火電廠脫硫系統(tǒng)智能優(yōu)化管理分析

國家電投集團河南電力有限公司技術(shù)信息中心 郅云翔

火電廠對脫硫系統(tǒng)進行科學(xué)應(yīng)用，能保障排放的物質(zhì)符合環(huán)境保護的要求，避免對自然環(huán)境和人們身體健康造成影響。現(xiàn)階段在我國火電廠優(yōu)化升級過程中脫硫系統(tǒng)發(fā)揮著不可或缺的作用，不僅能降低煙氣對大氣的污染，還能對經(jīng)濟的發(fā)展進行有效助力。

1 火電廠脫硫系統(tǒng)智能優(yōu)化管理探究

1.1 脫硫系統(tǒng)運行機制

1.1.1 脫硫系統(tǒng)運行流程

對濕法脫硫系統(tǒng)進行分析，從電除塵器中排出的煙氣經(jīng)由增壓風(fēng)機BUF進到換熱器GGH中，當(dāng)煙氣的溫度下降后再進入吸收塔Abs，并和石灰石漿液進行充分混合。經(jīng)過反應(yīng)漿液中的部分水被蒸發(fā)，煙氣的溫度進一步降低，通過石灰石漿液的洗滌，可去除煙氣中95%的二氧化硫，此外還能100%去除氯化氫。在吸收塔的頂部，煙氣穿過除霧器Me除去煙氣中大部分的水分[1]。在進入煙囪前去除二氧化硫的煙氣通過換熱器，溫度處于持續(xù)上升的狀態(tài)。一般情況下，吸收塔處的溫度在60℃左右，溫度大小與燃料的種類有著密切地聯(lián)系。

現(xiàn)階段，配置GGH的脫硫系統(tǒng)煙氣出口溫度一般在80℃左右，不配置GGH的脫硫系統(tǒng)煙氣出口溫度在45～55℃。許多脫硫系統(tǒng)中都設(shè)置了煙氣旁路擋板，在正常運行時都處于閉合狀態(tài)，如發(fā)生緊急情況擋板開啟，煙氣將不會進入二氧化硫去除裝置而直接進入煙囪系統(tǒng)。石灰石漿液從吸收塔的沉淀槽中進入噴嘴集管中，漿液噴淋下落的過程中就會與上升的煙氣發(fā)生反應(yīng)。煙氣中的二氧化硫會融入到水溶液中并會被堿性物質(zhì)中和，從而實現(xiàn)脫除二氧化硫目的。石灰石漿液中的碳酸鈣和二氧化硫、氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終形成石膏。把這些石膏從溶液中分離，石膏漿液從吸收塔中排出來、通過脫水機脫水，把脫硫石膏進行統(tǒng)一存儲。

1.1.2 關(guān)鍵系統(tǒng)

煙氣系統(tǒng)。在系統(tǒng)中的擋板在煙氣進入和退出等操作中發(fā)揮重要作用，它被設(shè)置在煙道進出口。2012年環(huán)保部門要求統(tǒng)一取消脫硫煙氣旁路，所以2012年后新建的火電廠脫硫系統(tǒng)已不再設(shè)置煙氣旁路與旁路擋板。經(jīng)濕法脫硫的煙氣溫度在50℃左右，其中含有大量的水汽和二氧化硫、三氧化硫、氯化氫等，此外其中攜帶的SO32－鹽會出現(xiàn)結(jié)露情況，如不進行妥善處理會出現(xiàn)酸霧，這時就需使用氣換熱器進行再加熱處理。

吸收系統(tǒng)。這個系統(tǒng)的優(yōu)勢在于對煙氣污染物進行吸附；漿液制備。制備的漿液主要包括濕磨制漿和干粉制漿兩種；石膏脫水系統(tǒng)。整個系統(tǒng)包括旋流器和脫水機等設(shè)備；排放系統(tǒng)。主要由漿池、區(qū)域漿池和排放設(shè)備組成；熱功能控制系統(tǒng)。它采用自動化運行的模式，不需要他人進行監(jiān)管，能對整個系統(tǒng)進行有效地控制、監(jiān)管和調(diào)節(jié)，發(fā)現(xiàn)問題時能自動報警。

