污染源监测人员培训教材第一章工业锅炉与火电工业污染源监察11.8.26

1第一章工业锅炉与火电工业污染源监察目录第一节工业锅炉与火电工业基础知识一、工业锅炉基础知识二、火电厂基础知识三、锅炉的燃烧方式四、不同类型锅炉的环境差异五、火电工业的产业技术政策第二节燃料一、固体燃料二、液体燃料三、气体燃料四、燃料消耗量的计算第三节工业锅炉与火电工业的主要污染物监察一、火电工业的排污节点二、锅炉燃煤烟气量的计算三、锅炉燃煤烟尘排放量的计算四、锅炉烟气SO2排放量的计算五、锅炉烟气NOχ排放量的计算六、火电厂污水量的计算七、火电厂的废渣产排放量计算第四节工业锅炉和火电厂的污染治理一、工业锅炉和火电厂废气污染治理二、脱硫设施的脱硫量测算第五节工业锅炉和火电厂的环境监察要点一、工业锅炉和火电厂烟气的环境监察要点二、工业锅炉和火电厂废气无组织排放的环境监察要点三、工业锅炉和火电厂废水排放的环境监察要点第一章工业锅炉与火电工业污染源监察第一节工业锅炉与火电工业基础知识一、工业锅炉基础知识（一）工业锅炉的涵义锅炉（蒸汽发生器）是利用燃料或其它能源的热能，把工质（一般为进化的水）加热到一定参数（温2度、压力）的换热设备。也可以说是生产蒸汽或热水的热能动力设备。（二）工业锅炉的主要分类工业锅炉有多种分类方式，可以按用途分类、按规模分类和按压力分类等。表1—1煤（油）锅炉主要分类形式分类锅炉参数按用途分电站锅炉电站锅炉是高排放强度的大气污染源，多为400t/h以上的锅炉工业锅炉工业锅炉是我国的主要热能动力设备，它包括压力≤2.45MPa、容量≤65t/h的工业用蒸汽炉、采暖热水炉、特种用途锅炉等，以中小型锅炉为主民用锅炉以小型锅炉为主，容量小，多为老旧锅炉，热效率低，污染物治理效果差，是城市主要大气污染源按规模分大型锅炉容量＞65t/h机组的蒸汽参数是决定机组热经济性的重要因素。一般，压力是16.6～31.0MPa、温度在535℃～600℃的范围内，压力每提高1MPa，机组的热效率上升0.18％～0.29％；新蒸汽温度或再热蒸汽温度每提高10℃，机组的热效率就提高0.25％～0.3％中型锅炉容量＝20～65t/h小型锅炉容量≤20t/h按压力分低压锅炉P≤2.5MPa中压锅炉2.5MPa＜P≤6.0Mpa高压锅炉6.0MPa＜P≤10MPa超高压锅炉P＝14MPa亚临界锅炉P＝17～20MPa超临界锅炉＞25MPa超超临界锅炉＞31MPa（三）工业锅炉的相关参数表1—2工业锅炉的相关参数参数涵义锅炉压力指锅炉内蒸汽的压强。压力越高，蒸汽温度越高，热焓越多。压力的单位常用兆帕（MPa）。蒸发量锅炉内每小时产生的蒸汽量称蒸发量，单位取吨蒸汽/小时（t/h）,锅炉铭牌上标明的蒸发量是该锅炉的额定蒸汽参数（即设备运行时的最高蒸发量，实际运行时的蒸发量应小于此值）。供热量锅炉每小时提供的热量称供热量，单位取兆瓦/小时（MW/h）或过去常用的千卡/小时（kcal/h）。锅炉铭牌上标识的供热量为额定供热量，是运行产生的最高供热量。耗煤量指每小时正常运行消耗的燃煤量B，B＝锅炉供热量/（煤的低位热值×锅炉效率），锅炉供热量＝锅炉蒸发量（㎏/h）[蒸汽热焓（kJ/㎏）－给水焓（kJ/㎏）]热效率锅炉热效率指投入锅炉内的燃料供热量与发热量之比（用µ表示）µ＝锅炉小时供热量/[小时耗煤量×煤的低位热值]锅炉热效率在50％～90％。（四）一般工业锅炉的主要设施和主要环境污染指标一般工业锅炉的主要设施是煤场、供煤系统、锅炉房、除尘设施、脱硫设施（只有少数锅炉有）、渣场。一般工业锅炉使用的主要燃料是燃煤（主要是烟煤）和生物质燃料（木材、秸秆、谷糠、锯末等）。一般工业锅炉的主要污染是锅炉产生的烟气，烟气中的主要污染物是SO2、烟尘、NOχ、CO2，还有煤场、灰场产生的粉尘污染（无组织）。一般没有废水，废渣主要是炉渣和粉煤灰（一般都能综合利用）。二、火电厂基础知识3（一）火电厂的基本类型火电厂的基本类型可以按照燃料的不同分为燃煤电厂、燃气电厂、燃油电厂、垃圾焚烧电厂和燃水煤浆电厂等。