| 北京市锅炉烟气脱硫设备的现状评价 | | 内容提要：北京市区二氧化硫污染严重，己被国家划定为二氧化硫控制区。烟气脱硫是控制二氧化硫排放主要措施之一。烟气脱硫在机理上是成熟的，但在京生产、销售的脱硫设备是否过关、大面积推广脱硫设备的时机是否成熟是极待搞清楚的问题。为此，开展了对我市脱硫设备生产和运行现状的调查。通过调查发现，目前无论从设备本身，还是从应用上说，现有烟气脱硫设备脱硫水平都比较低，腐蚀、结垢、堵塞、烟气带水等问题还没有得到很好的解决，在实际运行时的脱硫效率很低，无法满足我市污染物浓度和总量控制目标的要求，烟气脱硫技术及设备还需在实践中不断完善。
一、问题的提出
二氧化硫是北京地区最典型的大气污染物之一，市区内燃煤是造成我市SO2污染的主要原因。煤炭在我市能源结构中占7%左右，年耗煤量现己达2800万吨。由于采暖期用煤量为非采暖期的2.5倍，加上冬春不利扩散的气象条件，使得采暖期空气中的SO2浓度远远高于非采暖期，呈现出典型的煤烟型污染特征。1996年SO2年均浓度达到100μg/m3超过国家标准的67％，而在采暖期SO2污染则更为严重。因此，北京市控制SO2排放总量的任务繁重、形势紧迫。
烟气脱硫是控制二氧化硫排放主要措施之一。烟气脱硫在机理上是成熟的，但不少用户对脱硫设备在腐蚀、结垢、磨损、堵塞等方面的问题反映较大。因此，在京生产、销售的脱硫设备是否过关，大面积推广脱硫设备的时机是否成熟是极待搞清楚的问题。为正确决策，开展了对我市脱硫设备生产和运行的现状评价。
本次评价的范围是我市销售脱硫设备的12家生产厂及他们在北京地区的用户。我们组织了十八个区县环保局及有关人员对脱硫设备制造厂产品质量进行调查；收集市、区监测部门监测的脱硫效率数据；按新的测试方法对12家生产厂的脱硫设备的脱硫效率进行监测（在脱硫剂投加的全周期内，按洗涤液PH值为12-13、10-11、7-8、5-6四种条件下进行采样，得出平均脱硫效率）；向用户发放75份脱硫设备运行情况调查表；在不事先通知的情况下，对5个单位的6台脱硫设备进行监督性抽测。
二、基本情况
1、脱硫设备的种类及主要性能
据调查统计，北京市所使用及生产的脱硫设备可分为五类。
（1）湿式碱液喷淋；
（2）碱液自激式；
（3）碱液旋流式；
（4）利用飞灰脱硫（酸法脱硫）；
（5）半干半湿法。
喷淋的机理是脱硫液自脱硫塔上部下淋，气体作逆向或顺向流动；自激是利用气体的冲击将浆液分散成雾状进行传质；旋流是利用气体的旋转作用将液体雾化；飞灰脱硫是指不加石灰直接利用飞灰作脱硫剂；半干半湿法指的是脱硫产物呈干态的技术。
2、脱硫设备的应用情况
北京市的第一台脱硫设备是怀柔环保设备厂在1988年生产的。从本次调查收回的75份《锅炉烟气脱硫设备运行情况调查表》的统计结果来看，93％以上的脱硫设备是在1995年以后安装的，70％以上的脱硫设备只经过了一个采暖期的试运行（见表1）；从设备分布情况看，除延庆县没有推广使用外，其它各区县均有脱硫除尘设备运行或正在安装，尤其是朝阳区，海淀区，推广设备台数较多。这些脱硫除尘设备多在中小锅炉上使用，采用的脱硫剂大多数为石灰，少数为废碱液。
此外，北京第一热电厂正在安装两台410吨烟气脱硫设备（FGD），其余电厂的锅炉设备没有脱硫。
表1 已经运行的脱硫设备的基本情况
总台数
安装时间（年）
正常运行
不能正常运行
1993
1994
1995
1996
台数
百分比
台数
百分比
75
2
4
11
58
41
55%
34
45%
3、脱硫设备存在的问题
通过本次调查，基本掌握了目前北京地区脱硫设备的运行情况。在己投入使用的75台脱硫设备中，能正常运行的有41台，占55％；不能正常运行的34台，占45％。不能正常运行的原因有腐蚀、烟气带水、堵塞、结垢、阻力大等等。这些不能正常运行的脱硫设备中，有7台已经无法使用，现己拆除，见表2。
表2 各型号不能正常运行台数及原因
序号
型号
正常运行台数
不能正常运行台数
