关于王家岭综合利用电厂烟气SO2超低排放改造的技术探讨
易少雷 王萌
摘要：本文主要介绍了王家岭电厂循环流化床锅炉达到SO2超低排放做出的工作，通过化验锅炉燃烧后的灰、渣的成分分析，锅炉在燃烧煤泥以及洗混煤过程中存在自脱硫的现象，最终超低排放通过了专家组的现场验收。
关键词：循环流化床锅炉；煤泥和洗混煤；自脱硫；超低排放
中图分类号：X131.1 文献标识码：A 文章编号：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年山西省環保部门对发电企业的污染物排放做出了严格要求，对SO2、NOX以及烟尘的超标时段进行了严格处罚，同时山西省电力公司还要求全省燃煤电厂在2018年1月1日前进行超低排放改造，未进行改造的电厂全部关停。面对这种严峻的形势，我电厂就针对现有污染物SO2的排放指标进行了超低排放改造方案的分析、确定与实施。
1 电厂主要情况简介
（1）王家岭综合利用电厂是山西中煤华晋能源有限责任公司的配套项目，建设主要目的是为消耗选煤厂洗选副产品煤泥和洗混煤（洗中煤和煤矸石）。1#机组于2013年4月18日4时，2#机组于2013年3月12日15时30分进入商业运营阶段。
（2）锅炉参数。锅炉为上海锅炉厂有限公司2台220t/h循环流化床锅炉，参数如下：
锅炉型式：单汽包自然循环、采用旋风分离器、高温回灰、固态排渣、平衡通风、全钢结构、露天布置高温高压循环流化床锅炉。
型号： SG-220/9.81-M690
额定蒸发量： 220t/h
过热蒸汽压力： 9.81MPa.g
过热蒸汽温度： 540℃
给水温度： 220℃
空预器出口一、二次风温： 200/200℃
锅炉采用炉内石灰石粉脱硫，脱除率88%以上。
煤泥通过煤泥管道泵送至锅炉顶部，洗混煤通过称重式皮带机输送至锅炉。
2 煤质情况分析
锅炉燃烧采用选煤厂的洗混煤和煤泥，混煤比例为煤泥∶洗混煤=6∶4。设计煤质中收到基硫含量是0.47%，而2017年按照混煤比例为煤泥∶洗混煤=2∶1进行核算，实际燃用煤质为：全水Mt 18.11%、空气干燥基水Mad 0.40%、空干基全硫St，ad 0.38%、固定碳FC 35.02%、空气干燥基灰分Aad 48.24%、空气干燥基挥发分Vad 16.30%、收到基低位发热量Qnet.ar11.34MJ/kg。
3 SO2排放指标
河津市环境保护监测站于2015年2月10日对我电厂污染源烟气排放连续在线监测系统进行了技术比对监测，并且出具了固定污染源烟气自动监测设备比对监测报告，确认了CEMS设备安装位置以及测量数据的精确度符合国家标准。
根据运城市环境保护局的监测数据，2015年至2017年电厂的SO2污染源监督性监测结果：山西中煤华晋能源有限责任公司综合利用电厂的2*220t/h锅炉烟囱总排口平均SO2为实测13.6mg/Nm3，折算浓度12.8mg/Nm3。在电厂内部自行对环保数据的监测中，2015-2017年期间的监测数据SO2平均为实测12mg/Nm3，折算浓度9.94mg/Nm3，而2017年的监测数据基本为0值。
4 超低排放的方案确定
循环流化床锅炉较其他炉型具有突出优势，就是SO2的低原始产生量，当然用含钙量较高的煤矸石时将更加明显，尤其是煤矸石中Ca/S大于2时，将会得到最大体现，这将大大降低石灰石投入量。
循环化床锅炉的工作温度是830～900℃，在此温度下石灰石可充分发生焙烧反应，使CaCO3分解为CaO，CaO与煤燃烧产生的SO2进行化学反应，生成CaSO4，以固体形式排出达到脱硫的目的。石灰石脱硫反应方程：
因此循环流化床锅炉可实现炉内高效脱硫，炉内喷钙设备、系统投资远低于炉外脱硫系统投资，其低成本的脱硫也是循环硫化床锅炉独有的特点。根据国家环保减排关于SO2排放的计算公式，计算公式如下：
式中，2为1mol的S可转化为2mol的SO2（常数），0.85为硫分转化为SO2的转化率（常数），S为燃料中的硫分，%；B为燃煤量，t；A为烟气量由在线监测设备提供，m3/h；E为SO2理论产生量，t。
