電廠脫硫煙氣系統(tǒng)的運行分析

摘 要：在今后很長的一段時間內(nèi)，我國的能源發(fā)展以煤炭發(fā)電為主，這樣就需要對電廠煙氣脫硫系統(tǒng)進行研究，文章詳細介紹了目前常用的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)，對脫硫的原理進行了研究，詳細分析了系統(tǒng)運行情況，并對脫硫技術(shù)的發(fā)展趨勢做出預(yù)測。

關(guān)鍵詞：電廠；脫硫技術(shù)；濕法煙氣脫硫；運行分析

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，對大氣造成嚴重污染，火力電廠發(fā)電尤為嚴重。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)達國家相比，我國的脫硫技術(shù)起步較晚，在20世紀90年代初期，我國開始大力興建電廠并引進國外先進的煙氣脫硫技術(shù)和裝置，引進的工藝成熟，設(shè)備先進，運行可靠，但由于運行和投資費用巨大，所以我國在國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上進行改造創(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、財力對脫硫技術(shù)進行研究，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)，包括三個過程：質(zhì)量傳遞、流體輸運和熱量傳遞[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、煙氣換熱器GGH冷卻后進入吸收塔。在吸收塔內(nèi)是以逆流進行洗滌吸收，煙氣由下向上流動，Ca（OH）2漿液由上向下流動，并通過噴淋設(shè)備進行霧化，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，在泵的帶動下將石膏漿液排出，石膏漿液再進入脫水系統(tǒng)進行一級脫水和二級脫水，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)的運行分析

2.2.1 重要參數(shù)的監(jiān)測

在煙氣脫硫系統(tǒng)運行的過程中，需要對幾個重要參數(shù)進行監(jiān)測。

首先是系統(tǒng)進口處的壓力、進口煙氣中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SO2濃度、O2濃度、煙塵的濃度，同時還需監(jiān)測氮氧化物的濃度；增壓風(fēng)機的進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，我們需要對原料的倉料位、漿液箱的液位、密度進行監(jiān)測，及時獲得所需信息；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，我們還需要對煙氣的成分進行分析。

2.2.2 運行控制對象的分析

增壓風(fēng)機的進口壓力調(diào)節(jié)。增壓風(fēng)機的進口壓力是一個很重要的參數(shù)，它主要用于克服系統(tǒng)的壓力損失。控制系統(tǒng)將進口壓力調(diào)為±0Pa，一般讓旁路煙氣擋板壓差為零來實現(xiàn)，這樣FGD的壓力損失得以彌補，并且不影響系統(tǒng)的運行。

吸收塔的液位控制。在系統(tǒng)的運行過程中，吸收塔的液位是逐漸降低的，這就需要對塔內(nèi)進行補水操作。由于除霧器的沖洗水是順控運行，所以可以用除霧器的沖洗水來補充塔內(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，若實際值與設(shè)定值不一致，系統(tǒng)會自動調(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。利用密度計測出塔內(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行數(shù)量，同時關(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)的停運與啟動

若是短期停運，如僅停運幾小時，就不必停運所有裝置，只需將循環(huán)漿泵、增壓風(fēng)機、石灰石漿液泵、氧化風(fēng)機停運，并將煙氣系統(tǒng)全部切換至旁路。再次啟動時，按照先后順序啟動循環(huán)漿泵，將煙氣系統(tǒng)切換回FGD，啟動增壓風(fēng)機、氧化風(fēng)機、石灰石漿液泵。

若是長期停運，就需要停運所有設(shè)備，除了沖洗系統(tǒng)和攪拌器。啟動時，按照正常開工順序啟動即可。

2.3 脫硫系統(tǒng)運行的問題分析

2.3.1 煙氣系統(tǒng)對鍋爐運行的擾動

在切換脫硫與FGD系統(tǒng)的擋板門時，煙氣系統(tǒng)會對爐膛內(nèi)的壓力有所擾動，極有可能造成鍋爐MFT動作。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，一般將MFT的動作時間設(shè)定偏長，大于擋板門的開度時間。同時也可以單獨調(diào)定擋板門的動作，保證爐膛內(nèi)壓力穩(wěn)定。

2.3.2 儀表的選用

在整個系統(tǒng)中，需要監(jiān)測的參數(shù)很多，在選用儀表時要考慮沉積結(jié)垢、腐蝕性、磨損等等。在石灰石濕法脫硫技術(shù)中，PH計的使用因石灰石漿液的沖蝕或結(jié)垢容易老化，因此要對PH計定期清洗；同時，PH計測量的數(shù)據(jù)還受到溫度的影響，一般采用溫度補償法進行修正。由于液面波動，吸收塔液位的測量不能采用常規(guī)的測量方法測量，而采用壓差法測量。但用壓差法測量容易發(fā)生堵塞問題，目前尚無更好的測量方法。

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)機引入吸收塔，順著塔內(nèi)向上流動，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)計參數(shù)。

2.4.2 主要設(shè)備

除了溫度、壓力測試儀和煙氣分析儀外，煙氣系統(tǒng)主要設(shè)備還有4個煙氣擋板，2臺密封風(fēng)機，2臺風(fēng)機電機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)的進出口，主煙道關(guān)閉時用于連接密封空氣，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)備的運行方式：

（1）氧化風(fēng)機有兩臺，一臺運行一臺備用；（2）在入口處，增壓風(fēng)機入口壓力投自動控制；（3）用程序控制除霧器沖洗投，平均每隔2小時沖洗1次；（4）用三臺漿液循環(huán)泵交替運行，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

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)，目前尚處于試驗階段，國內(nèi)已經(jīng)由100MW機組向150MW機組發(fā)展，在小的發(fā)電機組領(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)運行費用高，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行，這項工藝受到地域的限制。

3.5 隨著環(huán)保意識的加強，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，在未來，脫硫技術(shù)必將向著高脫硫效率、高利用率、低運行維護費用、簡化流程的方向發(fā)展。

參考文獻

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[3]余達蔚，梁雙印.石灰石-石膏濕法脫硫節(jié)能減排的技術(shù)進展[J].中國電力教育，2009，（SI）：358-360.

[4]姜正雄，魏宇.燃煤電廠石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)概述[J].新技術(shù)新產(chǎn)品，2012（2）：60-65.

作者簡介：李曉鵬（1984，12-），男，回族，本科，寧夏中寧縣人，工作單位：寧夏中寧發(fā)電有限責(zé)任公司，主要從事火電廠脫硫運行工作。