不能正常运行的原因
备注
1
XSC型
半干半湿
脱硫除尘器
8
10
输送碱水管易堵
出灰口密封不严，漏风
引风机叶轮腐蚀严重
已经拆除4台
2
XTS复合式
脱硫除尘器
6
7
设备腐蚀 水泵易坏 沉淀池清理困难 密封不严 阻力大、耗电大
3
SCL自激
脱硫除尘器
5
6
烟气带水，腐蚀烟囱
出灰机爱出故障
4
TS/B组合式
单体脱硫装置
5
1
烟气阻力过大
烟气带水严重
已经拆除1台
5
BL-ZH筛网
脱硫除尘器
3
/
/
6
STCX喷淋式
脱硫除尘器；
2
/
/
试运行
7
BYZ玻璃钢
脱硫除尘器
3
4
放水管堵塞 表面涂层起泡腐蚀，出渣机链条断裂
已经拆除1台
8
其它
9
6
设备腐蚀 引风机腐蚀严重水泵易坏 磨损 阻力大
已经拆除1台
合计
41
34
已经拆除7台
注：上表是根据《锅炉烟气脱硫设备运行情况调查表》汇总得出的（1）腐蚀、磨损较严重，影响设备使用寿命
腐蚀和磨损是造成脱硫除尘器不能正常运行的主要原因，而腐蚀和磨损问题的主要原因是材料选用不合理、防腐层制作粗糙、烟气带水严重。
脱硫
腐蚀常常发生在脱硫器烟气入口处干湿交替部分、净化气体的出口、设备内部气流改变方向处及烟气管道内。由于烟气携带固体颗粒高速通过，在运动尘粒的冲刷作用下，设备的内壁会造成严重的磨损，磨损有可能造成防腐材料的局部穿透，从而引起材料的点、线及缝隙腐蚀，导致脱硫设备过早受到损坏。目前采用的防腐材料有水泥铸石、陶瓷、搪瓷、橡胶、玻璃钢、不锈钢和化学涂层。采用铸石、陶瓷、搪瓷等硬质材料，防磨性能较好，使用化学涂层的产品（树脂材料居多），其耐磨性能较差。据调查，在我市销售的脱硫设备中使用水泥铸石防腐防磨的只占设备总数的四分之一，使用化学涂层的占总数的一半以上，使用涂料厚度仅在0.5毫米左右。目前，已有多台使用化学涂层的脱硫设备被严重腐蚀，随着使用时间的增加，这一问题将会日益突出。有的厂家还使用玻璃钢防腐，但是有些玻璃钢在常温下耐酸碱，而在70C以上其耐腐耐磨性能极差。如中医研究院西苑医院安装了一台河北省枣强县除尘设备厂生产的PCT／G-6型号的脱硫除尘器，运行两个月后，该设备表面涂层起包，腐蚀磨损严重，这台脱硫设备已被拆除。
烟气带水是湿式脱硫除尘器最常见的共性问题。烟气带水会加速烟道腐蚀，还会加剧引风机叶轮粘灰，严重时会发生风机震动。在烟气上升速度及设备顶部距布水器高度不能较好满足要求时，应装设脱水效率较高的脱水器。但目前在脱硫除尘器中所使用的脱水装置都较简陋，脱水效率低。据初步统计，已有5台脱硫设备因烟气带水问题严重、腐蚀风机，现己被拆除。
（2）自控水平极低，出现漏风、结垢和堵塞等现象。
本市脱硫设备的自控水平极低，喷淋水量的多少以及脱硫剂的投放量和投放时间完全由司炉工决定，缺乏科学性、准确性。其结果不仅是脱硫设备的净化效率达不到设计值，而且脱硫设备易出现腐蚀、漏风、结垢和堵塞等现象。
XSC型半干半湿脱硫除尘器的喷淋水量大小完全由人工调节，其出灰口用一块橡胶板靠负压运行自动密封。一旦喷淋水量偏小，达不到设计的除尘和脱硫效率，甚至会出现冒浓烟现象；一旦喷淋水量偏大，出灰成泥浆状，司炉工若不能认真清理出灰口，即可造成密封不严现象，影响除尘脱硫设备的净化效率。在环保部门的日常检查中也曾多次发现漏风现象。
目前，本市安装的脱硫设备大部分采用石灰脱硫。加入石灰过多、PH长期大于9，或PH值过低、长期小于3都易产生结垢。结垢一旦发生，通常需用机械法才能清除。一些狭窄通道或内部构件则会因此而逐渐堵塞。喷淋装置的喷头是经常发生结垢的部件。根据国外电站锅炉脱硫的有关结果，在采用石灰法时为避免堵塞，PH值的合理范围应控制在6-8。从本次调查的结果来看，所考察脱硫设备的PH值大都在5-13之间，并随加料过程呈周期性波动。因此，结垢的潜在风险较大。
（3）利用石灰脱硫，废渣问题突出。
