電廠脫硫煙氣系統的運行分析
在今后很長的一段時間內，我國的能源發展以煤炭發電為主，這樣就需要對電廠煙氣脫硫系統進行研究，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，對脫硫的原理進行了研究，詳細分析了系統運行情況，并對脫硫技術的發展趨勢做出預測。
　　前言
　　在我國能源結構中，煤炭占主導地位，經燃燒后排出的酸性氣體，對大氣造成嚴重污染，火力電廠發電尤為嚴重。所以電廠脫硫技術必不可少。
　　目前各國都在研發電廠脫硫技術，各種技術數目已高達上百種之多。這些技術可分為三大類：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和煙氣脫硫[1]。在發電站爐膛內，煤粉中的可燃硫分在空氣的作用下迅速轉化成SO2，由于爐膛內溫度高，不利于脫硫，因此通過煙氣脫硫是目前經濟快速且行之有效的方法。
　　1 電廠脫硫技術現狀簡介
　　早在20世紀30年代，英國就有了完整的一套電廠脫硫技術，隨后，美國、日本、歐盟等國家也相繼發展了脫硫裝置。與發達國家相比，我國的脫硫技術起步較晚，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和裝置，引進的工藝成熟，設備先進，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的基礎上進行改造創新，自主研發適合國內行情的脫硫技術。在近二十年來，我國投入了大量的人力、物力、財力對脫硫技術進行研究，取得了一系列的成果[2]。但在脫硫行業也存在一些弊端：煙氣在線監測系統不能充分利用，沒有完全發揮其效能和作用；我國的脫硫工藝方法過于單一；對于脫硫副產物的處理不夠重視，產生了二次污染等等。
　　2 電廠脫硫煙氣系統運行分析
　　2.1 石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術（FGD）原理
　　石灰石-石膏濕法煙氣脫硫是最常用的脫硫技術，包括三個過程：質量傳遞、流體輸運和熱量傳遞[3]。具體工藝流程是：煙氣經過靜電除塵器除塵，然后經過增壓風機、煙氣換熱器GGH冷卻后進入吸收塔。在吸收塔內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進行一級脫水和二級脫水，所得產物為石膏。經過脫硫后的煙氣除去水分后排入大氣中，反應后的廢水經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-石膏濕法脫硫系統的運行分析
　　2.2.1重要參數的監測
　　在煙氣脫硫系統運行的過程中，需要對幾個重要參數進行監測。
　　首先是系統進口處的壓力、進口煙氣中SO2濃度、O2濃度以及煙塵的濃度；在系統出口處同樣需要監測SO2濃度、O2濃度、煙塵的濃度，同時還需監測氮氧化物的濃度；增壓風機的進出口壓力和旁路擋板處的壓力差也是重要參數。
　　其次，在系統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、密度進行監測，及時獲得所需信息；在系統的吸收塔部分，我們關注的是吸收塔內液體的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
　　增壓風機的進口壓力調節。增壓風機的進口壓力是一個很重要的參數，它主要用于克服系統的壓力損失?？刂葡到y將進口壓力調為±0Pa，一般讓旁路煙氣擋板壓差為零來實現，這樣FGD的壓力損失得以彌補，并且不影響系統的運行。
　　吸收塔的液位控制。在系統的運行過程中，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因排出而缺少的水，這樣就保證了吸收塔內的液位穩定。
　　石灰石漿液的流量調節。石灰石漿液的多少直接影響到吸收塔內液體的PH值，一般將PH值維持在5.4-6.2即可。在調節回路中采用串級PID控制，在主調節器中鍵入煙氣量和SO2濃度值，在付調節器中鍵入相應的石灰石漿液流量，若實際值與設定值不一致，系統會自動調節石灰石漿液入口閥門，以此保持塔內PH值的穩定。
　　吸收塔內石膏漿液外排的密度調節。通過控制旋流器的運行數量和閥門開度就能調節石膏漿液的外排密度。利用密度計測出塔內石膏漿液的密度，如果密度大于設定值，就需要增加旋流器的運行數量，同時關小回流閥；反之，則減少旋流器數量，開大回流閥。
　　2.2.3系統的停運與啟動
　　若是短期停運，如僅停運幾小時，就不必停運所有裝置，只需將循環漿泵、增壓風機、石灰石漿液泵、氧化風機停運，并將煙氣系統全部切換至旁路。再次啟動時，按照先后順序啟動循環漿泵，將煙氣系統切換回FGD，啟動增壓風機、氧化風機、石灰石漿液泵。
　　若是長期停運，就需要停運所有設備，除了沖洗系統和攪拌器。啟動時，按照正常開工順序啟動即可。
　　2.3 脫硫系統運行的問題分析
　　2.3.1煙氣系統對鍋爐運行的擾動
　　在切換脫硫與FGD系統的擋板門時，煙氣系統會對爐膛內的壓力有所擾動，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的動作時間設定偏長，大于擋板門的開度時間。同時也可以單獨調定擋板門的動作，保證爐膛內壓力穩定。
　　2.3.2儀表的選用
　　在整個系統中，需要監測的參數很多，在選用儀表時要考慮沉積結垢、腐蝕性、磨損等等。在石灰石濕法脫硫技術中，PH計的使用因石灰石漿液的沖蝕或結垢容易老化，因此要對PH計定期清洗；同時，PH計測量的數據還受到溫度的影響，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生堵塞問題，目前尚無更好的測量方法?！　?.4 連州電廠石灰石濕法煙氣脫硫技術分析
　　下面以某電廠為例，分析石灰石-石膏濕法脫硫技術。
　　2.4.1系統流程
　　煙氣從電除塵器出來，被風機引入吸收塔，順著塔內向上流動，與霧化的石灰石漿液相遇反應洗滌，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所示是主要設計參數。
　　2.4.2主要設備
　　除了溫度、壓力測試儀和煙氣分析儀外，煙氣系統主要設備還有4個煙氣擋板，2臺密封風機，2臺風機電機入口處和出口處的煙氣分析儀均用于監視煙氣中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的進出口，主煙道關閉時用于連接密封空氣，防止系統內的防腐襯膠被破壞。
　　2.4.3 FGD煙氣系統主要設備的運行方式：
　　（1）氧化風機有兩臺，一臺運行一臺備用；（2）在入口處，增壓風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 煙氣脫硫技術發展趨勢
　　3.1 石灰石-石膏濕法脫硫技術應用將越來越廣，在未來的發展中仍是國內外電廠的首選脫硫工藝，該技術還適用于傳統老機組的改造。
　　3.2 電子束法脫硫技術是一種新興脫硫技術，目前尚處于試驗階段，國內已經由100MW機組向150MW機組發展，在小的發電機組領域也已逐步在加大其市場份額。
　　3.3 與濕法脫硫技術相比，旋轉噴霧干燥法脫硫技術運行費用高，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 海水脫硫技術可在沿海地區大力推廣，為了保證較高的脫硫效率，必須在海水水質穩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驗，在未來，脫硫技術必將向著高脫硫效率、高利用率、低運行維護費用、簡化流程的方向發展。
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