1.1.3 脫硫系統(tǒng)評價方案

對脫硫系統(tǒng)進行分析，掌握其運行特征，提取每個環(huán)節(jié)的運行指標(biāo)并進行計算，從而制定出全面、科學(xué)的評價方案，從成本投入、電耗情況、物耗情況、排污分析、收益產(chǎn)出、減排分析、石膏回收七方面進行探究[2]。為對脫硫系統(tǒng)進行直觀評價，明確智能優(yōu)化管理的前進方向，要匯總各項成本收益指標(biāo)，通過數(shù)據(jù)整合和計算的方法得到具體的支出費用，從而為綜合評價工作提供科學(xué)依據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)分析及評估依據(jù)

對脫硫系統(tǒng)的各項指標(biāo)進行精準(zhǔn)計算，能對智能優(yōu)化管理進行科學(xué)評判，明確系統(tǒng)運行的真實情況。脫硫系統(tǒng)的成本為：耗電量+脫硫劑成本+耗水成本+環(huán)保稅－脫硫產(chǎn)物（環(huán)保、減排、石膏）；脫硫劑成本的總成本為：其中P2為脫硫劑的消耗的資金，一般情況下石灰石的價格在60元左右。為煙氣入口的濃度，為煙氣出口的濃度，δ×CaCO3為脫硫的純度。

脫硫系統(tǒng)消耗的水量的公式為C3=0.00804P3×Mgas(V2-V1)，其中P3為每噸水的價格，V代表著煙氣的濕度。環(huán)保稅的金額公式為，P4是環(huán)保稅的稅額，λ的取值范圍在1.2到12之間、表示環(huán)保稅減系數(shù)；石膏回收情況公式為：，其中P5為石膏的市場價值。

1.3 優(yōu)化管理模式探究

本文把系統(tǒng)運行評價探究、脫硫狀態(tài)和智能篩選系統(tǒng)進行有機整合，形成脫硫系統(tǒng)智能優(yōu)化管理模板。脫硫系統(tǒng)智能化運行的基本路徑為：利用脫硫系統(tǒng)一次數(shù)據(jù)接口以及錄入平臺，采集到實時運行數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)，經(jīng)過進一步優(yōu)化處理獲取到為二次數(shù)據(jù)，打造完備的數(shù)據(jù)平臺。之后對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行分析，通過系數(shù)平臺對實時和歷史數(shù)據(jù)進行篩選，建立脫硫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，并明確各個運行態(tài)勢的評估指標(biāo)。然后對脫硫系統(tǒng)的運行情況進行實時地監(jiān)控，利用評價板塊獲取到工況的真實評價，并找尋到與工況相近的最佳模式，為系統(tǒng)運行提供直觀數(shù)據(jù)指標(biāo)。

圖1 脫硫系統(tǒng)動態(tài)管理和最優(yōu)運行路徑

2 案例分析

2.1 脫硫效果和運行管理

對脫硫系統(tǒng)進行判斷時主要探究是二氧化硫濃度，此外要保障液漿循環(huán)泵處于停滯狀態(tài)，且其pH值沒有明顯波動。對脫硫系統(tǒng)運行情況進行探究，在第一天時機組的負荷為256MW、二氧化硫的濃度值為2425mg/m3，這時為低成本運行工況；在第五天時機組的負荷為303MW、二氧化硫的濃度值為2150mg/m3，這時為低成本運行工況。

2.2 效果評估

對脫硫系統(tǒng)的成本情況進行分析，歷史運行狀態(tài)中主要的成本為脫硫試劑和電費。其中電費占據(jù)整體的80.1%左右、脫硫試劑占據(jù)整體的16.2%左右、水費占據(jù)整體的1.4%左右、排污稅占據(jù)總體的1.7%左右、其他費用占據(jù)整體的0.6%。對各種運行態(tài)勢進行分析可知，脫硫系統(tǒng)成本支出的金額上下浮動較大，并與運行模式有直接聯(lián)系。由此可知要想對脫硫系統(tǒng)進行智能優(yōu)化管理就應(yīng)從耗電角度進行優(yōu)化，挖掘其節(jié)能潛力。