本市销售的脱硫设备是针对量大面广的中小锅炉而设计的，为减少脱硫费用，多数采用石灰脱硫（属于抛弃法）。由于无强制氧化过程，不仅脱硫效率低（一般只能达到50％），而且产渣量较大、对硫资源也不回收。
对于使用石灰的湿式脱硫技术而言，假定二氧化硫排放系数取85％，Ca／S比取1.2，石灰纯度取80％，煤的含硫量取0.8%，一蒸吨锅炉耗煤150公斤／小时，则石灰用量为2.68公斤／小时蒸吨。假定脱硫效率为50％，由亚硫酸钙和未反应的石灰和杂质组成的脱硫渣的生成量为4.42公斤／小时蒸吨。每个采暖期一台容量为4T／H锅炉的石灰用量为21.42吨，生成的脱硫灰渣为35.38吨，容量为10T／H锅炉的石灰用量为53.60吨，生成的脱硫灰渣达88.44吨。对于生产性锅炉，由于运行时间增加，其全年石灰用量和产渣量还会增加3倍以上。由此可见，采用湿式石灰脱硫，如处理不当，会产生大量固体废渣污染。
（4）司炉工素质差，运行管理水平低。
除脱硫设备本身设计不合理之外，司炉工不加脱硫剂、不加水，操作不当等问题严重，很多脱硫设备仅仅起到一个除尘器的作用。究其原因，锅炉工的文化素质比较低是重要症结之一。根据市、区环保监察部门的现场检查，脱硫除尘器在实际使用中广泛存在不加脱硫剂、不加水等问题。目前使用的湿式脱硫除尘器，多数需加石灰或氢氧化钠等碱性物质才能达到正常的脱硫效率。但实际使用中，只有在监测、鉴定、检查等场合用户才能按操作要求加脱硫剂，所以很多脱硫器仅仅起到了一个除尘器的作用。此外，由于湿式脱硫除尘器有的耗水量较大，回流泵功率较大，耗电量大，用户担心运行费用增加，使用时往往加水量不足甚至不加水，有些甚至将喷头拆下。这样的运行状况不用说脱硫，连除尘的作用也微乎其微。
由于不加脱硫剂，脱硫除尘器与钢质管道严重腐蚀的现象时有发生。如海晶环保设备厂在总参作战部招待所安装了一台2吨GLWS型脱硫除尘器，由于用户在循环水中从不加脱硫剂一一生石灰，循环水实际上是在以脱硫后的酸性水进行循环，导致脱硫除尘器与钢质管道严重腐蚀，现已将该脱硫除尘器拆除。
（5）实际运行的脱硫效率低，且不稳定。
脱硫效率是衡量脱硫设备性能的重要指标。在我市生产、销售的脱硫设备，其设计效率基本在70％以上，有的甚至高达90％以上。然而70%的设计脱硫效率是在PH大于10的恒定条件下得出的。实际上目前脱硫设备由于没有自控手段，PH值是经常变化的，难以恒定在10以上。因此，要真正掌握脱硫设备的脱硫效率，必须在脱硫剂投加的全周期进行测试。北京市环境保护监测中心和北京环境保护科学研究院联合对本市安装的脱硫设备进行了测试，他们按洗涤液的PH值变化情况，分别对PH为12~13、10~11、7~8、5~6四种条件下进行采样分析。结果表明，目前我市安装的脱硫设备在正常运行，并按要求定时加脱硫剂的情况下的平均脱硫效率只有50％左右，远小于设计效率。
为进一步了解北京市工业锅炉配用脱硫设备的实际运行状况，在未事先通知的情况下，我局组织有关部门对北京供电局等5个单位的在用工业锅炉脱硫设备进行了突击检查，对其实际运行时的脱硫效率进行抽测。共抽检了6种型号的脱硫设备，其中4t／h的4台，6t／h的2台，10t／h的1台。通过检查发现，除北京现代建材公司的一台BL-ZH-10脱硫器本身设计使用锅炉排污水进行脱硫外，其余的5台运行时均未加脱硫剂。由于使用清水脱硫，脱硫作用主要为物理溶解过程，不仅脱硫效率低（10一20％），而且所生成的亚硫酸不稳定，很可能重新释放出二氧化硫。由此可见，本市安装的脱硫设备实际运行时的脱硫效率远远小于其设计效率，无法满足大气污染物排放总量控制的目标要求。
三、解决方法
从以上调查分析可以看出，目前无论从设备本身，还是从应用上说，脱硫水平都比较低，腐蚀、结垢、堵塞、烟气带水等问题还没有得到很好的解决，现有脱硫设备在实际运行时的脱硫效率很低，无法满足我市污染物浓度和总量控制目标的要求，烟气脱硫技术及设备还需在实践中不断完善，大量推广的时机尚不成熟，还需要下功夫解决脱硫设备运行和管理中存在的问题，开发适合中小锅炉的脱硫技术。
