刍议石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统优化

刍议石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统优化

高帆

广东国华粤电台山发电有限公司

摘要：本文主要对石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统优化进一步分析了解。随着环保要求的提高，国家制定了严格的SO2排放标准，在现有的脱硫技术中，石灰石／石膏湿法烟气脱硫系统（WFGD）是当前我国使用最广泛的脱硫工艺。

关键词：石灰石-石膏湿法烟气脱硫；燃烧脱硫；现状；优化

一、脱硫行业发展现状

随着全球环保要求的日益严格，我国制定了一系列政策与措施鼓励和监督燃煤电厂安装运行脱硫装置，包括加强对燃煤电厂周边环境质量的监测，征收污染物排放费用，并对超标排放制定了严厉的处罚条例，同时为补偿电厂脱硫成本，制定了脱硫电价的补贴政策。目前各种脱硫技术较多，概括起来主要可分为三大类：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫及燃烧后脱硫：

（1）燃烧前脱硫。燃烧前脱硫技术是指在煤燃烧前脱除其硫分，既充分利用了资源，又可减少对后续工艺流程的恶劣影响。煤燃烧前的脱硫方法较多，按其基本原理可分三种，即物理脱硫法、化学脱硫法和生物脱硫法。目前我国广泛采用的是物理选煤方法。

（2）燃烧中脱硫。燃烧中脱硫技术主要是指当煤在炉内燃烧的同时，向炉内喷入脱硫剂（常用的有石灰石，白云石等），脱硫剂一般利用炉内较高温度进行自身锻焼，煅烧产物（主要有CaO、MgO等）与煤燃烧过程中产生的SO2、SO3反化生成硫酸盐和亚硫酸盐，灰渣的形式有出炉外，减少SO2、SO3向大气的排放，达到脱硫的日的。燃烧中脱硫投资少，不产生废气，但会影响煤炭加工过程的正常运行，降低效率。

（3）燃烧后脱硫。燃烧后脱硫技术主要是利用酸碱中和的原理，将烟气中的SO2脱除，目前被认为是控制SO2排放的最行之有效的途径，此技术的应用已经成熟，效率比较高，但工艺过程比较复杂，占地较大。烟气脱硫技术属燃烧后脱硫技术，是目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫技术。按脱硫过程是否加水和脱硫产物的干湿巧态，烟气脱硫可分为千法天气脱硫、半干法烟气脱硫和湿法烟气脱硫三类。

二、石灰石—石膏湿法烟气脱硫技术

典型石灰石／石膏湿法脱硫系统（WFGD）如图１所示，主要由烟气系统、二氧化硫吸收系统、石膏脱水系统、吸收剂制备系统和公用系统等子系统构成，涉及的设备包括增压风机、吸化塔、巧化风机、浆液循环泵等。烟气通过增压风机升压后从底部进入吸收塔，自下而上流经脱硫塔，与自上而下的石灰石浆液形成逆向流动，同时发生热量交换和化学反应，陈去烟气中的二氧化硫。净化后的烟气经除雾器去烟气中携带的液滴，经烟道流向烟图排出。反应生成物。进入脱硫塔底部的浆液池，被氧化风机鼓入的空气强制窗化－生成CaSO4。最终生成石膏排巧。

三、脱硫系统运行优化

石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统在带来巨大环保效应的同时，明显增加了电厂能耗，提高了电力企业的生产运行成本。因此，分析电厂脱硫系统能耗特杜、开展电厂节能优化方法的研究，对于降低电厂对污染物治理的能耗代价、提高电厂技术经济性，乃至对实现国家节能减排战略，有着重要的理论与现实意义。脱硫系统的节能运行优化旧根到底就是如何保证既要增加脱硫效率又要降低脱硫成本，这是摆在火力发电厂面前的一个重要课题。