表1-3火电厂的基本类型火电厂类型燃料燃烧系统主要大气污染物燃煤电厂煤与煤矸石储煤场、输煤系统、磨煤设备、锅炉、除尘设施、脱硫、脱硝设施、烟筒、输灰系统SO2、烟尘、NOχ、汞及工业废水、炉渣、粉煤灰燃气电厂天然气或燃气锅炉产生蒸汽带动发电机发电；或燃气在燃汽轮机中直接燃烧做功发电NOχ和工业废水燃油电厂轻油、重油、原油发电流程与燃气电厂流程相类同SO2、NOχ和工业废水垃圾焚烧电厂垃圾及助燃的燃料垃圾经发酵脱水、焚烧炉焚烧。当垃圾中低位热值≤3350KJ/kg（800kcal/kg）时，焚烧需助燃，添加燃煤或燃油进行助燃。垃圾焚烧炉燃烧方式有炉排炉、硫化床焚烧炉、旋转式燃烧-回转炉等。烟尘、SO2、NOχ、HCl、灰渣、二噁英、工业废水燃水煤浆电厂水煤浆发电流程与燃气电厂流程相类同与燃煤电厂相似，相应污染物的产生量略小于煤粉炉电厂（二）火电厂的工艺火力发电的整个生产系统主要包括燃烧系统、气水系统和电气系统等。燃煤电厂按其功能分为凝汽式电厂和热电厂。两者生产工艺流程基本相同，只是热效率的利用途径有差别。前者安装凝汽式机组，仅向外界供应电能；后者安装热电汽轮机组，除供电外，还可向用户供应蒸汽和热水。凝汽式汽轮机做功后的蒸汽基本全部进入凝气器，存在冷源损失。热电汽轮机做功后的蒸汽部分对外供热，部分进入凝气器，循环热效率提高。表1—4燃煤火电厂的生产系统生产系统生产设备等工艺流程燃烧系统燃烧系统由锅炉本体和辅助设备构成。煤经皮带输送到煤斗进入磨煤机磨成煤粉，与经过预热的空气一同经喷燃器喷入锅炉内燃烧，燃烧后的热烟气排出锅炉，经除尘器和脱硫脱硝装置后，由引风机通过烟囱排入高空。气水系统气水系统包括锅炉、汽轮机、凉水塔（凝汽器）、补水车间等。水在锅炉内被加热成蒸汽，进入过热器，进一步加热为过热蒸汽，通过蒸汽管道被引入汽轮机，冲击汽轮机转动并带动发电机发电，做完功的蒸汽压力和温度不断降低，最后排入凝气器，蒸汽在凝气器内凝结成凝结水，再经补水车间补充3％～5％的软化水，可以循环回蒸汽锅炉。电气系统电气系统设备包括电机、变电设备、输电设备等。发电机发出的电除少部分自用外，绝大部分由主变压器升压后经高压配电装置和输电线向外供电。发电厂自用部分由变压器降压后，经厂用配电装置和输电线供厂内电器使用。（三）火电与环保指标相关的工业参数表1—5火电与环保指标相关的工业参数参数4装机容量火电厂的全部发电能力（功率）的kW数称发电厂的装机容量,年平均利用时间火电厂平均满负荷运行的等效时间称电厂的利用时间。若用火电厂的年发电量除以电厂的装机容量，就可计算出电厂的年利用时间电厂的发电量电厂统计电量有两个数据，发电机发出的电力是电厂发电量，电厂生产过程所必需的电量（主要用电设备如送风机、引风机、给水泵、循环水泵等高能耗设备等消耗的电量）称电厂自用电量。电厂对外供应的电量是供电量。自用电量约占发电量的6％～7％。电厂供电量=发电量-电厂自用电量（四）火电厂的主要设施和主要环境污染指标一般火电厂使用的主要燃料是燃煤、燃气、燃油（重油、轻油）、水煤浆等。一般火电厂的主要产生污染的设施是煤场、供煤系统、锅炉、除尘设施、脱硫脱硝系统、灰坝、灰库，补水车间等。一般火电厂的大气污染主要是锅炉产生的烟气，烟气中的主要污染物是SO2、烟尘、NOχ、CO2，还有煤场、供煤系统、灰库、灰坝、石灰石、石膏渣产生的粉尘污染（无组织）。废水污染来源主要有补水车间废水（主要是金属离子污染）、冲渣废水（SS）、机修车间废水（石油类、COD）。主要废渣是粉煤灰和炉渣。三、锅炉的燃烧方式工业锅炉房和火电的最主要污染是锅炉产生的烟气污染，烟气污染与燃料的种类、品质、消耗量，锅炉的燃烧方式，除尘措施与效率，脱硫脱硝措施与效率。按照煤炭的燃烧方式，燃烧设备大致可以分为四类：层燃式锅炉（炉排炉、火床炉）、悬燃式锅炉（煤粉炉、燃油锅炉、燃气锅炉）、半悬式锅炉（沸腾炉、循环流化床锅炉等）、半层半悬式锅炉（抛煤机炉）。