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摘 要：通过分析动力厂供暖车间中心锅炉房热水锅炉的脱硫除尘系统的各个工艺段，找出现场存在的工艺缺陷，进行分析后在现有的工艺系统基础上进行了局部的优化改造。使脱硫用的片碱使用的有效使用率得到提高，又提高了中心锅炉房的脱硫除尘效率，从而减少污染物排放，达到乌鲁木齐地区环保部门的排放要求。
关键词：锅炉、烟气、脱硫除尘
中图分类号：TK223文献标识码： A
1前言
中国石油乌鲁木齐石化公司动力厂锅炉车间承担着乌石化地区161万平方米的供暖任务。位于生活区的中心锅炉房有1台46MW、1台29MW、5台14MW的热水链条锅炉，总供热负荷为145MW。乌石化热电联产项目于2011年11月份正式投入运行，取代中心锅炉房供热负荷，目前中心锅炉房已经作为供暖期的备用调峰炉。但是，随着乌鲁木齐地区锅炉烟气排放的环保指标不断提高，锅炉车间原有的锅炉烟气脱硫除尘设施已经不能满足达标排放的要求。为了使中心锅炉房在供热期调峰时，能够由备用状态转为运行状态时烟气达标排放，在现有的锅炉烟气脱硫除尘系统上进行局部的优化改造，以较小的经济投入，实现锅炉烟气达标排放，减少乌石化地区污染物的目的。
2现状分析
中心锅炉房脱硫除尘系统的原理是：通过人工加入片碱(NaOH)至溶解搅拌池，在溶解搅拌池内由除尘水溶解后形成碱液，同由除尘器内出来的除尘水进行中和反应，然后流至沉渣池，在沉渣池内进行自然沉淀，沉积的灰渣被捞出，澄清的除尘水由除尘泵大量输送至除尘器内进行除尘脱硫，小部分输送至至搅拌池溶解片碱。
2.1 现状
2009年，乌鲁木齐地区环保指标执行《燃煤锅炉大气污染物排放标准》（DB65/2154-2004）中规定的锅炉烟气的排放指标为SO2≤400mg/m3,烟尘≤80mg/m3。在2009~2010年供暖期7个月内，每月由乌石化环保站对中心锅炉房进行一次烟气检测。结果如下表：单位：mg/m3
表12009~2010年供暖期中心锅炉房每月烟气检测结果
由图可以看出，在2009~2010年供暖期内，中心锅炉房烟气排放基本达标。
通过计算：在2009~2010年供暖期内，7#炉烟气排放平均为SO2为389mg/m3,烟尘为73mg/m3。根据燃料燃烧原理和中心锅炉房煤质化验报告进行计算，灰分为18%，全硫为1%的原煤在链条层燃炉炉膛内燃烧后排出的烟气中,SO2浓度约为1800mg/m3,烟尘浓度约为500mg/m3。
计算09~10年供暖期内中心锅炉房脱硫除尘系统的效率为：
脱硫效率为：（1800-389）÷1800=78.3%
除尘效率为：（500-73）÷800=85.4%
随着环保要求的不断提高，2010年乌鲁木齐地区环保指标执行新的《燃煤锅炉大气污染物排放标准》（DB65/2154-2010），该标准中将锅炉烟气排放指标提高到SO2≤200mg/m3,烟尘≤80mg/m3。中心锅炉房现有的脱硫除尘系统已经不能满足该指标的排放要求。如何在现有脱硫除尘系统的基础上进行相对经济的、局部的优化改造，从而满足锅炉烟气达标排放，成为本次优化改造的关键。
2.2 分析
2.2.1现有的脱硫除尘系统工艺有缺陷
中心锅炉房脱硫除尘系统工艺流程是：片碱(NaOH)加入搅拌池后，由除尘水溶解后形成碱液流至灰沟，在灰沟内碱液和从除尘器内出来的除尘水进行中和反应，然后流至沉渣池，在沉渣池内进行自然沉淀，沉积的灰渣被捞出，澄清的除尘水由除尘泵大量输送至除尘器内除尘脱硫，小部分至搅拌池溶解片碱。工艺流程如下图所示：
图1中心锅炉房脱硫除尘系统改造前工艺流程图
