王艷龍

(晉能控股電力同達(dá)熱電有限公司，大同 037000)

0 引 言

煤炭資源是我國(guó)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(guó)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(jìn)行開采和處理的過(guò)程中會(huì)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(jìn)行脫硫處理，從而可以有效地降低資源開采對(duì)自然環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)我國(guó)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(jì)的必要性

我國(guó)是燃煤大國(guó)，煤炭資源在我國(guó)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(guó)的煤炭資源多為硫煤礦，使得我國(guó)的二氧化硫等硫化物的排放總量顯著的增加，已經(jīng)超過(guò)了2 000萬(wàn)t，是目前在世界上硫化物排放最多的國(guó)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(duì)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(jì)的手段。目前，我國(guó)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(shí)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(yùn)行成本高等問(wèn)題，這就導(dǎo)致其在應(yīng)用的過(guò)程中遇到許多問(wèn)題，我國(guó)現(xiàn)階段的相關(guān)企業(yè)需要一種投資比較少，運(yùn)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(jìn)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(jì)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(gè)部分協(xié)同發(fā)揮作用，從而可以保證整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)硫化物的合理的控制，促進(jìn)我國(guó)的工業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

在系統(tǒng)進(jìn)行工作的時(shí)候，鍋爐煙氣從吸收塔的底部進(jìn)入系統(tǒng)，并且和系統(tǒng)內(nèi)部的吸收劑和脫硫灰進(jìn)行充分的結(jié)合，通過(guò)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(dòng)的狀態(tài)，讓顆粒和煙氣之間可以生產(chǎn)比較大的相對(duì)滑落速度，使得其反應(yīng)界面不斷進(jìn)行摩擦和碰撞，進(jìn)一步強(qiáng)化氣固間的傳熱和傳質(zhì)；另外，相關(guān)設(shè)備會(huì)立刻進(jìn)行相應(yīng)的反應(yīng)，在吸收塔內(nèi)噴水，使得顆粒表面濕潤(rùn)，煙氣冷卻到最佳的化學(xué)反應(yīng)溫度，這時(shí)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(wú)害的產(chǎn)物,從而可以降低化工產(chǎn)業(yè)對(duì)整個(gè)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(yùn)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(jìn)行循環(huán)回收，并且再次進(jìn)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(gè)吸收塔內(nèi)部的Ca/S的比例高達(dá)50%，使得煙氣中的二氧化硫可以充分的和該物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)。相關(guān)部門還可以通過(guò)對(duì)吸收劑的收入量以及煙氣的接觸時(shí)間進(jìn)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(jìn)行脫硫反應(yīng)的核心。在進(jìn)行工作的時(shí)候，煙氣中所有的三氧化硫都被脫除以及始終在煙氣露點(diǎn)溫度20℃以上，因此吸收塔內(nèi)部不需要進(jìn)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(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)朝著大型化的方向進(jìn)行發(fā)展，因此需要在吸收塔流化床的入口處采用7個(gè)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(gè)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(jìn)行相關(guān)工作。由于物料在其中不斷的進(jìn)行循環(huán)使得整個(gè)脫硫除塵器的入口粉塵的濃度極高，甚至于可以達(dá)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(duì)于煙塵濃度的實(shí)際需求。為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)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(dá)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(shí)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(lái)自于德國(guó)，可以通過(guò)優(yōu)化內(nèi)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足脫硫工藝的實(shí)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(lái)進(jìn)行相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)，其來(lái)源一共有兩種方式，第一種是采取和實(shí)際工藝需求相符合的消石灰粉。第二種的采購(gòu)和工藝需求的實(shí)際需求相符合的粉狀氧化鈣通過(guò)密封罐車運(yùn)到脫硫島并注入生石灰倉(cāng)。之后，相關(guān)部門需要經(jīng)過(guò)已經(jīng)安裝在倉(cāng)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(guò)氣力輸送到消石灰倉(cāng)儲(chǔ)存。另外，在實(shí)際施工的時(shí)候需要根據(jù)脫硫需要，需要通過(guò)相應(yīng)的計(jì)量系統(tǒng)向吸收塔加入氫氧化鈣干粉。另外，在進(jìn)行處理的時(shí)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(duì)整個(gè)煙氣進(jìn)行處理之后收集的脫硫灰大部分可以通過(guò)空氣斜槽返回吸收塔內(nèi)再次進(jìn)行循環(huán)。一般而言，為了保證實(shí)際應(yīng)用的過(guò)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(duì)循環(huán)灰量進(jìn)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(gè)外排灰點(diǎn)，并且選擇比較有效的輸送方式進(jìn)行處理，正壓濃相氣力輸送方式可以將輸送能力按照實(shí)際灰量的200%設(shè)計(jì)，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(jìn)行有效的儲(chǔ)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(jìn)行大型火電廠煙氣循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候也需要注重工藝水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這種工藝用水系統(tǒng)往往包括兩個(gè)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(guò)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(jìn)一步保證作業(yè)人員可以對(duì)整個(gè)水量進(jìn)行調(diào)控和跟蹤，進(jìn)一步保證實(shí)際應(yīng)用的效果。高壓水泵需要對(duì)流量和壓力進(jìn)行嚴(yán)格的控制。另外，石灰的消耗用水量需要利用計(jì)量泵對(duì)整個(gè)生石灰的加入量進(jìn)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(gè)大型火電廠煙氣循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)可以順利的運(yùn)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(gè)控制系統(tǒng)可以包括三個(gè)主要的控制回路，這三個(gè)回路之間相互獨(dú)立，彼此不會(huì)對(duì)對(duì)方產(chǎn)生影響：

(1)二氧化硫控制

二氧化硫是目前我國(guó)進(jìn)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(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部的溫度控制，需要對(duì)吸收塔內(nèi)部的噴水量進(jìn)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(qiáng)也是保障整個(gè)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵，因此相關(guān)部門可以對(duì)循環(huán)物料量進(jìn)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(yùn)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(jì)中，還可結(jié)合當(dāng)前的業(yè)內(nèi)研究成果，綜合運(yùn)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(lái)，從而建立起智能化、自動(dòng)化的控制機(jī)制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電動(dòng)操控與現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操控、在線實(shí)時(shí)操控與無(wú)人自動(dòng)操控的協(xié)調(diào)運(yùn)用。實(shí)踐時(shí)，可先對(duì)煙氣系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、排放系統(tǒng)的擋板、風(fēng)機(jī)、電機(jī)等設(shè)備構(gòu)件進(jìn)行自動(dòng)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(yùn)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(jìn)行反饋控制，從而達(dá)到整體性、動(dòng)態(tài)性的控制效果。若運(yùn)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(duì)煙氣溫度、排煙壓力、電機(jī)負(fù)荷等參數(shù)進(jìn)行分析，進(jìn)而實(shí)施出聯(lián)動(dòng)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(duì)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的排氣量、煙氣溫度、工作電壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。在此基礎(chǔ)上，可根據(jù)具體的數(shù)據(jù)反饋結(jié)果，進(jìn)行脫硫劑投放量、系統(tǒng)工況的自動(dòng)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(dá)標(biāo)的同時(shí)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及技術(shù)水平的提升，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平顯著的提升，電廠在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著更加重要的作用。煤炭資源是我國(guó)的重要戰(zhàn)略資源，對(duì)于保障我國(guó)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(duì)大型火電廠煙氣循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，希望可以為相關(guān)部門進(jìn)行相關(guān)工作提供有效的建議，提升我國(guó)工業(yè)的發(fā)展水平，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。