濕法煙氣脫硫過(guò)程建模與優(yōu)化

馬柄旭

摘要：目前，新能源電廠的普及率較低，火力發(fā)電廠在發(fā)電市場(chǎng)仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。發(fā)電負(fù)荷的增加將導(dǎo)致電廣所排放的煙氣量急劇增加。而煙氣中所含的SO2容易形成酸雨，加快建筑物的腐蝕，酸化主壤，影響植被生長(zhǎng)，空氣中的SO2化將導(dǎo)致慢性呼吸道疾病的突發(fā)，降低人體免疫力，直接影響人類(lèi)健康。為解決負(fù)荷需要不斷增長(zhǎng)與大氣環(huán)境保護(hù)之間的矛盾，多數(shù)發(fā)電廠配備了脫硫系統(tǒng)，對(duì)電廠所排放的煙氣進(jìn)行脫硫處理。因此，如何使電廠脫硫系統(tǒng)高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行已成為能源及環(huán)保領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：溫法煙氣脫硫；建模；優(yōu)化

1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

從2003年起，我國(guó)對(duì)新建的燃煤電廠強(qiáng)制裝備脫硫系統(tǒng)，到2009年有脫硫系統(tǒng)的發(fā)電廠占總火電機(jī)組總?cè)萘康谋戎丶s為70%。相化于發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)脫硫技術(shù)雖然起步較早，但是后續(xù)發(fā)展相對(duì)緩慢。由于國(guó)產(chǎn)脫硫沒(méi)備比較落后，對(duì)外國(guó)脫硫設(shè)備的依賴(lài)性較大，加之日常設(shè)備的維修等費(fèi)用，使得脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行成本居高不下。因此如何提離脫硫效率、優(yōu)化脫硫工藝、降低脫琉系統(tǒng)運(yùn)行成本成為諸多高較及科研單位所研究的重點(diǎn)。

在設(shè)備及脫硫工藝研究方面，浙江大學(xué)熱能所研制的浦流式脫硫裝置及山東工業(yè)大學(xué)所開(kāi)發(fā)的脫硫除塵一體化裝置其投資少，運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)投入實(shí)際使用，清華大學(xué)熱能所提出的液柱濕法脫硫技術(shù)也都在設(shè)計(jì)安裝之中，此外，華化電為大學(xué)對(duì)于石灰石濕法煙氣脫硫系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了專(zhuān)口的脫硫軟件仿真系統(tǒng)、故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)等。

在學(xué)術(shù)研究方面，建模仿真、數(shù)值計(jì)算、脫硫效率分析等成為脫硫領(lǐng)域的主流研究方向。其中蘭穎、馬平在雙模理論模型及石灰石濕法煙氣脫硫工藝的基礎(chǔ)上，分析探討了石灰石濕法煙氣脫硫中的影響脫琉效率的主要運(yùn)行參數(shù)，利MAT化仿真軟件得到影響因素與脫硫效率的回歸模型，通過(guò)模型指導(dǎo)脫硫系統(tǒng)合理、高效運(yùn)行。王振華則著重分析了煙氣脫硫系統(tǒng)中pH值對(duì)于脫硫過(guò)程的影響，通過(guò)控制石灰石漿液的進(jìn)料量來(lái)調(diào)整吸收塔中的p H值，結(jié)果表明在所要求的脫硫率下，最佳范圍的p H值為5.0到5.8。pH值過(guò)高可提高系統(tǒng)脫硫率，然而會(huì)降低石灰石的利用率，容易造成塔內(nèi)結(jié)垢及影響副產(chǎn)品石膏品質(zhì)，pH值過(guò)低將降低脫硫效率，同時(shí)加速設(shè)備腐蝕，造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。張龍飛等人從石灰石濕法煙氣脫硫系統(tǒng)優(yōu)化方面人手，探討了脫硫系統(tǒng)中的氧化風(fēng)機(jī)、循環(huán)漿液泵、增壓風(fēng)機(jī)等主要設(shè)備能耗過(guò)高的原因，給出了降低脫硫系統(tǒng)電耗的指導(dǎo)意見(jiàn)。李偉發(fā)針對(duì)石灰石濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中pH值具有非線性、時(shí)滯性及低抗干擾性等特點(diǎn)，提出了一種基于改進(jìn)的PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)器所組成的控制方案，通過(guò)系統(tǒng)辨識(shí)與控制，有效跟蹤pH值變化，將p H值控制在合理范圍之內(nèi)。