通过分段审查工艺流程图发现：溶解后的碱液首先通过灰沟在沉渣池和由除尘器内出来的除尘水进行中和反应，然后进入沉渣池，没有完全溶解的片碱随着灰渣一起被捞出。高浓度的碱液在整个流程中没有优先进入除尘器内进行脱硫除尘，高浓度碱液的加入点在工艺上存在滞后性，有效利用率不够，从而变相使碱液产生浪费。
2.2.2 除尘水对片碱的溶解效果差
为了检验除尘水对片堿的溶解效果，通过现场试验：分别取两个100ml的水样，一个是自来水，一个是除尘水，分别加入50克片碱后发现，自来水中片碱全部溶解于水中，而除尘水中片碱只有部分溶解，部分片碱经过搅拌后仍未溶解。
通过过滤未溶解的片碱，计算除尘水对片碱的溶解度仅为71克。通过化学反应分析，在除尘器内发生的脱硫反应的离子反应方程式为：
2Na++2OH-+SO2=2Na++ SO32-+H2O
由于SO32- 的化学不稳定性，遇到空气中的氧气，会被氧化成相对稳定的SO42-，化学反应方程式为：
2SO32-+O2=2 SO42-
由于除尘水是循环使用的，因此，其中的Na+、SO42-离子在除尘水中循环后容易达到饱和，再用这种除尘水溶解片碱时，Na+在溶解搅拌池中很快达到饱和，根据沉淀溶解平衡的原理，Na+饱和的溶液和固体的片碱将会处于溶解和结晶的平衡，因此，含有Na+的除尘水对片碱的溶解度要远远小于新水对片碱的溶解度。
在加碱设备运行状态下，转动的搅拌机将未溶解的片碱与除尘水搅拌在一起，通过渣沟进入沉渣池后片碱会迅速沉淀，然后被捞出。这就使片碱的利用率大大降低。
3优化改进措施
根据以上分析出的以上两点缺陷，分别进行如下改进措施：
3.1 因中心锅炉房脱硫除尘系统与锅炉风机房在同一厂房内，因此，考虑可以将中心锅炉风机房内1#、7#炉风机冷却水引至加碱系统，用通过风机的冷却水溶解片碱，这样即使风机冷却水得到了回收利用，又实现用新水溶解片碱。
但是，1#、7#炉运行时的风机冷却水量是否能满足脱硫除尘系统所需的新水量，是需要进行确认的重要的先决条件。脱硫除尘系统中水流失主要包括三部分：在除尘器中随锅炉烟气带走的水分、沉渣池中随着炉渣一起捞出的水和沉渣池中自然蒸发的水分。由于捞渣时间的不确定性，沉渣池中随着炉渣一起捞出的水不是连续损失的。所以，在现场临时接一条新水线并加装水表，以长周期实际运行时维持系统正常运行，单位时间所用的新水量作为加碱系统的失水量来计量。通过实际运行期间的测试，加碱系统的每小时的失水量为3.1方。现场1#、7#炉风机的冷却水管线分别是DN20、DN25，自来水压力是0.6MPa，自来水可认为是理想流体，根据伯努利方程，近似认为水压势能完全转化为动能：
Mgh=1/2Mv2
求得冷却水管出口的流速：
v=34.6 m/s
通过计算分别算出DN20的管线每小时出水量为39.1方，DN25的管线每小时的出水量为61.1方。合计1#、7#炉风机冷却水所能提供的最大水量为100.2 m3/h。
实际运行期间脱硫除尘系统每小时的水损失量大约40方，因此1#、7#炉冷却水可以满足单位时间内脱硫除尘系统的失水量。在风机房内分别用DN20、DN25的废旧管线，将其焊接连接后，引致片碱搅拌溶解池。只要锅炉投运，就能保证有充足的冷却水溶解片碱。
3.2 利旧一台换热站的补水泵作为碱液泵，将片碱溶解搅拌池内的碱液抽出后，直接输送至除尘泵入口处，使碱液的加入方式由自流加入改为强制注入。除尘泵将高浓度的碱液直接输送至锅炉除尘器内，使高浓度的碱液在工艺流程上优先进入除尘器内脱硫除尘，从而进一步提高了碱液的有效利用。
通过优化改造后的系统工艺流程如图：
图2中心锅炉房脱硫除尘系统改造后工艺流程图
4效果验证
