火力發電廠脫硫系統中的石膏脫水系統控制策略優化設計

胡建垠

（大唐環境產業集團股份有限公司特許經營分公司，江蘇 南京211100）

1 概述

石膏脫水系統的作用是將在吸收塔（預洗塔）中產生的石膏漿液進行脫水制成石膏餅后排出。石膏脫水系統包括：石膏漿液旋流器，真空皮帶脫水機，真空泵，濾餅濾布沖洗水箱，濾餅濾布沖洗水泵，石膏庫等。吸收塔內的石膏漿液經石膏排出泵送到石膏旋流器，然后分為兩路，一路是濃縮后的漿液（底流）進入石膏底流箱，通過石膏漿流泵送到真空皮帶脫水機脫水后制成石膏；另一路是濃度較低的漿液（溢流）通過稀漿罐和廢水旋流器緩沖箱返回吸收塔或進入廢水系統。真空皮帶脫水機是通過真空抽吸漿液達到脫水的目的，濾布是通過一條重型橡膠皮帶傳送的。從真空皮帶脫水機脫除的濾液進入濾液箱，用濾液泵輸送到濕磨制漿系統再利用。脫水后的石膏餅直接進入石膏庫存放、外運。

隨著我們國家對環保及節能減排越來越重視，石膏脫水系統控制策略優化也非常有必要，一是可以節省廠用電，二是可以提高脫硫系統運行的穩定性，三是可以提高石膏品質，確保石膏再利用，杜絕不合格的石膏由于處置不當造成的惡劣環保事件。

2 優化前存在的問題

通過對某電廠現場實際調查發現原真空皮帶脫水機可通過石膏濾餅厚度測量實現單回路自動調節皮帶機轉速控制，石膏濾餅厚度自動調節的設定值為10mm，每次真空皮帶機運行時，由于石膏濾餅厚度設定值偏低，電機轉速自動控制在較高轉速下運行，造成電機耗電量增加，真空皮帶脫水機在運行時，由于石膏漿液下料的不均衡性可能會造成皮帶受力不一致，在脫水電機的驅動下，易造成皮帶跑偏，皮帶跑偏有兩種處理方式，一是正常情況下，脫水皮帶機自帶糾偏裝置，可以自動糾偏，這一過程時間相對較短，另一種是異常情況下，自動糾偏裝置無法實現自動糾偏，需通過檢修人員人為干預，及時處理才能完成皮帶糾偏工作，這一過程時間較長，無論時間長短，在完成皮帶糾偏的這一時間段，由于皮帶機轉速過快，跑偏的皮帶會加速磨損，一旦磨損部分的皮帶表面劃痕加深，會增加接觸間隙，導致真空漏量加大，吸水能力下降，引起落入石膏庫的石膏含水量較高（設計值低于10%），嚴重時造成石膏含水率過大，石膏過稀，無法作為銷售再利用，只能花錢作為固廢處置，易造成環保污染事件的發生，環保達標風險增大。通過對該電廠現場實際檢查發現，兩臺真空皮帶脫水機均有不同程度的磨損，真空度也有不同程度的下降。

通過調閱真空皮帶脫水機運行歷史曲線發現，當皮帶磨損未加劇的時間段，脫水皮帶機維持在較高的真空度運行，過高的真空度造成石膏含水率大于規定的石膏品質對含水率的要求，由于真空泵是工頻運行，無法調節出力大小，造成真空泵無畏的出力浪費，間接的浪費真空泵的耗電量。在調閱皮帶磨損后導致真空度下降的這段時間曲線，同樣也存在真空泵雖是滿負荷出力運行，但由于脫水皮帶機基礎間隙增大導致的真空泄漏，直接造成真空泵耗電量的浪費。

3 優化設計

根據現場調查結果，我們考慮優化設計主要從三個方面實現：

3.1 提高設備可用性。首先，我們在脫硫系統真空皮帶脫水機的控制策略優化前，著手對現場基礎設備加強整治。針對真空度降低的原因，首先從脫水機的皮帶劃痕修復入手，采用人工修復皮帶磨損部分的劃痕，減少皮帶與真空盒之間的間隙，同時考慮到自動糾偏裝置運行的可靠性，檢查更換了空濾器、電磁閥、糾偏氣囊等故障設備，確保糾偏裝置可靠迅速動作，減少糾偏時間，避免造成不必要的皮帶異常磨損，從而導致惡性循環。

3.2 提高運行人員操作技能。脫硫吸收塔漿液密度正常控制1080～1130kg/m3，最高不超過1200kg/m3，根據吸收塔漿液密度的控制要求，決定了真空皮帶脫水機等系統設備啟停的間隔，啟停間隔的時間取決于運行人員對脫硫吸收塔系統的控制操作，通過提高運行人員操作技能，加強運行工況調整，全局考慮吸收塔漿液密度與pH 值的匹配對出口排放的控制要求，可以有效的控制吸收塔漿液密度，在滿足達標排放的基礎上可延長真空皮帶脫水機等系統設備啟停的間隔，間接降低電耗。

