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电厂脱硫烟气系统的运行分析

文章出处:秦工阀门 人气:发表时间:2010-09-13 09:34


电厂脱硫烟气系统的运行分析

在今后很长的一段时间内,我国的能源发展以煤炭发电为主,这样就需要对电厂烟气脱硫系统进行研究,文章详细介绍了目前常用的石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术,对脱硫的原理进行了研究,详细分析了系统运行情况,并对脱硫技术的发展趋势做出预测。
  前言
  在我国能源结构中,煤炭占主导地位,经燃烧后排出的酸性气体,对大气造成严重污染,火力电厂发电尤为严重。所以电厂脱硫技术必不可少。
  目前各国都在研发电厂脱硫技术,各种技术数目已高达上百种之多。这些技术可分为三大类:燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和烟气脱硫[1]。在发电站炉膛内,煤粉中的可燃硫分在空气的作用下迅速转化成SO2,由于炉膛内温度高,不利于脱硫,因此通过烟气脱硫是目前经济快速且行之有效的方法。
  1 电厂脱硫技术现状简介
  早在20世纪30年代,英国就有了完整的一套电厂脱硫技术,随后,美国、日本、欧盟等国家也相继发展了脱硫装置。与发达国家相比,我国的脱硫技术起步较晚,在20世纪90年代初期,我国开始大力兴建电厂并引进国外先进的烟气脱硫技术和装置,引进的工艺成熟,设备先进,运行可靠,但由于运行和投资费用巨大,所以我国在国外先进技术的基础上进行改造创新,自主研发适合国内行情的脱硫技术。在近二十年来,我国投入了大量的人力、物力、财力对脱硫技术进行研究,取得了一系列的成果[2]。但在脱硫行业也存在一些弊端:烟气在线监测系统不能充分利用,没有完全发挥其效能和作用;我国的脱硫工艺方法过于单一;对于脱硫副产物的处理不够重视,产生了二次污染等等。
  2 电厂脱硫烟气系统运行分析
  2.1 石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术(FGD)原理
  石灰石-石膏湿法烟气脱硫是最常用的脱硫技术,包括三个过程:质量传递、流体输运和热量传递[3]。具体工艺流程是:烟气经过静电除尘器除尘,然后经过增压风机、烟气换热器GGH冷却后进入吸收塔。在吸收塔内是以逆流进行洗涤吸收,烟气由下向上流动,Ca(OH)2浆液由上向下流动,并通过喷淋设备进行雾化,使上行气体可与下行浆液充分接触。在吸收塔中,通过氧化风机在塔底鼓入氧气,在氧气充足的条件下,烟气中的SO2与浆液中的Ca(OH)2反应生成石膏,在泵的带动下将石膏浆液排出,石膏浆液再进入脱水系统进行一级脱水和二级脱水,所得产物为石膏。经过脱硫后的烟气除去水分后排入大气中,反应后的废水经处理后由下水管道排出[4]。简要流程图如图1所示。
  2.2 石灰石-石膏湿法脱硫系统的运行分析
  2.2.1重要参数的监测
  在烟气脱硫系统运行的过程中,需要对几个重要参数进行监测。
  首先是系统进口处的压力、进口烟气中SO2浓度、O2浓度以及烟尘的浓度;在系统出口处同样需要监测SO2浓度、O2浓度、烟尘的浓度,同时还需监测氮氧化物的浓度;增压风机的进出口压力和旁路挡板处的压力差也是重要参数。
  其次,在系统的石灰石制备过程中,我们需要对原料的仓料位、浆液箱的液位、密度进行监测,及时获得所需信息;在系统的吸收塔部分,我们关注的是吸收塔内液体的PH值和吸收塔液位高度。
  最后,我们还需要对烟气的成分进行分析。
  2.2.2运行控制对象的分析
  增压风机的进口压力调节。增压风机的进口压力是一个很重要的参数,它主要用于克服系统的压力损失。控制系统将进口压力调为±0Pa,一般让旁路烟气挡板压差为零来实现,这样FGD的压力损失得以弥补,并且不影响系统的运行。
  吸收塔的液位控制。在系统的运行过程中,吸收塔的液位是逐渐降低的,这就需要对塔内进行补水操作。由于除雾器的冲洗水是顺控运行,所以可以用除雾器的冲洗水来补充塔内因排出而缺少的水,这样就保证了吸收塔内的液位稳定。
