大型火電廠煙氣循環流化床脫硫系統設計分析

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展階段工業生產中最為重要的化石資源之一，但是由于煤炭資源存在地區分布不均、資源品質不高的情況，使得我國目前應用的煤炭資源中硫元素的含量比較高，導致在資源進行開采和處理的過程中會產生一些含硫物質，嚴重影響區域內部的自然環境及人民生活。因此，需要積極地利用相應的技術進行脫硫處理，從而可以有效地降低資源開采對自然環境的影響，實現我國工業的可持續發展。

1 大型火電廠煙氣循環流化床脫硫系統設計的必要性

我國是燃煤大國，煤炭資源在我國的工業生產和居民日常生活水平中發揮著重要的作用。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]。在當前技術水平的現狀下，煙氣脫硫是工業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濟的手段。目前，我國大型火電廠煙氣脫硫技術往往選擇已經比較成熟的石灰石/石膏濕法工藝，但是這種工藝在應用的時候存在工藝系統復雜、投資比較大、占地面積大、耗水比較多、運行成本高等問題，這就導致其在應用的過程中遇到許多問題，我國現階段的相關企業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，因此在大型火電廠內部進行煙氣循環流化床脫硫系統的原因具有重要的意義。

2 大型火電廠煙氣循環流化床脫硫系統設計的工藝原理

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

在系統進行工作的時候，鍋爐煙氣從吸收塔的底部進入系統，并且和系統內部的吸收劑和脫硫灰進行充分的結合，通過文丘管里管的加速將其懸浮，從而可以使得物質呈現為湍動的狀態，讓顆粒和煙氣之間可以生產比較大的相對滑落速度，使得其反應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；另外，相關設備會立刻進行相應的反應，在吸收塔內噴水，使得顆粒表面濕潤，煙氣冷卻到最佳的化學反應溫度，這時候煙氣中的硫化物和酸性物質已經被充分的吸收，從而生成相應的無害的產物,從而可以降低化工產業對整個區域內部的環境影響[2]。

另外，為了降低吸收劑的使用量以及保證流化床可以穩定的運行，可以將除塵器收集到的脫硫產物以及未反應的吸收劑進行循環回收，并且再次進行參加化學反應。吸收塔內部一般擁有比較高的顆粒的床層密度，這就導致整個吸收塔內部的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進行反應。相關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流化床脫硫系統的組成

3.1 吸收塔

吸收塔是文丘塔的孔塔結構，是進行脫硫反應的核心。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，隨著我國經濟的發展，我國的工業生產已經朝著大型化的方向進行發展，因此需要在吸收塔流化床的入口處采用7個文丘里管結構。

3.2 脫硫除塵器

脫硫除塵器也是在1整個兒系統中的重要組成部分，可以采用電除塵器或者不帶除塵器進行相關工作。由于物料在其中不斷的進行循環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電站除塵器的20～30倍，從而可以滿足現階段環保部門對于煙塵濃度的實際需求。為了實現我國工業的綠色發展，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電除塵的收集。相關單位可以選擇BS型高濃度電除塵技術，這種技術來自于德國，可以通過優化內部的結構設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量和效率。

3.3 吸收劑制備系統

大型火電廠煙氣循環流化床脫硫系統中，一般選擇氫氧化鈣作為脫硫劑來進行相關的化學反應，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，相關部門需要經過已經安裝在倉底的干式石灰消化器生成相應的氫氧化鈣干粉，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脫硫需要，需要通過相應的計量系統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構的干式石灰消化器，從而有效的提升工作的效率。

3.4 物料再循環及排放系統

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再次進行循環。一般而言，為了保證實際應用的過程中，可以保證處理效果，不需要在系統內部設立兩條循環空氣斜槽，并且對循環灰量進行嚴格的控制，從而可以有效的調節吸收塔的壓降。

另外，相關部門可以在脫硫除塵器的灰斗處設置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%設計，可以保證輸送的效果。最后，需要在系統內部設置兩條配套的輸送管道將脫硫灰輸送到脫硫灰庫，從而可以進行有效的儲存。

3.5 工藝水系統

水也是工藝生產中重要的資源，在進行大型火電廠煙氣循環流化床脫硫系統設計的時候也需要注重工藝水系統的設計，這種工藝用水系統往往包括兩個方面，即吸收塔反應用水和石灰消化用水。吸收塔反應用水利用高壓水泵的壓力通過回流式噴嘴注入吸收塔內，并且在回流管上設置回水調節水閥，進一步保證作業人員可以對整個水量進行調控和跟蹤，進一步保證實際應用的效果。高壓水泵需要對流量和壓力進行嚴格的控制。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，從而可以有效的節約用水，保證工業的可持續發展。

3.6 控制系統

為了保障整個大型火電廠煙氣循環流化床脫硫系統可以順利的運行，需要積極的健全其內部的控制系統，從而可以使其作用可以得到有效的發揮。具體而言，整個控制系統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生產中影響比較大的污染物。這種控制需要根據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)吸收塔反應溫度的控制

為了實現整個系統內部的溫度控制，需要對吸收塔內部的噴水量進行嚴格的控制，從而可以將吸收塔內部的溫度嚴格控制在70～80 ℃，此溫度為最佳的反應溫度。

(3)吸收塔壓降控制

吸收塔內部的壓強也是保障整個系統平穩運行的關鍵，因此相關部門可以對循環物料量進行嚴格的控制，將其控制在1 600～2 000 Pa[3]。

3.7 新技術運用

在大型火電廠煙氣循環流化床脫硫系統的架構搭建、組成設計中，還可結合當前的業內研究成果，綜合運用多種新技術。例如，可將DCS、PLC等技術與脫硫系統的傳統結構融合起來，從而建立起智能化、自動化的控制機制，實現遠程電動操控與現場手動操控、在線實時操控與無人自動操控的協調運用。實踐時，可先對煙氣系統、吸收塔系統、排放系統的擋板、風機、電機等設備構件進行自動化、電控化改造，以滿足新技術下的控制需求。在此基礎上，若運用DCS技術，可采取分布式控制的邏輯，依據不同系統、設備、構件的參數信息進行反饋控制，從而達到整體性、動態性的控制效果。若運用PLC技術，則可將脫硫系統整體視為控制目標，并以PLC芯片作為核心，在數據信息的支持下對煙氣溫度、排煙壓力、電機負荷等參數進行分析，進而實施出聯動化、適應性的控制行為。再如，可在吸收塔、除塵器等子系統中安裝傳感裝置，對脫硫系統運行過程中的排氣量、煙氣溫度、工作電壓等數據進行動態監測。在此基礎上，可根據具體的數據反饋結果，進行脫硫劑投放量、系統工況的自動調整，從而在提高脫硫系統工作質量、確保鍋爐煙氣排放達標的同時，達到節能降耗的目的。

4 結束語

隨著我國經濟的發展以及技術水平的提升，我國的經濟發展水平顯著的提升，電廠在我國的經濟發展中發揮著更加重要的作用。煤炭資源是我國的重要戰略資源，對于保障我國電力資源的平穩供應具有重要的意義。因此，相關部門需要針對大型火電廠煙氣循環流化床脫硫系統設計進行研究，希望可以為相關部門進行相關工作提供有效的建議，提升我國工業的發展水平，促進我國經濟的發展。