（1）借鉴国外经验，开发耐腐蚀、不结垢。易操作的脱硫设备，安装PH控制装置。
在防腐防磨材料的选择上，国外根据脱硫器内各部分经受高温、腐蚀和冲刷磨损作用的程度不同，选用不同的防腐材料，并将脱硫设备、管道、风机、烟囱等作为一个系统进行综合防腐。在粘贴、制作工艺、运输、装配以及实际运行等方面也制定了相应的规范。国外在这一方面的经验可为本市所借鉴。
在脱硫剂的选择方面，目前多采用石灰脱硫，不仅存在脱硫效率不稳定、易出现结垢堵塞等现象，而且脱硫所产生的灰渣量太大。众所周知，煤炭的灰分中大约95％以上是钙、镁、钠、钾、铁、铝、硅等元素的化合物，它们的存在形态在燃烧前后是不同的。燃烧后生成物中的氧化铁、氧化镁、氧化钠、氧化钾是碱性金属氧化物，它们具有中和酸的能力。因此，煤炭燃烧后灰渣和飞灰是一种可开发的脱硫资源。此外，在印染、造纸等行业中，脱硫过程可作为对碱性废水的预处理，用以降低废水中的色度、PH值和COD值。利用工业碱性废水和冲渣水与烟气中的二氧化硫等酸性物质发生作用，不仅达到以废治废、减少运行成本、达到脱硫和废水减排的目的，而且由于生成的产物主要是可溶性硫酸盐，也减少了灰渣的处理量。
在PH控制系统方面，目前我市销售的脱硫设备全部没有PH值控制系统。安装PH控制系统将PH值控制在一定的范围，不仅可以使脱硫设备的脱硫效率得到保证，而且可防止脱硫设备出现腐蚀、结垢等问题。PH值控制系统应由的电极，反馈回路，PH记录仪及酸碱泵所组成。记录系统包括PH电极和记录仪两部分。环境管理部门可通过PH值的连续记录数据，掌握用户的实际加药和使用情况。
（2）挖掘现有麻石水膜除尘器的脱硫潜力。
目前，本市600多台集中供热锅炉绝大部分采用麻石水膜除尘器。麻石水膜除尘器是用花岗岩砌筑而成，耐磨损，耐腐蚀，具备增加脱硫功能的条件。北京绝缘材料材料厂利用PH=9-10碱性废液进行洗涤时，麻石水膜除尘器的脱硫效率达到64％，脱硫功能相当明显。当然，现有的文丘里麻石水膜除尘器如用石灰脱硫会出现结垢堵塞现象，但是浙江、湖南等地的科研人员己开发出麻石旋流板脱硫除尘器，并应用在220吨的电站锅炉上，这种设备如能彻底解决石灰脱硫结垢堵塞问题且脱硫效率稳定，则为挖掘现有的麻石水膜除尘器的脱硫潜力创造了条件。
（3）加强对司炉工的培训，使现有的脱硫设备充分发挥作用。
增强司炉工的环保意识对保证脱硫设备达到正常的脱硫效率极为重要，必须加强对司炉工的培训，完善司炉工环保操作上岗证制度。要通过培训，使得司炉工了解北京市的大气污染状况、大气污染与人体健康的关系、采暖期煤烟型污染与司炉工的关系，掌握锅炉及脱硫除尘设备的操作规程，确保司炉工能严格按规程添加脱硫剂、添加水、及时清理灰渣、定期对设备进行维护，减少因为操作不当等人为因素造成脱硫设备腐蚀、结垢、堵塞和漏风现象的发生，保证现有的脱硫除尘设备能达到正常的净化效率。各级环境保护部门要加大检查力度，对不加脱硫剂、不加水的单位要进行必要的处罚，对违章操作的司炉工要进行批评教育，对屡教不改者，要吊销其上岗证，取消其司炉工资格。
（4）推广锅炉供暖节能减污技术，积极创造条件大面积使用优质煤。
在积极开发脱硫技术的同时，要积极推广节能措施以最大可能减少耗煤量和二氧化硫产生量。目前，我市正在推广“＋二项锅炉供暖节能减污措施”，采用这些措施的供暖单位已获得明显的节能、节电和节水效果，取得显著的社会效益、经济效益和环境效益。与此同时，我们正强制推广使用低硫低灰份优质煤代替现在广泛使用的采暖煤（如大同煤），以减少二氧化硫产生量。目前北京地区采暖使用的大同煤，其灰份为25％、含硫量为1％左右，而低硫优质煤的灰份小于10％、含硫量＜0.5％。如2000年使用1000万吨低硫优质煤，无需安装脱硫设备即可减少二氧化硫排放量8万吨，这对我市大气环境质量的改善以及总量控制目标的实现必将起重要作用。
编辑：华夏脱硫工程－烟气
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