由化学式可知，1t的CaO可与1.14t的SO2发生反应，即使考虑到煤矸石的破碎粒度及其他原因造成的反应不完全，也可得知燃料中的CaO必定会降低SO2的初始浓度，即具有自脱硫能力。
根据环保部门的测量数据，我电厂的烟气二氧化硫排放浓度长期保持在35mg/Nm3以下，达到了大气污染物超低排放的标准。为探明SO2排放低的原因，电厂组织专业人员进行认真分析，咨询锅炉厂家和相关行业专家，查找了大量资料，并对煤、灰、渣进行分析[1]。入炉煤种经过有资质的单位化验，折算后的成分为：低位发热量1.135×104kJ/kg、硫份为0.37%、灰分为48.45%。经山西省水泥产品质量监督检验站的化学分析，灰的化学分析检验报告如下：
灰：SiO244.69%、Fe2O36.95%、铝钛合量30.46%、CaO 7.08%、MgO 1.21%、烧矢量5.18%、合量95.57%；渣：SiO244.21%、Fe2O3 5.99%、铝钛合量28.27%、CaO 10.85%、MgO 1.69%、烧矢量4.98%、合量95.99%；灰渣混合：SiO2 42.07%、Fe2O3 5.24%、铝钛合量29.47%、CaO 8.86%、MgO 1.32%、烧矢量4.82%、合量91.78%。
由上述检验报告可知，灰渣中含有大量的CaO和MgO等成分，CaO和MgO的含量总和超过10%，相当于燃料燃烧后有自脱硫作用，炉内加入少量石灰石粉，就能提高循環流化床的脱硫效率，这与陕西华电瑶池发电有限公司两台200 MW机组循环硫化床锅炉具有相同的锅炉燃烧特性[2]。无论是在电厂内部环保监测数据中，还是在环保部门的环保监测数据中，SO2排放浓度不但符合现行的国家排放标准，而且可以达到超低排放的指标，可以证明我电厂的炉内确实存在自脱硫反应。
目前电厂炉内脱硫系统使用的脱硫剂为石灰石，考虑到煤质出现波动的问题，为了保证机组在全工况条件下均能达到SO2超低排放的目标，本次改造脱硫部分将炉内脱硫系统的脱硫剂从石灰石变为生石灰，增加活性提高反应效率，而且可以避免石灰石中杂质对炉内脱硫反应的阻碍，这样可以大大提高炉内脱硫的脱硫效率，加上机组的自脱硫效应，可以保证电厂维持SO2的超低排放现状；另外把石灰石喷口由原来的下级二次风改到上级二次风[3]。
5 超低排放结果
第三方监测机构于2017年12月25日到26日完成了对我电厂2#机组的超低排放改造在线验收工作，并出具了监测报告，于2018年1月27日顺利通过了专家组的现场验收，验收结论为：山西中煤华晋能源有限责任公司王家岭综合利用电厂2#机组经烟气超低排放脱硫、脱销及除尘设施改造后满足《山西省人民政府办公厅关于推进全省燃煤机组超低排放实施意见》中第二类超低排放限值要求。1#机组目前已经完成168 h和连续30d合格的环保数据收集任务，专家组近期来现场验收[4]。
6 结论
我电厂在实际运行中SO2的排放浓度长期低于35mg/m3，这说明了循环硫化床锅炉在燃烧煤泥以及洗混煤（洗中煤和煤矸石）时，具有煤粉炉没有的自脱硫特性，并且根据Ca/S的情况，通过实际运行中，脱硫效率能达到90%～99%，个别时段足量的CaO能够使锅炉内部SO2降到很低，甚至接近“0排放”。而各个燃烧煤泥以及洗混煤的电厂均可以在此基础上探索出一条循环流化床锅炉自脱硫的燃烧方式，减少超低排放的投入以及运行成本。
参考文献
[1]李兴华，何育东.燃煤火电机组SO2超低排放改造方案研究[J].中国电力，2015，48（10）：148-151.
[2]朱杰，谢百成，王德彬，罗娟.循环流化床锅炉采用两级脱硫实现SO2超低排放的探讨[J].电力科技与环保，2010，26（4）：38-40.
[3]宋畅，刘钊，汪涛，安连锁，张永生.超低排放电厂PM，SO2，NOx及汞污染排放特征[J].华北电力大学学报（自然科学版），2017，（6）：93-99.
[4]李俊，李之栋.浅析大唐宝鸡热电厂SO2超低排放改造[J].硫酸工业，2017，（1）：33-36.