在2010~2011年供暖期内，1#、7#炉单位时间内的冷却水量远远能够满足加碱系统片碱的溶解所需的新水量。运行期间，搅拌溶解池内池水清澈见底，没有发现未溶解的固体片碱。抽检碱液和除尘器入口处除尘水PH值的结果显示，碱液和除尘水效果较好并且高浓度的碱液得到了充分的利用。落灰管和除尘器喷头因腐蚀跑冒滴漏的现象也明显减少。
表22010~2011年供暖期每月抽检情况汇总表
2010年10月至2011年4月供暖期，监测中心对7#炉烟气检测结果如下：
表22010~2011年供暖期中心锅炉房每月烟气检测结果
计算除尘器脱硫除尘效率：
脱硫效率：（1800-143）÷1800=92%
除尘效率：（500-53）÷500=89%
有此得出，相比系统优化前，脱硫效率提高了13.7%，除尘效率提高了3.6%。
5效益
5.1 环境效益
本次技术改造提高了锅炉除尘器的脱硫除尘效率，在供暖期内减少了二氧化硫和烟尘的排放量，改善了生活区空气质量，也使职工的身体健康和周边环境得到了保障。
5.2 经济效益
支出费用计算：1#、7#炉风机冷却水管线改造材料及人工费用共计0.2万元。
碱液利旧管线费用0.5万元。
节省费用计算：
相比2009~2010年供暖期，2010~2011年供暖期节省使用片碱约10吨。每吨片碱单价约2900元，相当于节省运行成本：2900×10=2.9万元
经济效益：2.9-0.5-0.2=2.2万元
6总结
本次锅炉烟气脱硫除尘系统优化改造，实际上是对片碱从溶解到加入系统反应的过程进行了整体优化，在中心锅炉房现有脱硫除尘工艺的基础上，通过使用风机的冷却水替代除尘水溶解片碱，提高了片碱的溶解度，再通过泵将碱液加入点在工艺流程上提前到除尘泵入口处，从而提高除尘器的脱硫除尘效率，对中心锅炉房在应急投用时减少污染物排放、保护地区环境都有着非常重要的意义。
参考文献：
1、范从正.《锅炉原理》.东南大学出版社
作者简介：
胡良杰，男，汉，生于1982年，2006年毕业于中国石油大学热能与动力工程专业，获得国家学士学位。现从事动力厂锅炉车间工艺技术管理工作。
关键词：锅炉、烟气、脱硫除尘
中图分类号：TK223文献标识码： A
1前言
中国石油乌鲁木齐石化公司动力厂锅炉车间承担着乌石化地区161万平方米的供暖任务。位于生活区的中心锅炉房有1台46MW、1台29MW、5台14MW的热水链条锅炉，总供热负荷为145MW。乌石化热电联产项目于2011年11月份正式投入运行，取代中心锅炉房供热负荷，目前中心锅炉房已经作为供暖期的备用调峰炉。但是，随着乌鲁木齐地区锅炉烟气排放的环保指标不断提高，锅炉车间原有的锅炉烟气脱硫除尘设施已经不能满足达标排放的要求。为了使中心锅炉房在供热期调峰时，能够由备用状态转为运行状态时烟气达标排放，在现有的锅炉烟气脱硫除尘系统上进行局部的优化改造，以较小的经济投入，实现锅炉烟气达标排放，减少乌石化地区污染物的目的。
2现状分析
中心锅炉房脱硫除尘系统的原理是：通过人工加入片碱(NaOH)至溶解搅拌池，在溶解搅拌池内由除尘水溶解后形成碱液，同由除尘器内出来的除尘水进行中和反应，然后流至沉渣池，在沉渣池内进行自然沉淀，沉积的灰渣被捞出，澄清的除尘水由除尘泵大量输送至除尘器内进行除尘脱硫，小部分输送至至搅拌池溶解片碱。
2.1 现状
2009年，乌鲁木齐地区环保指标执行《燃煤锅炉大气污染物排放标准》（DB65/2154-2004）中规定的锅炉烟气的排放指标为SO2≤400mg/m3,烟尘≤80mg/m3。在2009~2010年供暖期7个月内，每月由乌石化环保站对中心锅炉房进行一次烟气检测。结果如下表：单位：mg/m3
表12009~2010年供暖期中心锅炉房每月烟气检测结果
