大型火電廠煙氣循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)設(shè)計分析

王艷龍

(晉能控股電力同達熱電有限公司，大同 037000)

0 引 言

煤炭資源是我國目前發(fā)展階段工業(yè)生產(chǎn)中最為重要的化石資源之一，但是由于煤炭資源存在地區(qū)分布不均、資源品質(zhì)不高的情況，使得我國目前應(yīng)用的煤炭資源中硫元素的含量比較高，導(dǎo)致在資源進行開采和處理的過程中會產(chǎn)生一些含硫物質(zhì)，嚴(yán)重影響區(qū)域內(nèi)部的自然環(huán)境及人民生活。因此，需要積極地利用相應(yīng)的技術(shù)進行脫硫處理，從而可以有效地降低資源開采對自然環(huán)境的影響，實現(xiàn)我國工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 大型火電廠煙氣循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)設(shè)計的必要性

我國是燃煤大國，煤炭資源在我國的工業(yè)生產(chǎn)和居民日常生活水平中發(fā)揮著重要的作用。由于我國的煤炭資源多為硫煤礦，使得我國的二氧化硫等硫化物的排放總量顯著的增加，已經(jīng)超過了2 000萬t，是目前在世界上硫化物排放最多的國家[1]。在當(dāng)前技術(shù)水平的現(xiàn)狀下，煙氣脫硫是工業(yè)對二氧化硫以及其他硫化物的排放量的控制最為有效以及經(jīng)濟的手段。目前，我國大型火電廠煙氣脫硫技術(shù)往往選擇已經(jīng)比較成熟的石灰石/石膏濕法工藝，但是這種工藝在應(yīng)用的時候存在工藝系統(tǒng)復(fù)雜、投資比較大、占地面積大、耗水比較多、運行成本高等問題，這就導(dǎo)致其在應(yīng)用的過程中遇到許多問題，我國現(xiàn)階段的相關(guān)企業(yè)需要一種投資比較少，運行成本比較低、效率比較高的脫硫技術(shù)，因此在大型火電廠內(nèi)部進行煙氣循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)的原因具有重要的意義。

2 大型火電廠煙氣循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)設(shè)計的工藝原理

大型火電廠煙氣循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)的工作原理是利用循環(huán)流化床的原理為基礎(chǔ)，選擇生石灰以及消石灰等物質(zhì)作為脫硫劑。具體的設(shè)備組成部分有吸收塔、脫硫除塵器、吸收劑制備、物料再循環(huán)及排放、工藝水、儀表控制系統(tǒng)。各個部分協(xié)同發(fā)揮作用，從而可以保證整個系統(tǒng)的運行，進一步實現(xiàn)對硫化物的合理的控制，促進我國的工業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

在系統(tǒng)進行工作的時候，鍋爐煙氣從吸收塔的底部進入系統(tǒng)，并且和系統(tǒng)內(nèi)部的吸收劑和脫硫灰進行充分的結(jié)合，通過文丘管里管的加速將其懸浮，從而可以使得物質(zhì)呈現(xiàn)為湍動的狀態(tài)，讓顆粒和煙氣之間可以生產(chǎn)比較大的相對滑落速度，使得其反應(yīng)界面不斷進行摩擦和碰撞，進一步強化氣固間的傳熱和傳質(zhì)；另外，相關(guān)設(shè)備會立刻進行相應(yīng)的反應(yīng)，在吸收塔內(nèi)噴水，使得顆粒表面濕潤，煙氣冷卻到最佳的化學(xué)反應(yīng)溫度，這時候煙氣中的硫化物和酸性物質(zhì)已經(jīng)被充分的吸收，從而生成相應(yīng)的無害的產(chǎn)物,從而可以降低化工產(chǎn)業(yè)對整個區(qū)域內(nèi)部的環(huán)境影響[2]。

另外，為了降低吸收劑的使用量以及保證流化床可以穩(wěn)定的運行，可以將除塵器收集到的脫硫產(chǎn)物以及未反應(yīng)的吸收劑進行循環(huán)回收，并且再次進行參加化學(xué)反應(yīng)。吸收塔內(nèi)部一般擁有比較高的顆粒的床層密度，這就導(dǎo)致整個吸收塔內(nèi)部的Ca/S的比例高達50%，使得煙氣中的二氧化硫可以充分的和該物質(zhì)進行反應(yīng)。相關(guān)部門還可以通過對吸收劑的收入量以及煙氣的接觸時間進行充分的控制，從而可以獲得90%～98%的穩(wěn)定二氧化硫的脫除效率以及99%以上的三氧化硫、鹽酸、氟化氫的脫除效率。