收稿日期：2018-03-20
作者简介：易少雷（1989-），本科学士学位，电厂生产技术科科员锅炉与汽机专工，助理工程师，研究方向为锅炉以及汽机管理。
摘要：本文主要介绍了王家岭电厂循环流化床锅炉达到SO2超低排放做出的工作，通过化验锅炉燃烧后的灰、渣的成分分析，锅炉在燃烧煤泥以及洗混煤过程中存在自脱硫的现象，最终超低排放通过了专家组的现场验收。
关键词：循环流化床锅炉；煤泥和洗混煤；自脱硫；超低排放
中图分类号：X131.1 文献标识码：A 文章编号：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年山西省環保部门对发电企业的污染物排放做出了严格要求，对SO2、NOX以及烟尘的超标时段进行了严格处罚，同时山西省电力公司还要求全省燃煤电厂在2018年1月1日前进行超低排放改造，未进行改造的电厂全部关停。面对这种严峻的形势，我电厂就针对现有污染物SO2的排放指标进行了超低排放改造方案的分析、确定与实施。
1 电厂主要情况简介
（1）王家岭综合利用电厂是山西中煤华晋能源有限责任公司的配套项目，建设主要目的是为消耗选煤厂洗选副产品煤泥和洗混煤（洗中煤和煤矸石）。1#机组于2013年4月18日4时，2#机组于2013年3月12日15时30分进入商业运营阶段。
（2）锅炉参数。锅炉为上海锅炉厂有限公司2台220t/h循环流化床锅炉，参数如下：
锅炉型式：单汽包自然循环、采用旋风分离器、高温回灰、固态排渣、平衡通风、全钢结构、露天布置高温高压循环流化床锅炉。
型号： SG-220/9.81-M690
额定蒸发量： 220t/h
过热蒸汽压力： 9.81MPa.g
过热蒸汽温度： 540℃
给水温度： 220℃
空预器出口一、二次风温： 200/200℃
锅炉采用炉内石灰石粉脱硫，脱除率88%以上。
煤泥通过煤泥管道泵送至锅炉顶部，洗混煤通过称重式皮带机输送至锅炉。
2 煤质情况分析
锅炉燃烧采用选煤厂的洗混煤和煤泥，混煤比例为煤泥∶洗混煤=6∶4。设计煤质中收到基硫含量是0.47%，而2017年按照混煤比例为煤泥∶洗混煤=2∶1进行核算，实际燃用煤质为：全水Mt 18.11%、空气干燥基水Mad 0.40%、空干基全硫St，ad 0.38%、固定碳FC 35.02%、空气干燥基灰分Aad 48.24%、空气干燥基挥发分Vad 16.30%、收到基低位发热量Qnet.ar11.34MJ/kg。
3 SO2排放指标
河津市环境保护监测站于2015年2月10日对我电厂污染源烟气排放连续在线监测系统进行了技术比对监测，并且出具了固定污染源烟气自动监测设备比对监测报告，确认了CEMS设备安装位置以及测量数据的精确度符合国家标准。
根据运城市环境保护局的监测数据，2015年至2017年电厂的SO2污染源监督性监测结果：山西中煤华晋能源有限责任公司综合利用电厂的2*220t/h锅炉烟囱总排口平均SO2为实测13.6mg/Nm3，折算浓度12.8mg/Nm3。在电厂内部自行对环保数据的监测中，2015-2017年期间的监测数据SO2平均为实测12mg/Nm3，折算浓度9.94mg/Nm3，而2017年的监测数据基本为0值。
4 超低排放的方案确定
循环流化床锅炉较其他炉型具有突出优势，就是SO2的低原始产生量，当然用含钙量较高的煤矸石时将更加明显，尤其是煤矸石中Ca/S大于2时，将会得到最大体现，这将大大降低石灰石投入量。
循环化床锅炉的工作温度是830～900℃，在此温度下石灰石可充分发生焙烧反应，使CaCO3分解为CaO，CaO与煤燃烧产生的SO2进行化学反应，生成CaSO4，以固体形式排出达到脱硫的目的。石灰石脱硫反应方程：
因此循环流化床锅炉可实现炉内高效脱硫，炉内喷钙设备、系统投资远低于炉外脱硫系统投资，其低成本的脱硫也是循环硫化床锅炉独有的特点。根据国家环保减排关于SO2排放的计算公式，计算公式如下：
式中，2为1mol的S可转化为2mol的SO2（常数），0.85为硫分转化为SO2的转化率（常数），S为燃料中的硫分，%；B为燃煤量，t；A为烟气量由在线监测设备提供，m3/h；E为SO2理论产生量，t。