由图可以看出，在2009~2010年供暖期内，中心锅炉房烟气排放基本达标。
通过计算：在2009~2010年供暖期内，7#炉烟气排放平均为SO2为389mg/m3,烟尘为73mg/m3。根据燃料燃烧原理和中心锅炉房煤质化验报告进行计算，灰分为18%，全硫为1%的原煤在链条层燃炉炉膛内燃烧后排出的烟气中,SO2浓度约为1800mg/m3,烟尘浓度约为500mg/m3。
计算09~10年供暖期内中心锅炉房脱硫除尘系统的效率为：
脱硫效率为：（1800-389）÷1800=78.3%
除尘效率为：（500-73）÷800=85.4%
随着环保要求的不断提高，2010年乌鲁木齐地区环保指标执行新的《燃煤锅炉大气污染物排放标准》（DB65/2154-2010），该标准中将锅炉烟气排放指标提高到SO2≤200mg/m3,烟尘≤80mg/m3。中心锅炉房现有的脱硫除尘系统已经不能满足该指标的排放要求。如何在现有脱硫除尘系统的基础上进行相对经济的、局部的优化改造，从而满足锅炉烟气达标排放，成为本次优化改造的关键。
2.2 分析
2.2.1现有的脱硫除尘系统工艺有缺陷
中心锅炉房脱硫除尘系统工艺流程是：片碱(NaOH)加入搅拌池后，由除尘水溶解后形成碱液流至灰沟，在灰沟内碱液和从除尘器内出来的除尘水进行中和反应，然后流至沉渣池，在沉渣池内进行自然沉淀，沉积的灰渣被捞出，澄清的除尘水由除尘泵大量输送至除尘器内除尘脱硫，小部分至搅拌池溶解片碱。工艺流程如下图所示：
图1中心锅炉房脱硫除尘系统改造前工艺流程图
通过分段审查工艺流程图发现：溶解后的碱液首先通过灰沟在沉渣池和由除尘器内出来的除尘水进行中和反应，然后进入沉渣池，没有完全溶解的片碱随着灰渣一起被捞出。高浓度的碱液在整个流程中没有优先进入除尘器内进行脱硫除尘，高浓度碱液的加入点在工艺上存在滞后性，有效利用率不够，从而变相使碱液产生浪费。
2.2.2 除尘水对片碱的溶解效果差
为了检验除尘水对片堿的溶解效果，通过现场试验：分别取两个100ml的水样，一个是自来水，一个是除尘水，分别加入50克片碱后发现，自来水中片碱全部溶解于水中，而除尘水中片碱只有部分溶解，部分片碱经过搅拌后仍未溶解。
通过过滤未溶解的片碱，计算除尘水对片碱的溶解度仅为71克。通过化学反应分析，在除尘器内发生的脱硫反应的离子反应方程式为：
2Na++2OH-+SO2=2Na++ SO32-+H2O
由于SO32- 的化学不稳定性，遇到空气中的氧气，会被氧化成相对稳定的SO42-，化学反应方程式为：
2SO32-+O2=2 SO42-
由于除尘水是循环使用的，因此，其中的Na+、SO42-离子在除尘水中循环后容易达到饱和，再用这种除尘水溶解片碱时，Na+在溶解搅拌池中很快达到饱和，根据沉淀溶解平衡的原理，Na+饱和的溶液和固体的片碱将会处于溶解和结晶的平衡，因此，含有Na+的除尘水对片碱的溶解度要远远小于新水对片碱的溶解度。
在加碱设备运行状态下，转动的搅拌机将未溶解的片碱与除尘水搅拌在一起，通过渣沟进入沉渣池后片碱会迅速沉淀，然后被捞出。这就使片碱的利用率大大降低。
3优化改进措施
根据以上分析出的以上两点缺陷，分别进行如下改进措施：
3.1 因中心锅炉房脱硫除尘系统与锅炉风机房在同一厂房内，因此，考虑可以将中心锅炉风机房内1#、7#炉风机冷却水引至加碱系统，用通过风机的冷却水溶解片碱，这样即使风机冷却水得到了回收利用，又实现用新水溶解片碱。