把機組負荷設(shè)置為固定值300MW，探究不同二氧化硫濃度下脫硫系統(tǒng)運行的成本。根據(jù)采集的數(shù)據(jù)顯示，如脫硫系統(tǒng)入口煙氣二氧化硫的質(zhì)量濃度為1850mg/m3，那么低工況成本為1750/元·h-1，一般工況成本為1800/元·h-1，成本差為50/元·h-1；二氧化硫的質(zhì)量濃度為1950mg/m3，那么低工況成本為2400/元·h-1，一般工況成本為2480/元·h-1，成本差為280/元·h-1；二氧化硫的質(zhì)量濃度為2350mg/m3，那么低工況成本為1900/元·h-1，一般工況成本為2200/元·h-1，成本差為510/元·h-1；二氧化硫的質(zhì)量濃度為2450mg/m3，那么低工況成本為1750/元·h-1，一般工況成本為2250/元·h-1，成本差為1380/元·h-1；二氧化硫的質(zhì)量濃度為2800mg/m3，那么低工況成本為1950/元·h-1，一般工況成本為2000/元·h-1，成本差為90/元·h-1。其中的成本差主要表示對系統(tǒng)進行智能優(yōu)化管理的效果。現(xiàn)階段隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，相同負荷的不同運行模式更加豐富全面，節(jié)能效果得到明顯的提升，成本的壓縮空間逐漸變小，但脫硫系統(tǒng)的智能優(yōu)化管理還是具有較大發(fā)展空間。

2.3 優(yōu)化措施

在火電廠脫硫系統(tǒng)中最重要的是雙塔脫硫系統(tǒng)。結(jié)合某個火電廠的脫硫工況指標(biāo)和參數(shù)進行探究。當(dāng)負荷為260MW，進入雙塔脫硫系統(tǒng)的二氧化硫濃度為2349mg/m3，脫硫的成本為1748元·h-1，一級塔循環(huán)運行泵為C，一級塔循環(huán)運行泵為BD，排煙二氧化硫的質(zhì)量濃度為29.21mg/m3；當(dāng)負荷為302MW，進入雙塔脫硫系統(tǒng)的二氧化硫濃度為2409mg/m3，脫硫的成本為1742元·h-1，一級塔循環(huán)運行泵為C，一級塔循環(huán)運行泵為AC，排煙二氧化硫的質(zhì)量濃度為25.63mg/m3；當(dāng)負荷為301.5MW，進入雙塔脫硫系統(tǒng)的二氧化硫濃度為3258mg/m3，脫硫的成本為2279元·h-1，吸收塔1的pH值為4.23，吸收塔1的pH值為5.61，一級塔循環(huán)運行泵為C，一級塔循環(huán)運行泵為AD，排煙二氧化硫的質(zhì)量濃度為18.50mg/m3。

由此可知，如過度追求脫硫效果，就會導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)運行成本有明顯攀升。此外可利用高額的脫硫成本對污染物的排放情況進行有效地控制，但會對火電廠經(jīng)濟效益造成一定的影響。對歷史運行情況進行探究可知，最佳的脫硫系統(tǒng)運行方案為應(yīng)把系統(tǒng)的耗電控制在200元/h左右，年運行在4800～5200h之間，這樣火電廠能節(jié)約45萬元左右的支出。

綜上，火電廠應(yīng)對脫硫系統(tǒng)進行優(yōu)化升級，提升管理的水平和質(zhì)量。采取分散控制管理的模式，這樣能豐富脫硫系統(tǒng)的應(yīng)用功能，提升整體的智能化效果，保障脫硫系統(tǒng)運行的可靠性。這樣能對周圍的生態(tài)環(huán)境進行有效保護，促進經(jīng)濟效益和生態(tài)文明的同步優(yōu)化，提升社會的可持續(xù)發(fā)展能力。