濕法煙氣脫硫過程建模與優化

馬柄旭

摘要：目前，新能源電廠的普及率較低，火力發電廠在發電市場仍然占據主導地位。發電負荷的增加將導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，空氣中的SO2化將導致慢性呼吸道疾病的突發，降低人體免疫力，直接影響人類健康。為解決負荷需要不斷增長與大氣環境保護之間的矛盾，多數發電廠配備了脫硫系統，對電廠所排放的煙氣進行脫硫處理。因此，如何使電廠脫硫系統高效、穩定、經濟的運行已成為能源及環保領域的研究熱點。

關鍵詞：溫法煙氣脫硫；建模；優化

1國內研究現狀

從2003年起，我國對新建的燃煤電廠強制裝備脫硫系統，到2009年有脫硫系統的發電廠占總火電機組總容量的比重約為70%。相化于發達國家，我國脫硫技術雖然起步較早，但是后續發展相對緩慢。由于國產脫硫沒備比較落后，對外國脫硫設備的依賴性較大，加之日常設備的維修等費用，使得脫硫系統的運行成本居高不下。因此如何提離脫硫效率、優化脫硫工藝、降低脫琉系統運行成本成為諸多高較及科研單位所研究的重點。

在設備及脫硫工藝研究方面，浙江大學熱能所研制的浦流式脫硫裝置及山東工業大學所開發的脫硫除塵一體化裝置其投資少，運行成本低等優點已經投入實際使用，清華大學熱能所提出的液柱濕法脫硫技術也都在設計安裝之中，此外，華化電為大學對于石灰石濕法煙氣脫硫系統開發了專口的脫硫軟件仿真系統、故障診斷專家系統等。

在學術研究方面，建模仿真、數值計算、脫硫效率分析等成為脫硫領域的主流研究方向。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行參數，利MAT化仿真軟件得到影響因素與脫硫效率的回歸模型，通過模型指導脫硫系統合理、高效運行。王振華則著重分析了煙氣脫硫系統中pH值對于脫硫過程的影響，通過控制石灰石漿液的進料量來調整吸收塔中的p H值，結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值過高可提高系統脫硫率，然而會降低石灰石的利用率，容易造成塔內結垢及影響副產品石膏品質，pH值過低將降低脫硫效率，同時加速設備腐蝕，造成系統的不穩定。張龍飛等人從石灰石濕法煙氣脫硫系統優化方面人手，探討了脫硫系統中的氧化風機、循環漿液泵、增壓風機等主要設備能耗過高的原因，給出了降低脫硫系統電耗的指導意見。李偉發針對石灰石濕法煙氣脫硫系統中pH值具有非線性、時滯性及低抗干擾性等特點，提出了一種基于改進的PID神經網絡辨識器所組成的控制方案，通過系統辨識與控制，有效跟蹤pH值變化，將p H值控制在合理范圍之內。

2石灰石濕法巧氣脫硫經濟運行優化

2.1基本模型建立

有研究表明，鈣硫比、液氣比、pH值會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，降低石灰石開銷成本。因此建立某一工況下的經濟模型，確定最佳的鈣硫比、液氣比、pH值，在保證脫硫率的情況下，實現石灰石濕法脫硫系統整體經濟最優，石灰石濕法煙氣脫硫系統日常運行成本可描述為圖l

由圖1可知石灰石濕法煙氣濕法脫硫系統日常運行成本主要包含蘭部分：能耗：能耗主要為循環漿液系的能耗、氧化風機能耗、增壓風機的能耗；物耗：石灰石消耗占物耗的最大比重，而工藝水則由于循環利用，來源較廣（比如蒸汽冷凝等）且價格低廉，因此水耗可忽略不計；收益：在脫硫過程中能產生副產品石膏，一定純度的石膏可用于醫療、建筑等領域，能帶來一定的經濟效益。

2.2循環漿液模型

循環漿液聚的作用是實現石灰石吸收劑的循環利用，提高其利用率。石灰石漿液由循環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，通過一系列化學反應去除煙氣中的S02。被輸送的石灰石漿液一部分來自新鮮的石灰石漿液，一部分來自為完全反應的石灰石漿液。通常情況下，循環漿液多為離心式水聚，單臺系流量不可調節，系始終在額定負荷下工作。

2.3增壓風機模型

在脫硫系統中，增壓風機是系統主要能耗之一，其選型、布置等對系統運行都有著重要影響。煙氣的輸送依靠增壓風機來克服煙道、煙氣擋板，換熱器、吸收塔等設備的阻力，使煙氣能順利進人脫硫塔。增壓風機在實際工程中動葉可調軸流風機與靜葉可調軸流風機應用較多。

2.4氧化風機模型

在當前的脫硫王藝中，HSO；的氧化分為自然氧化與強制氧化。通常情況下，自然氧化由于氧化不完全，使得副產品中產生大量的CaSO3；從而影響石青的純度。多數脫琉系統采用強制氧化手段對4價S進行氧化。氧化風機通常采用羅茨風機，經優化后能實現變頻調節，給予脫硫系統提供充足的氧氣，使得巧收塔內的氧化反應能順利進行，氧化風機中的空氣流量一般調節在合理的范圍之內，過低的空氣進量會影響HSO3等的氧化，降低石膏產物的品質；而過高的空氣進量則可能會降低脫硫率，同時化會增加系統能耗。