電廠脫硫煙氣系統(tǒng)的運(yùn)行分析
在今后很長的一段時(shí)間內(nèi)，我國的能源發(fā)展以煤炭發(fā)電為主，這樣就需要對(duì)電廠煙氣脫硫系統(tǒng)進(jìn)行研究，文章詳細(xì)介紹了目前常用的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)，對(duì)脫硫的原理進(jìn)行了研究，詳細(xì)分析了系統(tǒng)運(yùn)行情況，并對(duì)脫硫技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)。
　　前言
　　在我國能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占主導(dǎo)地位，經(jīng)燃燒后排出的酸性氣體，對(duì)大氣造成嚴(yán)重污染，火力電廠發(fā)電尤為嚴(yán)重。所以電廠脫硫技術(shù)必不可少。
　　目前各國都在研發(fā)電廠脫硫技術(shù)，各種技術(shù)數(shù)目已高達(dá)上百種之多。這些技術(shù)可分為三大類：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和煙氣脫硫[1]。在發(fā)電站爐膛內(nèi)，煤粉中的可燃硫分在空氣的作用下迅速轉(zhuǎn)化成SO2，由于爐膛內(nèi)溫度高，不利于脫硫，因此通過煙氣脫硫是目前經(jīng)濟(jì)快速且行之有效的方法。
　　1 電廠脫硫技術(shù)現(xiàn)狀簡介
　　早在20世紀(jì)30年代，英國就有了完整的一套電廠脫硫技術(shù)，隨后，美國、日本、歐盟等國家也相繼發(fā)展了脫硫裝置。與發(fā)達(dá)國家相比，我國的脫硫技術(shù)起步較晚，在20世紀(jì)90年代初期，我國開始大力興建電廠并引進(jìn)國外先進(jìn)的煙氣脫硫技術(shù)和裝置，引進(jìn)的工藝成熟，設(shè)備先進(jìn)，運(yùn)行可靠，但由于運(yùn)行和投資費(fèi)用巨大，所以我國在國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造創(chuàng)新，自主研發(fā)適合國內(nèi)行情的脫硫技術(shù)。在近二十年來，我國投入了大量的人力、物力、財(cái)力對(duì)脫硫技術(shù)進(jìn)行研究，取得了一系列的成果[2]。但在脫硫行業(yè)也存在一些弊端：煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能充分利用，沒有完全發(fā)揮其效能和作用；我國的脫硫工藝方法過于單一；對(duì)于脫硫副產(chǎn)物的處理不夠重視，產(chǎn)生了二次污染等等。
　　2 電廠脫硫煙氣系統(tǒng)運(yùn)行分析
　　2.1 石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)（FGD）原理
　　石灰石-石膏濕法煙氣脫硫是最常用的脫硫技術(shù)，包括三個(gè)過程：質(zhì)量傳遞、流體輸運(yùn)和熱量傳遞[3]。具體工藝流程是：煙氣經(jīng)過靜電除塵器除塵，然后經(jīng)過增壓風(fēng)機(jī)、煙氣換熱器GGH冷卻后進(jìn)入吸收塔。在吸收塔內(nèi)是以逆流進(jìn)行洗滌吸收，煙氣由下向上流動(dòng)，Ca（OH）2漿液由上向下流動(dòng)，并通過噴淋設(shè)備進(jìn)行霧化，使上行氣體可與下行漿液充分接觸。在吸收塔中，通過氧化風(fēng)機(jī)在塔底鼓入氧氣，在氧氣充足的條件下，煙氣中的SO2與漿液中的Ca（OH）2反應(yīng)生成石膏，在泵的帶動(dòng)下將石膏漿液排出，石膏漿液再進(jìn)入脫水系統(tǒng)進(jìn)行一級(jí)脫水和二級(jí)脫水，所得產(chǎn)物為石膏。經(jīng)過脫硫后的煙氣除去水分后排入大氣中，反應(yīng)后的廢水經(jīng)處理后由下水管道排出[4]。簡要流程圖如圖1所示。
　　2.2 石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行分析
　　2.2.1重要參數(shù)的監(jiān)測(cè)
　　在煙氣脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，需要對(duì)幾個(gè)重要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
