系統(tǒng)進(jìn)行檢查

CEMS必須選用國家環(huán)保部認(rèn)證產(chǎn)品，CEMS安裝必須符合《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T75-2007）有關(guān)規(guī)定。

（1）CEMS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析。通過對(duì)CEMS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)檢查分析來判斷CEMS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。如：通過入爐煤化驗(yàn)單中的硫分可判斷CEMS監(jiān)測(cè)的原煙氣SO2濃度是否準(zhǔn)確（1%的硫分對(duì)應(yīng)的原煙氣中SO2濃度為2200～2400mg/Nm3）。

（2）檢查CEMS數(shù)據(jù)的有效傳輸。CEMS分析儀通過硬接線分別與數(shù)采儀和脫硫DCS連接，數(shù)采儀再通過無線傳輸方式將CEMS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)江h(huán)保部門的監(jiān)控信息中心。定期與環(huán)保部門監(jiān)控中心聯(lián)系對(duì)收到的數(shù)據(jù)與CEMS小室工控機(jī)電腦進(jìn)行比對(duì)，判斷CEMS傳輸系統(tǒng)是否正常有效。

2.檢查旁路擋板的嚴(yán)密性

脫硫煙氣旁路擋板是環(huán)保重點(diǎn)檢查的對(duì)象。在正常運(yùn)行期間，通過檢查DCS畫面上旁路擋板的顯示狀態(tài)、煙氣出口溫度以及到現(xiàn)場(chǎng)擋板處實(shí)際查看擋板的位置狀態(tài)來確定旁路擋板是否關(guān)閉嚴(yán)密。對(duì)于無GGH的脫硫系統(tǒng)，凈煙氣溫度為50℃左右，如果凈煙氣溫度異常升高，在機(jī)組負(fù)荷不變的情況下可判定旁路擋板可能關(guān)閉不嚴(yán)密。小型機(jī)組一般旁路擋板只有一塊，對(duì)于600MW及以上發(fā)電機(jī)組旁路擋板分為上、下兩塊擋板，一塊為開關(guān)型，一塊為調(diào)節(jié)型。

3.通過設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的檢查判斷脫硫系統(tǒng)運(yùn)行是否正常

（1）通過物料衡算法計(jì)算判斷是否全煙氣脫硫。

選擇機(jī)組運(yùn)行中某一時(shí)段的數(shù)據(jù)（發(fā)電量、耗煤量、對(duì)應(yīng)時(shí)段的入爐煤硫分），利用物料衡算法計(jì)算SO2的脫除量等，計(jì)算公式如下：

SO2脫除量=燃煤消費(fèi)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(zhuǎn)換為SO2的系數(shù)。

石灰石耗用量計(jì)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(tǒng)鈣硫比。

通過計(jì)算出的脫硫劑石灰石用量與實(shí)際消耗量進(jìn)行比較，如果實(shí)際消耗的石灰石量遠(yuǎn)小于計(jì)算所得的消耗量，可初步判斷該時(shí)段未實(shí)施全煙氣脫硫，進(jìn)一步對(duì)該時(shí)段脫硫增壓風(fēng)機(jī)、旁路擋板等設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行檢查，最后確定脫硫系統(tǒng)運(yùn)行是否正常。

（2）通過檢查增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)判斷脫硫系統(tǒng)是否正常運(yùn)行。增壓風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行是濕法脫硫系統(tǒng)投運(yùn)正常的重要依據(jù)之一。不同機(jī)組負(fù)荷下增壓風(fēng)機(jī)電流是不同的，如果在相同負(fù)荷、入爐煤質(zhì)變化不大的情況下，增壓風(fēng)機(jī)電流異常變化較大，可以判斷為脫硫裝置異常運(yùn)行，風(fēng)機(jī)電流明顯減小，可能是旁路擋板關(guān)閉不嚴(yán)，存在泄漏現(xiàn)象。

（3）檢查漿液循環(huán)泵運(yùn)行參數(shù)。重點(diǎn)檢查漿液循環(huán)泵的電流、出口壓力。當(dāng)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(huì)導(dǎo)致脫硫效率降低。

（4）檢查其他輔助設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。吸收塔內(nèi)石灰石漿液pH值正常應(yīng)保持在5.0～5.8，過低的pH值對(duì)脫硫效率影響很大。一般情況下石灰石供漿系統(tǒng)處于連續(xù)運(yùn)行，當(dāng)pH值高于5.8時(shí)供漿系統(tǒng)可間斷運(yùn)行。在石灰石供漿系統(tǒng)運(yùn)行正常的情況，吸收塔內(nèi)石灰石漿液pH值仍較低，應(yīng)盡快查找原因進(jìn)行排除，以免影響脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

檢查石膏漿液密度是否在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，如果石膏漿液密度異常升高，應(yīng)檢查石膏脫水系統(tǒng)運(yùn)行是否正常，真空皮帶脫水機(jī)是否停運(yùn)。如石膏脫水系統(tǒng)運(yùn)行正常，則應(yīng)全面對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行檢查，是否由于入爐煤硫分升高等原因引起。

5.歷史數(shù)據(jù)查閱與管理的檢查

脫硫系統(tǒng)作為環(huán)保部門對(duì)火電廠重點(diǎn)檢查的環(huán)保設(shè)施之一，脫硫系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)及歷史數(shù)據(jù)必須隨時(shí)可查閱，對(duì)于脫硫系統(tǒng)、在線歷史數(shù)據(jù)必須隨機(jī)可調(diào)閱1年的數(shù)據(jù)，即脫硫控制室DCS上脫硫率、煙氣流量、風(fēng)機(jī)電流、循環(huán)泵電流以及各污染物濃度等重要數(shù)據(jù)必須至少保存1年的記錄（CEMS小室工控機(jī)電腦內(nèi)同樣必須至少保存1年的數(shù)據(jù)）。脫硫系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)要定期拷貝出來進(jìn)行保存，保存時(shí)間不得少于3年。環(huán)保部門對(duì)脫硫歷史數(shù)據(jù)的保存已經(jīng)制度化，對(duì)于數(shù)據(jù)缺失企業(yè)的考核非常嚴(yán)厲。

八、結(jié)束語

隨著《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223—2011）的頒布以及國家“十二五”污染減排規(guī)劃的公布，SO2將作為我國“十二五”期間重點(diǎn)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(yán)格的環(huán)保政策的要求下進(jìn)一步完善內(nèi)部的環(huán)保監(jiān)督管理體系，另一方面按照環(huán)保部門要求逐步取消了脫硫煙氣旁路，實(shí)現(xiàn)了脫硫設(shè)施100%投運(yùn)，并將脫硫系統(tǒng)納入電廠主要設(shè)備管理范圍，加強(qiáng)了脫硫設(shè)施運(yùn)行管理，大大提高了脫硫系統(tǒng)的可靠性，從根本上杜絕了SO2偷排現(xiàn)象，保證了脫硫設(shè)施的規(guī)范運(yùn)行。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）