2石灰石濕法巧氣脫硫經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化

2.1基本模型建立

有研究表明，鈣硫比、液氣比、pH值會(huì)較大程度上影響脫硫效率，目前已知單因素變化下與脫硫率的影響關(guān)系，如隨著漿液pH值的上升，脫硫率提高，但是較低的漿液pH值可提高石灰石的溶解速度，從而提高石灰石的利用率，降低石灰石開(kāi)銷(xiāo)成本。因此建立某一工況下的經(jīng)濟(jì)模型，確定最佳的鈣硫比、液氣比、pH值，在保證脫硫率的情況下，實(shí)現(xiàn)石灰石濕法脫硫系統(tǒng)整體經(jīng)濟(jì)最優(yōu)，石灰石濕法煙氣脫硫系統(tǒng)日常運(yùn)行成本可描述為圖l

由圖1可知石灰石濕法煙氣濕法脫硫系統(tǒng)日常運(yùn)行成本主要包含蘭部分：能耗：能耗主要為循環(huán)漿液系的能耗、氧化風(fēng)機(jī)能耗、增壓風(fēng)機(jī)的能耗；物耗：石灰石消耗占物耗的最大比重，而工藝水則由于循環(huán)利用，來(lái)源較廣（比如蒸汽冷凝等）且價(jià)格低廉，因此水耗可忽略不計(jì)；收益：在脫硫過(guò)程中能產(chǎn)生副產(chǎn)品石膏，一定純度的石膏可用于醫(yī)療、建筑等領(lǐng)域，能帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2循環(huán)漿液模型

循環(huán)漿液聚的作用是實(shí)現(xiàn)石灰石吸收劑的循環(huán)利用，提高其利用率。石灰石漿液由循環(huán)漿液系輸送到吸收塔塔頂，自上而下的石灰石漿液與自下而上的煙氣逆向接觸，通過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)去除煙氣中的S02。被輸送的石灰石漿液一部分來(lái)自新鮮的石灰石漿液，一部分來(lái)自為完全反應(yīng)的石灰石漿液。通常情況下，循環(huán)漿液多為離心式水聚，單臺(tái)系流量不可調(diào)節(jié)，系始終在額定負(fù)荷下工作。

2.3增壓風(fēng)機(jī)模型

在脫硫系統(tǒng)中，增壓風(fēng)機(jī)是系統(tǒng)主要能耗之一，其選型、布置等對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行都有著重要影響。煙氣的輸送依靠增壓風(fēng)機(jī)來(lái)克服煙道、煙氣擋板，換熱器、吸收塔等設(shè)備的阻力，使煙氣能順利進(jìn)人脫硫塔。增壓風(fēng)機(jī)在實(shí)際工程中動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)與靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)應(yīng)用較多。

2.4氧化風(fēng)機(jī)模型

在當(dāng)前的脫硫王藝中，HSO；的氧化分為自然氧化與強(qiáng)制氧化。通常情況下，自然氧化由于氧化不完全，使得副產(chǎn)品中產(chǎn)生大量的CaSO3；從而影響石青的純度。多數(shù)脫琉系統(tǒng)采用強(qiáng)制氧化手段對(duì)4價(jià)S進(jìn)行氧化。氧化風(fēng)機(jī)通常采用羅茨風(fēng)機(jī)，經(jīng)優(yōu)化后能實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)節(jié)，給予脫硫系統(tǒng)提供充足的氧氣，使得巧收塔內(nèi)的氧化反應(yīng)能順利進(jìn)行，氧化風(fēng)機(jī)中的空氣流量一般調(diào)節(jié)在合理的范圍之內(nèi)，過(guò)低的空氣進(jìn)量會(huì)影響HSO3等的氧化，降低石膏產(chǎn)物的品質(zhì)；而過(guò)高的空氣進(jìn)量則可能會(huì)降低脫硫率，同時(shí)化會(huì)增加系統(tǒng)能耗。