50MW热电机组烟气脱硫工艺控制策略

　(总第60期)　　　　　　　　JOURNALOFELECTRICPOWER　　　　　　　　(Sum.60)

文章编号:　1005-6548(2002)03-0195-04

50MW热电机组烟气脱硫工艺控制策略

姜天云1

(11太原第一热电厂,山西太原　030021)

X

TheControlMethodonFGDProeessin500MWUnitsinPowerPlant

JIANGTian2yun1

(11TaiyuanNo.1PowerPlant,Taiyuan　030021,China)

摘　要:　对太原第一热电厂16#机组烟气脱硫系统从工艺和控制两方面进行了分析,并提出了实现烟气脱硫工艺控制的思路和控制要点。关键词:　烟气脱硫;工艺控制;热电厂中图分类号:　X773　　文献标识码:　B

Abstract:　ThearticlehasanalyzedtheFGDsystemonprocessandcontrolaspectsinNo.16unitsinTaiyuanNo.1HeatPowerPlant,andputupthecon2trolwayandmainpointsthatrealizetheproeess.KeyWords:　FGD;processcontrol;powerplant

的底部有一个一定容积的浆液池(浆池容积要同时满足浆液循环停留时间和石膏结晶停留时间的要求),浆液循环泵从吸收塔浆池底部将浆液升压后从吸收塔上部的一系列浆液喷嘴喷出形成水雾(或水帘)以洗涤烟气,烟气中的二氧化硫被吸收剂溶解吸收后随吸收剂液滴落入吸收塔浆池,并发生反应生成亚硫酸盐,浆池中的pH值随之降低。为了保持吸收剂足够的碱度及对二氧化硫的中和能力,制浆系统将石灰石粉与工艺水配制成重量浓度30%的石灰石浆液不断的补入吸收塔浆池,并在浆池

中生成石膏;经过吸收反应后的石膏浆液经浆液抽

1　烟气脱硫工艺简介

太原第一热电厂16#机组烟气脱硫系统采用石灰石—石膏温法烟气脱硫工艺,由烟气系统、制浆系统、吸收系统、副产品石膏处理系统、工艺水系统、控制/工艺用空气系统等构成,工艺流程见下页图1。原理为:烟气经脱硫风机加压后进入吸收塔,经浆液喷淋洗涤、除雾器除雾后排入烟道,并与13#、14#机组的热烟气混合达到露点以上温度,不

出泵升压后进入水力旋流器进行固液的初步分离,稀液返回吸收塔再利用,浓浆液经石膏泵送入脱水机进行脱水,生产出二水石膏(含有10%左右的水分)。

本脱硫装置的工艺控制主要有:石灰石浆液浓度的控制、石灰石浆液补给流量的控制、除雾器冲洗水的控制及重要联锁保护等。

2　吸收剂—石灰石浆液加入量的控制

脱硫率和石灰石过剩率是衡量脱硫装置整体设计和运行质量的最主要的指标。影响脱硫率的因素很多,如烟气在吸收塔内的流速、吸收塔内烟

设烟气加热器;石灰石粉与工艺水按一定比例配成一定浓度(一般为30%重量浓度)的石灰石浆液,经石灰石浆液输送泵、调节阀送入吸收塔;吸收塔

X收稿日期:　2002-06-03

　　　作者简介:　姜天云(1984-),男,籍贯,太原第一热电厂工程师,从事烟气脱硫的研究、工程设计工作。

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气温度、吸收剂液滴在吸收区的停留时间、液气比、吸收剂pH值等;影响石灰石过剩率的因素有:吸收剂pH值、吸收塔浆池容积大小、石灰石的反应性能

等。其中吸收剂pH值是整个脱硫系统最关键的、可以控制的工艺参数。

图1　工艺流程图

　　一般来讲,吸收剂pH值提高对吸收二氧化硫有利,但石灰石过剩率会增大;吸收剂pH值降低对降低石灰石过剩率有利,但对二氧化硫的吸收能力会降低。二氧化硫的吸收过程包含了气相间、气相向液相、液相间传质的所有理化过程,当pH值大于一定值(如5.5),吸收过程受气膜传质控制,提高PH值对二氧代硫的吸收将没有作用;当pH值低于一定值(如4.5),吸收过程受液膜控制,PH值降低将直接影响二氧化硫的吸收。pH值能控制在使气膜传质与液膜传质相平衡的情况下,即pH值在4.5～5.5之间是最理想的。

加入吸收塔的石灰石浆液量使脱硫装置稳定在理想的状态,吸收塔浆液pH值是衡量脱硫装置运行水平的重要控制指标,但石灰石浆液加入量的变化需要较长时间才能反映在吸收塔浆池的pH值变化上,因此不适合用pH值来控制。脱硫率是直接反映脱硫装置运行水平的重要控制指标,但同样由于加入石灰石浆液量的变化需要较长时间才能反映在脱硫率的变化上,也不适合用脱硫率来控制。因此我们考虑通过控制物料平衡的思路来解决这个问题,如果能够控制石灰石浆液加入量与吸收二氧化硫需要的石灰石浆液量始终相等,那么脱硫装置就会稳定在最理想的状态下运行,因此用烟气中需要脱除的二氧化硫量换算出需要加入的石灰石浆液补给流量作为流量控制的给定值来控制流量调节阀的开度是合理的。用该值与石灰石浆液流量表指示值比较来控制石灰石浆液流量调节阀的开度,可以使石灰石浆液加入量准确的跟踪烟气的变化。