  石灰石浆液的流量调节。石灰石浆液的多少直接影响到吸收塔内液体的PH值,一般将PH值维持在5.4-6.2即可。在调节回路中采用串级PID控制,在主调节器中键入烟气量和SO2浓度值,在付调节器中键入相应的石灰石浆液流量,若实际值与设定值不一致,系统会自动调节石灰石浆液入口门,以此保持塔内PH值的稳定。
  吸收塔内石膏浆液外排的密度调节。通过控制旋流器的运行数量和阀门开度就能调节石膏浆液的外排密度。利用密度计测出塔内石膏浆液的密度,如果密度大于设定值,就需要增加旋流器的运行数量,同时关小回流阀;反之,则减少旋流器数量,开大回流阀。
  2.2.3系统的停运与启动
  若是短期停运,如仅停运几小时,就不必停运所有装置,只需将循环浆泵、增压风机、石灰石浆液泵、氧化风机停运,并将烟气系统全部切换至旁路。再次启动时,按照先后顺序启动循环浆泵,将烟气系统切换回FGD,启动增压风机、氧化风机、石灰石浆液泵。
  若是长期停运,就需要停运所有设备,除了冲洗系统和搅拌器。启动时,按照正常开工顺序启动即可。
  2.3 脱硫系统运行的问题分析
  2.3.1烟气系统对锅炉运行的扰动
  在切换脱硫与FGD系统的挡板门时,烟气系统会对炉膛内的压力有所扰动,极有可能造成锅炉MFT动作。为了解决这一问题,当脱硫挡板门使得炉膛压力变化过大时,一般将MFT的动作时间设定偏长,大于挡板门的开度时间。同时也可以单独调定挡板门的动作,保证炉膛内压力稳定。
  2.3.2仪表的选用
  在整个系统中,需要监测的参数很多,在选用仪表时要考虑沉积结垢、腐蚀性、磨损等等。在石灰石湿法脱硫技术中,PH计的使用因石灰石浆液的冲蚀或结垢容易老化,因此要对PH计定期清洗;同时,PH计测量的数据还受到温度的影响,一般采用温度补偿法进行修正。由于液面波动,吸收塔液位的测量不能采用常规的测量方法测量,而采用压差法测量。但用压差法测量容易发生堵塞问题,目前尚无更好的测量方法。  2.4 连州电厂石灰石湿法烟气脱硫技术分析
  下面以某电厂为例,分析石灰石-石膏湿法脱硫技术。
  2.4.1系统流程
  烟气从电除尘器出来,被风机引入吸收塔,顺着塔内向上流动,与雾化的石灰石浆液相遇反应洗涤,净化后烟气中含有的浆液微滴由两个卧式除雾器除去。将脱硫后的烟气加热至80℃以上,再由烟囱排出。如表1所示是主要设计参数。
  2.4.2主要设备
  除了温度、压力测试仪和烟气分析仪外,烟气系统主要设备还有4个烟气挡板,2台密封风机,2台风机电机入口处和出口处的烟气分析仪均用于监视烟气中O2,SO2和氮氧化物的含量,并在DCS界面显示出来。烟气挡板分为主烟道烟气挡板和旁路烟气挡板,主烟道烟气挡板安装在系统的进出口,主烟道关闭时用于连接密封空气,防止系统内的防腐衬胶被破坏。
  2.4.3 FGD烟气系统主要设备的运行方式:
  (1)氧化风机有两台,一台运行一台备用;(2)在入口处,增压风机入口压力投自动控制;(3)用程序控制除雾器冲洗投,平均每隔2小时冲洗1次;(4)用三台浆液循环泵交替运行,定期切换备用泵可提高脱硫效率。
  3 烟气脱硫技术发展趋势
  3.1 石灰石-石膏湿法脱硫技术应用将越来越广,在未来的发展中仍是国内外电厂的首选脱硫工艺,该技术还适用于传统老机组的改造。
  3.2 电子束法脱硫技术是一种新兴脱硫技术,目前尚处于试验阶段,国内已经由100MW机组向150MW机组发展,在小的发电机组领域也已逐步在加大其市场份额。
  3.3 与湿法脱硫技术相比,旋转喷雾干燥法脱硫技术运行费用高,脱硫塔处理量较小,适用于煤中含硫量偏低的中小型电厂。
  3.4 海水脱硫技术可在沿海地区大力推广,为了保证较高的脱硫效率,必须在海水水质稳定且取排水方便的条件下进行,这项工艺受到地域的限制。
  3.5 随着环保意识的加强,我国的烟气脱硫得到了足够的重视,并取得了一定的成果和经验,在未来,脱硫技术必将向着高脱硫效率、高利用率、低运行维护费用、简化流程的方向发展。
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此文关键字:烟气脱硫