控制运行成本与追求脱硫效率是两个相互矛盾的目标，国内外学者对WFGD系统脂硫效率建立了多种数学模型，这些模型主要可以分为两大类：一种是基于机理分析、理论研究的模型，另外一种是利用系统运行数据、基于人工智能仿真和统计学的模型。随着火电机姐DCS系统与SIS系统越来越广泛的应用，越来越多的电厂建立了全厂实时巧史数据中屯、，数据空前丰富，混合智能模型基于这些海量数据，通过训练能较好地建立脱硫系统输入输出数据之间的关系。

随着企业管理精细化要求的提高，通过优化脱硫系统运行方式以降低脱硫成本已经得到研究者们的广泛重视。机理模型因建模过程过于复杂，使用条件苛刻，其发展受到了限制，而基于生产运行数据的建模方法受到了越来越多的关注。然而，脱硫运行过程中各种测量信号往往受到各种噪声、外巧干扰、传感器故障、数据传输及储存故障等影响，当测量数据出现故障时，需要研究所建模型对异常数据的处理，考虑到脱硫系统是一个复杂时变系统，如何建立合适的特性模型、选择高效的优化方法是目前研究的热点课题。

四、吸收塔内流场模拟及优化

烟气脱硫吸收塔是石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺的核心设备，其内部流场分布情况直接影响系统压降、气液传质、塔内温度场分布和脱硫效率等重要性能参数，塔内的流场分布对于系统性能具有决定性的作用。如果吸收塔体设计布置不合理将直接导致系统阻力损失较大，造成增压风机运行电耗较多，同时可能导致塔内温度分布不均匀，气液传质不顺杨，影响该系统的脱硫效率。部分研究学者通过试验的方法研究吸收塔内的流动特性，但实验结果往往只能针对特定的设备和结构，具有较大的局限性，同时流场影响因素众多，严格控制困难，故无法开展全工况试验。随着近年来计算流体力学（CFD）、化学反应动力学、踹流扩散反应理论等学科的发巧，大多学者通过吸收塔流场的数值模拟计算，结合吸收塔脱硫反应过程的模型和试验研究，使得对吸收塔内部流场的设计优化以提高脱硫效率、降低脱硫系统的初期投资和运行成本成为可能。

国内外有多种数值横拟方法可对脱硫吸收塔内流场进行模拟，通过CFD技术模拟研究吸收塔内流场特性是可行的。在模拟计算时，大部分研究只是关心速度场分布，而未对颗粒进行深入跟踪，烟气中夹带过多液滴会造成除雾器整体除雾效果不佳，所以优化烟气流场的同时需考虑到压力损失与颗粒逃逸量的变化情况。另外，实际工程应用中脱硫系统缺乏相应的实验来验证模拟结果的可靠性，大型机组配套湿法脱硫系统塔体结构庞大，内部设备较多，模拟计算时需要考虑内部构件对流场的影响，模拟结果需要验证准确后，才能为吸收塔塔体结构和塔内部件布置的优化设升奠定基础。

结束语：

总之，随着我国经济的快速发展，对能源的需求日益增长。我国是世界上以煤炭为主要能源的国家之一。煤炭作为一次能源的最大的缺点是，在燃烧过程中巧排放出的SO2及粉尘等污染物，给人类健康、社会生产、生态环境等造成了巨大的危害。在国家政策法规支持下，我国的燃煤火电脱硫产业得到了迅猛的发展，众多国外技术被引进消化并运步实现国产化，使得脱硫系统建设成本大大降低。

参考文献：

[1]电厂湿法烟气脱硫系统对环境质量改善及经济性分析[D].张彩庆.华北电力大学2012

[2]大型石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统可靠性研究[D].徐锐.华中科技大学2011

[3]火力发电机组脱硫系统GGH堵塞机理研究[D].孙志春.华北电力大学（北京）2010

[4]石灰石活性和塔内流场对湿法烟气脱硫效率的影响研究[D].郭瑞堂.浙江大学2008