分析吸收二氧化硫的化学反应过程可以看出,每吸收1mol的二氧化硫需要1mol的CaCO3,由此可以计算出需要加入石灰石浆液的量为

F=K・P1・F1・X1/(273+t1)1

此外石灰石在中性水中的溶解度是很低的,需要在酸性条件下溶解,以利于进一步反应;亚硫酸盐被鼓入的空气氧化的过程也要求在酸性条件进行,PH过高会出现亚硫酸盐过早析出,有时还会出现石

膏过饱和造成严重的结垢问题。这也是pH值要控制在4.4～5.5之间的重要原因。

pH值的控制是通过调节石灰石浆液的补给流

量来实现的,由于锅炉负荷要经常调整,燃煤品质时好时坏,因此进入吸收塔的烟气量、烟气含硫量随时在变,要求吸收剂石灰石浆液的加入量随之调整。

该调节系统设计上最大的困难是确定用什么量来控制石灰石浆液的补给流量。我们希望通过调节

式中:K———系数;

　P1———吸收塔入口烟气压力,kg/cm;

2

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　F1———吸收塔入口烟气流量,m/h;

　X1———吸收塔入口烟气中二氧化硫浓度,

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每根冲洗水管装有多个冲洗喷头,喷头的型号和数量要根据水量分配情况、覆盖面的大小以及控制的需要来综合考虑。冲洗水管共分4层,每层分两片共8片,依次冲洗,每片冲洗时的最大瞬间水量不得大于母管所能提供的总水量。冲洗时间及与下次冲洗的间隔时间要设置合理,冲洗太频繁会造成控制阀门寿命降低、能耗增加;冲洗间隔时间太长,则易在除雾器上形成石膏结晶,形成永久结垢。

在每片冲洗水管的母管上安装一个气动开闭阀,依次间断开启这些气动门对除雾器分片进行冲洗,每片的冲洗时间不能重叠,否则瞬间水量太大。由于除雾器的下部较上部结垢的可能性要大,因此下部的冲洗时间可设置的长一些。

吸收塔的补水要全部从除雾器的冲洗水管补进,吸收塔的液位就要靠控制冲洗水量来实现。冲洗水喷头要求工作在一定的压力范围,如果用流量或压力调节来控制冲洗水量势必影响喷头的工作压力,影响除雾器的冲洗效果,另外,除雾器的冲洗是间断进行的,控制效果也难以保证,因此需要寻求其他解决办法。本文提出以下两套方案供参考。

mg/m3;

　t1———吸收塔入口烟气摄氏温度,℃。

在计算机控制系统(DCS)中,石灰石浆液流量控制的给定变量F可以通过采集入塔烟气的流量、压力、温度和二氧化硫浓度表的数据并与脱硫装置的设计参数脱硫率、石灰石过剩率、石灰石浆液浓度、石灰石纯度、石灰石密度等设计参数进行运算而得到,将变量F作为石灰石浆液流量的设定值并与石灰石浆液流量表的测量数值进行跟踪比较,来调节石灰石浆液流量调节阀的开度。实际运行过程中可能会有一些不确定因素造成控制误差,因此要用吸收塔浆池pH值和一个运行人员可修改的修正系数进行修正,pH值的给定值可设置为5.4。

3　吸收塔补水及除雾器冲洗水的控制

在脱硫系统运行过程中,吸收剂从喷头中喷出形成雾滴,增大了吸收剂与烟气接触的比表面积,从而提高脱硫效率。但部分细小的雾滴会被高速流动的烟气携带进入后面的流程,如不将其除去,会造成后部烟道的严重结垢、腐蚀,因此在吸收剂喷头的上方要安装高效除雾器。烟气中携带的吸收剂雾滴会在除雾器上集结成较大的液滴落入吸收塔浆池,这些液滴中的硫酸钙、碳酸钙等很容易在除雾器上结垢,因此要进行冲洗,定期间断冲洗是为了用有限冲洗水量集中冲洗以保证冲洗强度。

由于吸收剂在洗涤冷却烟气的同时部分工艺水蒸发变成出塔烟气中的饱和水蒸汽被烟气带走,工艺水还会作为石膏的结晶水、携带水被带走,为了保持吸收塔内的氯根不超标必须有一部分的脱出水作为排污水外排等,因此吸收塔内需要一定量的补水。

由于除雾器的冲洗过程也是一个脱硫过程,在不造成出塔烟气带水过多的情况下,吸收塔的补水以除雾器冲洗水的形式进入,对提高脱硫效果和提高除雾器的冲洗效果均有好处。因此本脱硫装置的吸收塔补水全部以除雾器冲洗水形式进入吸收塔。