3 大型火電廠煙氣循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)的組成

3.1 吸收塔

吸收塔是文丘塔的孔塔結(jié)構(gòu)，是進行脫硫反應(yīng)的核心。在進行工作的時候，煙氣中所有的三氧化硫都被脫除以及始終在煙氣露點溫度20℃以上，因此吸收塔內(nèi)部不需要進行任何的防腐處理，塔體的原材料是普通碳鋼。另外，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，我國的工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)朝著大型化的方向進行發(fā)展，因此需要在吸收塔流化床的入口處采用7個文丘里管結(jié)構(gòu)。

3.2 脫硫除塵器

脫硫除塵器也是在1整個兒系統(tǒng)中的重要組成部分，可以采用電除塵器或者不帶除塵器進行相關(guān)工作。由于物料在其中不斷的進行循環(huán)使得整個脫硫除塵器的入口粉塵的濃度極高，甚至于可以達到常規(guī)電站除塵器的20～30倍，從而可以滿足現(xiàn)階段環(huán)保部門對于煙塵濃度的實際需求。為了實現(xiàn)我國工業(yè)的綠色發(fā)展，需要保障脫硫除塵器的效率需要高達99.98%以上，但是由于吸收塔的噴水降溫的作用可以有效的實現(xiàn)電除塵的收集。相關(guān)單位可以選擇BS型高濃度電除塵技術(shù)，這種技術(shù)來自于德國，可以通過優(yōu)化內(nèi)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足脫硫工藝的實際需求，從而可以有效地提升脫硫的質(zhì)量和效率。

3.3 吸收劑制備系統(tǒng)

大型火電廠煙氣循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)中，一般選擇氫氧化鈣作為脫硫劑來進行相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)，其來源一共有兩種方式，第一種是采取和實際工藝需求相符合的消石灰粉。第二種的采購和工藝需求的實際需求相符合的粉狀氧化鈣通過密封罐車運到脫硫島并注入生石灰倉。之后，相關(guān)部門需要經(jīng)過已經(jīng)安裝在倉底的干式石灰消化器生成相應(yīng)的氫氧化鈣干粉，從而可以將其通過氣力輸送到消石灰倉儲存。另外，在實際施工的時候需要根據(jù)脫硫需要，需要通過相應(yīng)的計量系統(tǒng)向吸收塔加入氫氧化鈣干粉。另外，在進行處理的時候可以選擇臥式雙軸攪拌式消化器的結(jié)構(gòu)的干式石灰消化器，從而有效的提升工作的效率。

3.4 物料再循環(huán)及排放系統(tǒng)

脫硫除塵器在對整個煙氣進行處理之后收集的脫硫灰大部分可以通過空氣斜槽返回吸收塔內(nèi)再次進行循環(huán)。一般而言，為了保證實際應(yīng)用的過程中，可以保證處理效果，不需要在系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)立兩條循環(huán)空氣斜槽，并且對循環(huán)灰量進行嚴(yán)格的控制，從而可以有效的調(diào)節(jié)吸收塔的壓降。

另外，相關(guān)部門可以在脫硫除塵器的灰斗處設(shè)置2個外排灰點，并且選擇比較有效的輸送方式進行處理，正壓濃相氣力輸送方式可以將輸送能力按照實際灰量的200%設(shè)計，可以保證輸送的效果。最后，需要在系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置兩條配套的輸送管道將脫硫灰輸送到脫硫灰?guī)?，從而可以進行有效的儲存。

3.5 工藝水系統(tǒng)

水也是工藝生產(chǎn)中重要的資源，在進行大型火電廠煙氣循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)設(shè)計的時候也需要注重工藝水系統(tǒng)的設(shè)計，這種工藝用水系統(tǒng)往往包括兩個方面，即吸收塔反應(yīng)用水和石灰消化用水。吸收塔反應(yīng)用水利用高壓水泵的壓力通過回流式噴嘴注入吸收塔內(nèi)，并且在回流管上設(shè)置回水調(diào)節(jié)水閥，進一步保證作業(yè)人員可以對整個水量進行調(diào)控和跟蹤，進一步保證實際應(yīng)用的效果。高壓水泵需要對流量和壓力進行嚴(yán)格的控制。另外，石灰的消耗用水量需要利用計量泵對整個生石灰的加入量進行控制，從而可以有效的節(jié)約用水，保證工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3.6 控制系統(tǒng)