表1—6主要锅炉类型及其运行特点燃烧方式燃烧设备燃烧效率%运行特点优缺点层式燃烧链条炉排85～90炉排由主动链轮带动，由前向后徐徐运动，炉排与空气反向运动，依次经过干燥、预热、燃烧、燃尽，形成的灰渣最后由装置在炉排末端的除渣板铲落渣斗。炉温在600～700℃适用褐煤、次烟煤和无烟煤飞灰少，多用于蒸发量为2～65t/h的中、小容量锅炉，着火条件差，煤种适应性不好。振动炉排85～90加料和燃烧过程与链条炉相似，水冷炉排周期振动，炉温在600～700℃适用烟煤和褐煤，多用于2～10t/h的小型锅炉。缺点是热效率低，它的漏煤量为5%左右，比链条炉高得多往复推饲炉85～90往复推饲炉燃烧过程与链条炉相似，其通风特性、燃烧特性、炉拱布置等，和链条炉是一样的。由于炉排推动，实现了部分燃料的无限制着火。炉温在600～700℃多用于O.5t/h～lOt/h的小型工业锅炉。往复推饲炉与振动炉排一样有炉排片易烧坏、漏煤、漏风等缺点。悬浮式燃烧旋风燃烧炉98以上旋风炉实际上是液态排渣炉的一种，一般由旋风筒、燃烬室和冷却炉膛组成，因其有圆柱型燃烧室(旋风筒)，气流在其内高速旋转燃烧而得名。碎煤在炉膛内与风混合沿切线旋转运动，炉温达1600℃旋风炉热强度高，燃烧温度高，飞灰份额也低于煤粉炉，可以使用灰份50％劣质煤，，燃烧完全，效率高。但烟尘、SO2、NOX的产生量较大5煤粉燃烧炉95～98煤粉碎后用空气喷入炉膛，以悬浮状态燃烧，燃后的灰靠气流导出炉外，少量灰沉积炉壁落到炉底经锁灰器排出。炉温在1000℃上下煤粉炉是我国电厂生产的主要锅炉型式。优点是燃烧效率高，但烟尘、SO2、NOX的产生量也高半悬式锅炉鼓泡流化床BFB95～97煤、石灰石、空气混合后从下部布料盘送入，经预热、过热、燃烧送入流化床燃烧。循环流化床内的温度可控制在850℃的范围内，这一燃烧温度抑制了热反应型NOx的形成，加到床层的石灰石（平均钙硫摩尔比为2～2.5），有效减少SO2排放量，对NOX的也有适量减少，但石灰石对锅炉磨损较大。燃料在炉内通过物料循环系统循环反复燃烧，使燃料颗粒在炉内滞留时间大大增加；直至燃烬。燃料适应性好，可以燃用优质煤、劣质煤、油页岩、石油焦、垃圾等，并达到很高的热效率，有较好的硫氮去除效果。循环流化床CFB97～98半层半悬式炉抛煤机炉不稳定是悬浮式和层式的复合燃烧方式，煤连续投入炉内上方，50％的煤粉悬浮状态燃烧，大些的煤粒落在炉箅上继续层式燃烧。但燃烧不足，黑度超标多用于10t/h以下的锅炉。煤种适用范围广。缺点是，不完全燃烧损失较大，锅炉初始排尘浓度高，大气的污染较严重注：在电厂锅炉中，由于煤与空气充分混合且燃烧充分，CO和碳氢化合物排放量很低，排出的CO低于100mg/m3，对较小的层式燃煤锅炉由于空气与煤混合不好，燃烧不充分，CO和碳氢化合物的排放量就大得多。四、不同类型锅炉的环境差异悬浮式燃烧的锅炉燃烧率高达95％～99％，过剩空气系数在1.2～1.4，飞灰率高达85％，炉温排放的烟尘，几乎都是灰分。层燃式锅炉燃烧率只有85％～90％，过剩空气系数在1.6～2.0，飞灰率只有15％～25％排放的烟尘里，还有一定量的可燃物质。循环流化床锅炉燃烧也较充分，烟尘中可燃物少。抛煤机炉产生的烟尘中含碳量比煤粉炉高。抛煤机炉和沸腾炉的飞灰率介于层式燃烧炉和悬式燃烧炉之间。表1—7不同燃烧方式燃烧效率、dfh、Cfh系数表燃烧方式燃烧设备燃烧效率％dfh与Cfh值％过剩空气系数α层式燃烧链条炉排80～90dfh＝15～20Cfh﹦25～301.5～1.8振动炉排80～85dfh＝30Cfh﹦25～301.6～2.0往复推饲炉85～90（倾斜逆向式95以上）dfh＝25Cfh﹦25～301.6～2.0悬浮式燃烧旋风燃烧炉98以上dfh＝70Cfh﹦1～51.15～1.3煤粉燃烧炉95～98dfh＝85～93Cfh﹦1～51.15～1.3半悬式燃烧鼓泡流化床BFB90～96dfh＝40～60Cfh﹦3～51.2～1.25循环流化床CFB95～991.1～1.2半层半悬式