　　首先是系統(tǒng)進(jìn)口處的壓力、進(jìn)口煙氣中SO2濃度、O2濃度以及煙塵的濃度；在系統(tǒng)出口處同樣需要監(jiān)測(cè)SO2濃度、O2濃度、煙塵的濃度，同時(shí)還需監(jiān)測(cè)氮氧化物的濃度；增壓風(fēng)機(jī)的進(jìn)出口壓力和旁路擋板處的壓力差也是重要參數(shù)。
　　其次，在系統(tǒng)的石灰石制備過程中，我們需要對(duì)原料的倉料位、漿液箱的液位、密度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)獲得所需信息；在系統(tǒng)的吸收塔部分，我們關(guān)注的是吸收塔內(nèi)液體的PH值和吸收塔液位高度。
　　最后，我們還需要對(duì)煙氣的成分進(jìn)行分析。
　　2.2.2運(yùn)行控制對(duì)象的分析
　　增壓風(fēng)機(jī)的進(jìn)口壓力調(diào)節(jié)。增壓風(fēng)機(jī)的進(jìn)口壓力是一個(gè)很重要的參數(shù)，它主要用于克服系統(tǒng)的壓力損失?？刂葡到y(tǒng)將進(jìn)口壓力調(diào)為±0Pa，一般讓旁路煙氣擋板壓差為零來實(shí)現(xiàn)，這樣FGD的壓力損失得以彌補(bǔ)，并且不影響系統(tǒng)的運(yùn)行。
　　吸收塔的液位控制。在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，吸收塔的液位是逐漸降低的，這就需要對(duì)塔內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)水操作。由于除霧器的沖洗水是順控運(yùn)行，所以可以用除霧器的沖洗水來補(bǔ)充塔內(nèi)因排出而缺少的水，這樣就保證了吸收塔內(nèi)的液位穩(wěn)定。
　　石灰石漿液的流量調(diào)節(jié)。石灰石漿液的多少直接影響到吸收塔內(nèi)液體的PH值，一般將PH值維持在5.4-6.2即可。在調(diào)節(jié)回路中采用串級(jí)PID控制，在主調(diào)節(jié)器中鍵入煙氣量和SO2濃度值，在付調(diào)節(jié)器中鍵入相應(yīng)的石灰石漿液流量，若實(shí)際值與設(shè)定值不一致，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)石灰石漿液入口閥門，以此保持塔內(nèi)PH值的穩(wěn)定。
　　吸收塔內(nèi)石膏漿液外排的密度調(diào)節(jié)。通過控制旋流器的運(yùn)行數(shù)量和閥門開度就能調(diào)節(jié)石膏漿液的外排密度。利用密度計(jì)測(cè)出塔內(nèi)石膏漿液的密度，如果密度大于設(shè)定值，就需要增加旋流器的運(yùn)行數(shù)量，同時(shí)關(guān)小回流閥；反之，則減少旋流器數(shù)量，開大回流閥。
　　2.2.3系統(tǒng)的停運(yùn)與啟動(dòng)
　　若是短期停運(yùn)，如僅停運(yùn)幾小時(shí)，就不必停運(yùn)所有裝置，只需將循環(huán)漿泵、增壓風(fēng)機(jī)、石灰石漿液泵、氧化風(fēng)機(jī)停運(yùn)，并將煙氣系統(tǒng)全部切換至旁路。再次啟動(dòng)時(shí)，按照先后順序啟動(dòng)循環(huán)漿泵，將煙氣系統(tǒng)切換回FGD，啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)、氧化風(fēng)機(jī)、石灰石漿液泵。
　　若是長期停運(yùn)，就需要停運(yùn)所有設(shè)備，除了沖洗系統(tǒng)和攪拌器。啟動(dòng)時(shí)，按照正常開工順序啟動(dòng)即可。
　　2.3 脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的問題分析
　　2.3.1煙氣系統(tǒng)對(duì)鍋爐運(yùn)行的擾動(dòng)
　　在切換脫硫與FGD系統(tǒng)的擋板門時(shí)，煙氣系統(tǒng)會(huì)對(duì)爐膛內(nèi)的壓力有所擾動(dòng)，極有可能造成鍋爐MFT動(dòng)作。為了解決這一問題，當(dāng)脫硫擋板門使得爐膛壓力變化過大時(shí)，一般將MFT的動(dòng)作時(shí)間設(shè)定偏長，大于擋板門的開度時(shí)間。同時(shí)也可以單獨(dú)調(diào)定擋板門的動(dòng)作，保證爐膛內(nèi)壓力穩(wěn)定。