但是，1#、7#炉运行时的风机冷却水量是否能满足脱硫除尘系统所需的新水量，是需要进行确认的重要的先决条件。脱硫除尘系统中水流失主要包括三部分：在除尘器中随锅炉烟气带走的水分、沉渣池中随着炉渣一起捞出的水和沉渣池中自然蒸发的水分。由于捞渣时间的不确定性，沉渣池中随着炉渣一起捞出的水不是连续损失的。所以，在现场临时接一条新水线并加装水表，以长周期实际运行时维持系统正常运行，单位时间所用的新水量作为加碱系统的失水量来计量。通过实际运行期间的测试，加碱系统的每小时的失水量为3.1方。现场1#、7#炉风机的冷却水管线分别是DN20、DN25，自来水压力是0.6MPa，自来水可认为是理想流体，根据伯努利方程，近似认为水压势能完全转化为动能：
Mgh=1/2Mv2
求得冷却水管出口的流速：
v=34.6 m/s
通过计算分别算出DN20的管线每小时出水量为39.1方，DN25的管线每小时的出水量为61.1方。合计1#、7#炉风机冷却水所能提供的最大水量为100.2 m3/h。
实际运行期间脱硫除尘系统每小时的水损失量大约40方，因此1#、7#炉冷却水可以满足单位时间内脱硫除尘系统的失水量。在风机房内分别用DN20、DN25的废旧管线，将其焊接连接后，引致片碱搅拌溶解池。只要锅炉投运，就能保证有充足的冷却水溶解片碱。
3.2 利旧一台换热站的补水泵作为碱液泵，将片碱溶解搅拌池内的碱液抽出后，直接输送至除尘泵入口处，使碱液的加入方式由自流加入改为强制注入。除尘泵将高浓度的碱液直接输送至锅炉除尘器内，使高浓度的碱液在工艺流程上优先进入除尘器内脱硫除尘，从而进一步提高了碱液的有效利用。
通过优化改造后的系统工艺流程如图：
图2中心锅炉房脱硫除尘系统改造后工艺流程图
4效果验证
在2010~2011年供暖期内，1#、7#炉单位时间内的冷却水量远远能够满足加碱系统片碱的溶解所需的新水量。运行期间，搅拌溶解池内池水清澈见底，没有发现未溶解的固体片碱。抽检碱液和除尘器入口处除尘水PH值的结果显示，碱液和除尘水效果较好并且高浓度的碱液得到了充分的利用。落灰管和除尘器喷头因腐蚀跑冒滴漏的现象也明显减少。
表22010~2011年供暖期每月抽检情况汇总表
2010年10月至2011年4月供暖期，监测中心对7#炉烟气检测结果如下：
表22010~2011年供暖期中心锅炉房每月烟气检测结果
计算除尘器脱硫除尘效率：
脱硫效率：（1800-143）÷1800=92%
除尘效率：（500-53）÷500=89%
有此得出，相比系统优化前，脱硫效率提高了13.7%，除尘效率提高了3.6%。
5效益
5.1 环境效益
本次技术改造提高了锅炉除尘器的脱硫除尘效率，在供暖期内减少了二氧化硫和烟尘的排放量，改善了生活区空气质量，也使职工的身体健康和周边环境得到了保障。
5.2 经济效益
支出费用计算：1#、7#炉风机冷却水管线改造材料及人工费用共计0.2万元。
碱液利旧管线费用0.5万元。
节省费用计算：
相比2009~2010年供暖期，2010~2011年供暖期节省使用片碱约10吨。每吨片碱单价约2900元，相当于节省运行成本：2900×10=2.9万元
经济效益：2.9-0.5-0.2=2.2万元
6总结
本次锅炉烟气脱硫除尘系统优化改造，实际上是对片碱从溶解到加入系统反应的过程进行了整体优化，在中心锅炉房现有脱硫除尘工艺的基础上，通过使用风机的冷却水替代除尘水溶解片碱，提高了片碱的溶解度，再通过泵将碱液加入点在工艺流程上提前到除尘泵入口处，从而提高除尘器的脱硫除尘效率，对中心锅炉房在应急投用时减少污染物排放、保护地区环境都有着非常重要的意义。
参考文献：
1、范从正.《锅炉原理》.东南大学出版社
作者简介：
胡良杰，男，汉，生于1982年，2006年毕业于中国石油大学热能与动力工程专业，获得国家学士学位。现从事动力厂锅炉车间工艺技术管理工作。