由化学式可知，1t的CaO可与1.14t的SO2发生反应，即使考虑到煤矸石的破碎粒度及其他原因造成的反应不完全，也可得知燃料中的CaO必定会降低SO2的初始浓度，即具有自脱硫能力。
根据环保部门的测量数据，我电厂的烟气二氧化硫排放浓度长期保持在35mg/Nm3以下，达到了大气污染物超低排放的标准。为探明SO2排放低的原因，电厂组织专业人员进行认真分析，咨询锅炉厂家和相关行业专家，查找了大量资料，并对煤、灰、渣进行分析[1]。入炉煤种经过有资质的单位化验，折算后的成分为：低位发热量1.135×104kJ/kg、硫份为0.37%、灰分为48.45%。经山西省水泥产品质量监督检验站的化学分析，灰的化学分析检验报告如下：
灰：SiO244.69%、Fe2O36.95%、铝钛合量30.46%、CaO 7.08%、MgO 1.21%、烧矢量5.18%、合量95.57%；渣：SiO244.21%、Fe2O3 5.99%、铝钛合量28.27%、CaO 10.85%、MgO 1.69%、烧矢量4.98%、合量95.99%；灰渣混合：SiO2 42.07%、Fe2O3 5.24%、铝钛合量29.47%、CaO 8.86%、MgO 1.32%、烧矢量4.82%、合量91.78%。
由上述检验报告可知，灰渣中含有大量的CaO和MgO等成分，CaO和MgO的含量总和超过10%，相当于燃料燃烧后有自脱硫作用，炉内加入少量石灰石粉，就能提高循環流化床的脱硫效率，这与陕西华电瑶池发电有限公司两台200 MW机组循环硫化床锅炉具有相同的锅炉燃烧特性[2]。无论是在电厂内部环保监测数据中，还是在环保部门的环保监测数据中，SO2排放浓度不但符合现行的国家排放标准，而且可以达到超低排放的指标，可以证明我电厂的炉内确实存在自脱硫反应。
目前电厂炉内脱硫系统使用的脱硫剂为石灰石，考虑到煤质出现波动的问题，为了保证机组在全工况条件下均能达到SO2超低排放的目标，本次改造脱硫部分将炉内脱硫系统的脱硫剂从石灰石变为生石灰，增加活性提高反应效率，而且可以避免石灰石中杂质对炉内脱硫反应的阻碍，这样可以大大提高炉内脱硫的脱硫效率，加上机组的自脱硫效应，可以保证电厂维持SO2的超低排放现状；另外把石灰石喷口由原来的下级二次风改到上级二次风[3]。
5 超低排放结果
第三方监测机构于2017年12月25日到26日完成了对我电厂2#机组的超低排放改造在线验收工作，并出具了监测报告，于2018年1月27日顺利通过了专家组的现场验收，验收结论为：山西中煤华晋能源有限责任公司王家岭综合利用电厂2#机组经烟气超低排放脱硫、脱销及除尘设施改造后满足《山西省人民政府办公厅关于推进全省燃煤机组超低排放实施意见》中第二类超低排放限值要求。1#机组目前已经完成168 h和连续30d合格的环保数据收集任务，专家组近期来现场验收[4]。
6 结论
我电厂在实际运行中SO2的排放浓度长期低于35mg/m3，这说明了循环硫化床锅炉在燃烧煤泥以及洗混煤（洗中煤和煤矸石）时，具有煤粉炉没有的自脱硫特性，并且根据Ca/S的情况，通过实际运行中，脱硫效率能达到90%～99%，个别时段足量的CaO能够使锅炉内部SO2降到很低，甚至接近“0排放”。而各个燃烧煤泥以及洗混煤的电厂均可以在此基础上探索出一条循环流化床锅炉自脱硫的燃烧方式，减少超低排放的投入以及运行成本。
参考文献
[1]李兴华，何育东.燃煤火电机组SO2超低排放改造方案研究[J].中国电力，2015，48（10）：148-151.
[2]朱杰，谢百成，王德彬，罗娟.循环流化床锅炉采用两级脱硫实现SO2超低排放的探讨[J].电力科技与环保，2010，26（4）：38-40.
[3]宋畅，刘钊，汪涛，安连锁，张永生.超低排放电厂PM，SO2，NOx及汞污染排放特征[J].华北电力大学学报（自然科学版），2017，（6）：93-99.
[4]李俊，李之栋.浅析大唐宝鸡热电厂SO2超低排放改造[J].硫酸工业，2017，（1）：33-36.
收稿日期：2018-03-20
作者简介：易少雷（1989-），本科学士学位，电厂生产技术科科员锅炉与汽机专工，助理工程师，研究方向为锅炉以及汽机管理。