石膏脫水系統的啟動應嚴格按照運行規程要求執行，以該廠為例，石膏脫水系統的啟動運行規程要求如下：（1）確認濾布調偏壓縮空氣壓力正常，閥門開關位置正確。（2）開啟真空泵密封水門。（3）關閉濾布沖洗水箱放水門，開啟濾布沖洗水箱工藝水補水門，向濾布沖洗水箱上水至正常液位。（4）確認濾液水箱水位正常，投入濾液水泵及濾液水回流管氣動門液位聯鎖。（5）開啟濾布沖洗水泵進出口門、濾布清洗水管道、真空箱密封水、皮帶滑道潤滑水各進水門。（6）檢查脫水系統DCS無報警。（7）啟動真空皮帶機功能子組。（8）開真空泵密封水門。（9）啟動真空泵。（10）啟動濾布沖洗水泵。（11）啟動真空皮帶機。（12）調整真空皮帶機各項參數。（13）調整皮帶滑道潤滑水流量至規定范圍。（14）調整真空箱密封水至規定范圍。（15）調整濾布沖洗水至規定范圍。（16）調整真空泵密封水流量至規定范圍。（17）啟動濾液水泵。（18）根據實際情況投入或解除濾液水箱液位聯鎖。（19）濾液水箱液位滿足攪拌器啟動條件時，啟動濾液水箱攪拌器并投入聯鎖。（20）關閉濾液水泵進口管道排放門。（21）開啟濾液水泵進口手動門。（22）啟動濾液水泵并投入聯鎖。（23）開啟濾液水至吸收塔排漿回流管道氣動門并投入聯鎖。（24）投入石膏水力旋流器。（25）開啟石膏漿液供給箱進口氣動門。（26）投入石膏排出泵至吸收塔再循環門自動。（27）根據石膏漿液量確定投入旋流子個數。（28）調整真空皮帶機轉速，控制濾餅厚度。（29）投入廢水旋流器。（30）關閉廢水旋流器給料罐排放閥。（31）開啟廢水旋流器給料泵的進、出口門。（32）啟動廢水旋流器給料泵。（33）開啟并調整廢水旋流器給料泵出口再循環門。（34）根據廢水量及旋流器壓力確定投入旋流子個數。

3.3 優化石膏脫水系統控制策略。在完成現場基礎設備治理，有效保證真空度無設備原因造成的不必要的泄漏的基礎上，我們考慮將真空皮帶脫水機和真空泵在最經濟模式下匹配運行以達到縮短真空皮帶脫水機電機啟動運行的時間，降低電耗。真空泵是工頻運行，出力相對固定，匹配運行的關鍵就從真空皮帶脫水機達設計值運行制定優化方案，方案從真空皮帶脫水機自動調節控制著手，優化石膏濾餅厚度自動控制邏輯，充分利用與真空泵出力的匹配，在滿足石膏含水率品質的前提下處理相同石膏漿液較改之前有效縮短電機投運時間。

通過對石膏濾餅厚度自動調節邏輯的反復試驗和結合對石膏含水率化驗報告，同時也是為了滿足真空皮帶脫水機與真空泵出力匹配運行的工況下，最終確定了石膏濾餅厚度自動調節的設定值在15～20mm范圍內區間設定，運行人員可依據實際運行工況需求，合理給定設定值。由于對石膏濾餅厚度設定值的提高，通過脫水機電機變頻器的自動調節，降低了脫水機運行的轉速，減少了皮帶的磨損，增加了皮帶的使用壽命，節約了維護成本。

4 優化后的效果

通過現場基礎設備治理提高了脫水機真空度，解決脫水系統異常情況下石膏含水率高問題，確保石膏含水率品質合格。石膏作為脫硫系統的副產物可以為石膏板等建材廠家利用，作為銷售可增加經營收入。但是一旦石膏品質不合格，不僅不會帶來創收的效益，同時不合格的石膏在處置的過程中也會帶來環境污染，發生環保輿情異常事件。

另外據初步估算，通過對真空皮帶脫水機等系統設備啟停的間隔的合理控制，每天可減少真空皮帶脫水機運行時間1 小時，通過石膏濾餅自動調節設定值的優化設計，實現了真空皮帶脫水機出力與真空泵出力匹配運行，相同的待處理石膏漿液每天可減少真空皮帶脫水機投運時間約4 小時，按照真空皮帶機每小時耗電約15KW 估算，一年節省電量約27375KW/臺，約合人民幣1.5 萬元/臺，同時優化控制的設計也延長了真空皮帶脫水機濾布的使用壽命，降低了維護成本，可節約1 萬元/臺.年。

5 結論

通過對脫硫系統真空皮帶脫水機控制策略的優化，不僅可以帶來降低維護成本的間接經濟效益，而且可以有效的實現節能降耗的直接經濟效益，滿足環保要求，同樣的優化設計理念也可適用于耗電量更大的高壓變頻電機自動控制優化，實施效果更加明顯。