除雾器的上面和下面分别布置多根冲洗水管,

311　程控方案

分别设计两套程控,一套用于吸收塔液位偏高的情况,平均冲洗水量低一些;另一套用于吸收塔液位偏低的情况,平均冲洗水量高一些。一个冲洗周期的情况如图2所示。

图2　一个冲洗周期示意图

图2中:t1到t8分别为第一片到第八片的冲洗Δt为相邻两片的冲洗间隔时间,其间任何一时间,

片都不冲洗。通过调整冲洗时间或冲洗间隔时间设置两套程序,当吸收塔液位达到高限时,DCS自动切换到平均水量较低的一套程序运行;当吸收塔液位达到低限时,自动切换到平均水量较高的一套程序运行。在不同的吸收塔液位水平下都能达到调节水量的目的。

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312　程控加调节方案

在311方案的基础上我们可以将冲洗间隔时间作为一个随吸收塔液位变化而变化的变量。在程控方案中冲洗间隔记时器的时间设定值是预先设定好的,在本方案中,我们可以让这个时间设定值作为一个变量,这个中间变量由从吸收塔液位表中读取的数据通过一定的运算得到。我们让这个变量在作以下运算并在每个冲洗周期结束时刷新数据:

Tk+1=T0+K・Tk・(L-L0)/L0.

液浓度表投运;③浆池液位控制回路和浆液浓度控制回路投自动;④浆液浓度达到30%时,向吸收塔补浆的石灰石浆液流量控制系统投自动。

5　脱硫系统的重要保护

石灰石—温法烟气脱硫工艺中需要重点考虑的保护有以下两方面:

511　吸收塔防腐涂层的保护

由于吸收塔内介质是酸性固体颗粒,从浆液喷头喷出的速度很高,因此吸收塔内壁要涂上防磨耐腐蚀涂层,一般为丁基橡胶或乙烯基玻璃鲮片,这种材料耐高温是有限的。吸收塔一旦形成干烧(烟气通过时没有浆液洗涤冷却)或进入吸收塔的烟气温度过高都可能造成吸收塔内防腐涂层的损坏,如未被及时发现还可能腐蚀吸收塔,后果非常严重。因此在吸收塔入、出口烟气温度超高或浆液循环泵全部停运时,均应先启动烟道旁路挡板门快开,打开紧急喷水阀,然后关闭吸收塔出入口挡板门,以保护吸收塔的防腐衬里。

式中:T0———根据吸收塔水平衡计算的理论冲洗间

隔时间;

　L0———吸收塔正常工作液位;

　K———修正系数,用于运行人员根据实际情

况调整调节幅度;

　L———吸收塔的实际液位,从吸收塔液位计

中读取。

从上面的运算式中可以看出,当吸收塔液位高于正常液位时,在下一冲洗周期中冲洗间隔时间将相应增加,以减少冲洗水的平均流量,并随着吸收塔液位的回落,调整幅度逐渐降低,直到L=L0不再进行调整;反之,同理。

需要说明的是本方案并未涉及调节系统,而是在程控系统中利用了调节控制的基本原理。应用本方案时,应在吸收塔液位接近正常工作液位时再投入运行,否则可能造成液位波动过大,影响控制效果。

512　涉及锅炉安全方面的保护

16#机组的烟道在与脱硫装置连接处被分为两

路:一路经脱硫风机、吸收塔等脱硫通道回到原烟道的尾部;一路是装有旁路挡板门的原烟道。运行过程中一旦出现两路通道都不畅通时,就会影响发电机组的正常运行,甚至引起锅炉正压保护动作而停炉。为了确保锅炉的安全,烟道旁路挡板门要设计为失电快开挡板门,在出现脱硫通道不畅通的情况时快速打开旁路挡板门;同时在脱硫风机的入口烟道处要安装压力开关,一旦压力超高同样要快速打开旁路挡板门,作为保护锅炉安全的第二道保护防线。在进行涉及烟道通道部分的自控设计时,特别要注意相关的连锁关系,确保万无一失。参考文献:

[1]　金定强.脱硫除雾器设计[J].电力环境保护,2001(4).[2]　黄正慧,刘朝英1过程控制系统工程设计[M]1北京:

4　石灰石浆池浓度的控制

石灰石浆池浓度的控制是实现整个物料平衡控制的前提,本脱硫装置中要求控制在30%(重量浓度)左右。石灰石浆液浓度的控制涉及到两个控制回路,一个是通过调节浆池补水流量来控制浆池液位的控制回路;另一路是通过调节给料机的转速来调节加入的石灰石粉量来控制浆液浓度,浆液浓度的给定值为30%。制浆系统的开车过程是:①全开补水调节阀向浆池注水到2.5m液位;②启动石灰石浆液泵、开启回流阀,让浆池内的液体打循环,浆

科学出版社,19951

[责任编辑:张天孙]

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