　　2.3.2儀表的選用
　　在整個(gè)系統(tǒng)中，需要監(jiān)測(cè)的參數(shù)很多，在選用儀表時(shí)要考慮沉積結(jié)垢、腐蝕性、磨損等等。在石灰石濕法脫硫技術(shù)中，PH計(jì)的使用因石灰石漿液的沖蝕或結(jié)垢容易老化，因此要對(duì)PH計(jì)定期清洗；同時(shí)，PH計(jì)測(cè)量的數(shù)據(jù)還受到溫度的影響，一般采用溫度補(bǔ)償法進(jìn)行修正。由于液面波動(dòng)，吸收塔液位的測(cè)量不能采用常規(guī)的測(cè)量方法測(cè)量，而采用壓差法測(cè)量。但用壓差法測(cè)量容易發(fā)生堵塞問題，目前尚無更好的測(cè)量方法。　　2.4 連州電廠石灰石濕法煙氣脫硫技術(shù)分析
　　下面以某電廠為例，分析石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)。
　　2.4.1系統(tǒng)流程
　　煙氣從電除塵器出來，被風(fēng)機(jī)引入吸收塔，順著塔內(nèi)向上流動(dòng)，與霧化的石灰石漿液相遇反應(yīng)洗滌，凈化后煙氣中含有的漿液微滴由兩個(gè)臥式除霧器除去。將脫硫后的煙氣加熱至80℃以上，再由煙囪排出。如表1所示是主要設(shè)計(jì)參數(shù)。
　　2.4.2主要設(shè)備
　　除了溫度、壓力測(cè)試儀和煙氣分析儀外，煙氣系統(tǒng)主要設(shè)備還有4個(gè)煙氣擋板，2臺(tái)密封風(fēng)機(jī)，2臺(tái)風(fēng)機(jī)電機(jī)入口處和出口處的煙氣分析儀均用于監(jiān)視煙氣中O2，SO2和氮氧化物的含量，并在DCS界面顯示出來。煙氣擋板分為主煙道煙氣擋板和旁路煙氣擋板，主煙道煙氣擋板安裝在系統(tǒng)的進(jìn)出口，主煙道關(guān)閉時(shí)用于連接密封空氣，防止系統(tǒng)內(nèi)的防腐襯膠被破壞。
　　2.4.3 FGD煙氣系統(tǒng)主要設(shè)備的運(yùn)行方式：
　　（1）氧化風(fēng)機(jī)有兩臺(tái)，一臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用；（2）在入口處，增壓風(fēng)機(jī)入口壓力投自動(dòng)控制；（3）用程序控制除霧器沖洗投，平均每隔2小時(shí)沖洗1次；（4）用三臺(tái)漿液循環(huán)泵交替運(yùn)行，定期切換備用泵可提高脫硫效率。
　　3 煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
　　3.1 石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)應(yīng)用將越來越廣，在未來的發(fā)展中仍是國內(nèi)外電廠的首選脫硫工藝，該技術(shù)還適用于傳統(tǒng)老機(jī)組的改造。
　　3.2 電子束法脫硫技術(shù)是一種新興脫硫技術(shù)，目前尚處于試驗(yàn)階段，國內(nèi)已經(jīng)由100MW機(jī)組向150MW機(jī)組發(fā)展，在小的發(fā)電機(jī)組領(lǐng)域也已逐步在加大其市場份額。
　　3.3 與濕法脫硫技術(shù)相比，旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法脫硫技術(shù)運(yùn)行費(fèi)用高，脫硫塔處理量較小，適用于煤中含硫量偏低的中小型電廠。
　　3.4 海水脫硫技術(shù)可在沿海地區(qū)大力推廣，為了保證較高的脫硫效率，必須在海水水質(zhì)穩(wěn)定且取排水方便的條件下進(jìn)行，這項(xiàng)工藝受到地域的限制。
　　3.5 隨著環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，我國的煙氣脫硫得到了足夠的重視，并取得了一定的成果和經(jīng)驗(yàn)，在未來，脫硫技術(shù)必將向著高脫硫效率、高利用率、低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、簡化流程的方向發(fā)展。
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