為了保障整個大型火電廠煙氣循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)可以順利的運行，需要積極的健全其內(nèi)部的控制系統(tǒng)，從而可以使其作用可以得到有效的發(fā)揮。具體而言，整個控制系統(tǒng)可以包括三個主要的控制回路，這三個回路之間相互獨立，彼此不會對對方產(chǎn)生影響：

(1)二氧化硫控制

二氧化硫是目前我國進行化石工業(yè)生產(chǎn)中影響比較大的污染物。這種控制需要根據(jù)吸收塔入口處的二氧化硫、ESP2排放的二氧化硫濃度和煙氣量控制吸收劑的加入量，從而可以保證二氧化硫的排放濃度可以滿足其要求。

(2)吸收塔反應(yīng)溫度的控制

為了實現(xiàn)整個系統(tǒng)內(nèi)部的溫度控制，需要對吸收塔內(nèi)部的噴水量進行嚴(yán)格的控制，從而可以將吸收塔內(nèi)部的溫度嚴(yán)格控制在70～80 ℃，此溫度為最佳的反應(yīng)溫度。

(3)吸收塔壓降控制

吸收塔內(nèi)部的壓強也是保障整個系統(tǒng)平穩(wěn)運行的關(guān)鍵，因此相關(guān)部門可以對循環(huán)物料量進行嚴(yán)格的控制，將其控制在1 600～2 000 Pa[3]。

3.7 新技術(shù)運用

在大型火電廠煙氣循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)的架構(gòu)搭建、組成設(shè)計中，還可結(jié)合當(dāng)前的業(yè)內(nèi)研究成果，綜合運用多種新技術(shù)。例如，可將DCS、PLC等技術(shù)與脫硫系統(tǒng)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)融合起來，從而建立起智能化、自動化的控制機制，實現(xiàn)遠程電動操控與現(xiàn)場手動操控、在線實時操控與無人自動操控的協(xié)調(diào)運用。實踐時，可先對煙氣系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、排放系統(tǒng)的擋板、風(fēng)機、電機等設(shè)備構(gòu)件進行自動化、電控化改造，以滿足新技術(shù)下的控制需求。在此基礎(chǔ)上，若運用DCS技術(shù)，可采取分布式控制的邏輯，依據(jù)不同系統(tǒng)、設(shè)備、構(gòu)件的參數(shù)信息進行反饋控制，從而達到整體性、動態(tài)性的控制效果。若運用PLC技術(shù)，則可將脫硫系統(tǒng)整體視為控制目標(biāo)，并以PLC芯片作為核心，在數(shù)據(jù)信息的支持下對煙氣溫度、排煙壓力、電機負荷等參數(shù)進行分析，進而實施出聯(lián)動化、適應(yīng)性的控制行為。再如，可在吸收塔、除塵器等子系統(tǒng)中安裝傳感裝置，對脫硫系統(tǒng)運行過程中的排氣量、煙氣溫度、工作電壓等數(shù)據(jù)進行動態(tài)監(jiān)測。在此基礎(chǔ)上，可根據(jù)具體的數(shù)據(jù)反饋結(jié)果，進行脫硫劑投放量、系統(tǒng)工況的自動調(diào)整，從而在提高脫硫系統(tǒng)工作質(zhì)量、確保鍋爐煙氣排放達標(biāo)的同時，達到節(jié)能降耗的目的。

4 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展以及技術(shù)水平的提升，我國的經(jīng)濟發(fā)展水平顯著的提升，電廠在我國的經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著更加重要的作用。煤炭資源是我國的重要戰(zhàn)略資源，對于保障我國電力資源的平穩(wěn)供應(yīng)具有重要的意義。因此，相關(guān)部門需要針對大型火電廠煙氣循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)設(shè)計進行研究，希望可以為相關(guān)部門進行相關(guān)工作提供有效的建議，提升我國工業(yè)的發(fā)展水平，促進我國經(jīng)濟的發(fā)展。