燃煤电厂除灰脱硫系统一体化工艺研究

燃煤电厂除灰脱硫系统一体化工艺研究

徐军得

华电新疆发电有限公司红雁池分公司 新疆乌鲁木齐 830047

摘要： 随着当前我国社会经济的不断发展,带动了我国工业化发展程度不断上升,燃煤电厂作为我国电力供应的重要方式之一,在社会经济发展背景下也取得了很大进步.本文重点研究的是燃煤电厂除灰-脱硫系统一体化生产工艺流程,通过这种系统处理方式,防止除灰系统结垢之后,降低了冲灰废水中的pH值,并且分析了这种工艺在我国工业化发展中的运用前景。

关键词：燃煤电厂；除灰；脱硫
  近年来大气污染问题己成为制约我国经济社会可持续发展的重要因素，受到我国政府的高度重视。二氧化硫排放是造成我国大气环境污染不断加剧的主要原因，而燃煤产生的SO2排放量占SO2排放总量的绝大部分，因此开发高效合理的节能减排技术势在必行。

1 概述
  在燃煤电厂中，由锅炉排出的炉渣和除尘器收集的飞灰，一般都含有括性氧化钙(fcaO)等碱性物质。这些灰渣大部分用水力输送到灰场贮存。在灰渣转送过程中，由于fcao等碱性物质的溶出，使冲灰水水质恶化，pH值升高， 和TDS浓度增大，同时含有重金属等污染物质，其结果是由灰场排出的冲灰废水水质超出国家规定的废水排放标准，最突出的是pH2>9．0。这使冲灰废水成为燃煤电厂最大的水污染源，不但污染水体，而且燃煤电厂还必须承担巨额排污和超标费用。除此之外，由于冲灰水pH值升高和 浓度增大。冲灰水中 转变为 ，使冲灰水中 过饱和并析出 ，沉淀。当这些 沉淀附着于系统内壁时，即造成系统结垢，这不但使输灰系统阻力增大，输灰动力消耗增加，严重时危及燃煤电厂生产安全，而且燃煤电厂每年要支付数十万乃至上百万的除灰系统清洗费用。解决以上问题的办法之一是在冲灰系统中加入酸性物质．中和灰渣溶解出来的碱性物质，使冲灰水pH<8．5。但由于技术及经济的原因，目前尚没有一种公认的成熟办法在燃煤电厂实施。
  2 除灰、脱硫一体化工艺原理分析
  燃煤电厂在发电过程中会产生大量烟灰，这些烟灰经由除灰系统，会产生很多碱性结垢，碱性物质混入冲灰水中进行排放，会对环境造成严重的污染，因此必须根据产生问题的原理进行针对性的解决。除灰、脱硫一体化工艺主要应用酸碱性中和反应的原理，将除灰系统与脱硫系统相联合，使脱硫系统中的脱硫剂与除灰系统中的碱性物质发生中和反应，从而解决除灰系统的结垢问题和冲灰水PH值超标问题。在除灰系统和脱硫系统的联合运行过程中，脱硫塔中的吸收液含有部分亚硫酸和氢氧硫酸物质，用吸收液作为冲灰水可以与除灰系统中的飞灰发生酸碱中和反应，并将二氧化硫送回脱硫塔中进行二次处理，这种运行的方式充分应用废物利用、以废止制废的原理，使燃煤电厂的治理效率显著提升。但是在实际运行过程中，要对除灰系统中碱性物质和二氧化硫的含量进行精密分析，并通过添加脱硫剂、碱性物质等手段，使除灰系统与脱硫系统中的酸碱物质达到充分的中和。

3 除灰-脱硫系统一体化工艺原理
  在除灰系统中，飞灰中碱性物质是通过冲灰水而造成环境污染和系统结垢的。如果在冲灰水中加入足量的酸性物质中和飞灰溶出的碱性物质，则除灰系统的冲灰废水水质超标和系统结垢两个问题便迎刃而解了。而通过脱硫塔的吸收液含有一定量的H2SO3和H2SO4。若用脱硫塔排出的吸收液作冲灰水，当吸收液中含有的酸量与飞灰中含有碱量相等时，除灰系统的问题就解决了。另外，经过冲灰过程的吸收液，酸性物质被中和，可送回脱硫塔继续吸收烟气中SO2。这样相当于飞灰中的碱性物质在脱硫系统中得到利用。一般情况下，在同一燃煤电厂飞灰中可利用碱性物质的量远远少于烟气中SO2的量。因此，除灰-脱硫一体化工艺要维持一定的脱硫效率，还必须加入相当数量的碱性物质。根据以上原理，我们拟定了工艺流程。（1）为满足除灰系统冲灰水的水质要求，脱硫吸收液的pH值控制较低，具体范围由除灰过程模拟试验确定。（2）采用MgO作脱硫剂，省去制浆系统（因吸收液pH值低）和废渣处置系统，废水作为冲灰水。这样可大大简化系统。（3）脱硫塔里设两层喷淋装置，下层喷淋是吸收液的循环使用，可降低排出吸收液pH值，以满足除灰系统对冲灰水水质的要求。另外可以调整L/G值；上层喷淋水取自经MgO中和的吸收液和除灰系统回收水，pH值搅制5～6，用以提高脱硫率。（4）在系统中加入催化剂，并在脱硫塔底部装设空气曝气装置，使吸收液中HSO3-能在低pH值的条件快速氧化，增大吸收液吸收SO2的推动力。
  4 除灰脱硫一体化方案研究
  除灰脱硫一体化的目的是利用DCS的突出优点，在继续保证脱硫DCS可靠运行的前提下提高除灰系统的可靠性，进而提高全厂单元机组运行可靠性。另外，一体化使运行可在同一操作站实现全厂脱硫和除灰系统的监控，这符合“减人增效”的运行方针，也可减轻仪控维护压力和减少维护投入。（1）方案一，继续保留整个PLC的CONTROLNET网络，增加脱硫DCS和除灰PLC的通信接口，即将iFIX的监控功能全部改由脱硫DCS系统的虚拟DPU和画面完成。这样可以利用DCS实现iFIX和PLC较难实现的功能，如操作记录、操作器功能、趋势开放等，还可撤消原除灰系统的部分操作站，但原除灰工程师站作为PLC组态工具仍需保留。此方案虽然改造费用少，但仍存在一些问题，如PLC网络加卡或程序下载时两炉除灰系统仍会离线、PLC故障影响2台机组的系统可靠性没有根本改变、PLC和DCS接口通信设计的可靠性是否满足等。（2）方案二，（推荐）取消整个PLC网络及其操作站，每炉配置一对干除灰专用DPU，一期、二期除灰系统配套的其它公用部分再各配置一对DPU，原PLC的I/O站全部改为DCSI/O站，除灰系统新增的6对DPU通过脱硫DCS系统A/B交换机对的备用口与脱硫DCS系统联网，实现全厂除灰脱硫DCS一体化。此方案的投资较大，但之后可降低维护成本，减轻仪控工作压力，提高运行管理水平。其中，一、二期除灰及其公用部分DPU、炉仓泵及炉底渣I/O控制柜仍放置在一、二期除灰电控楼原PLC机柜位置，其它DCS远程I/O的布置位置照旧，仍然通过光缆接受DPU的远程控制。因一、二期除灰电控楼至原脱硫DCS交换机对A-1/B-1、A-3/B-3距离较近，除灰新增的6对DPU可通过网线直接并入原脱硫DCS的光纤环网，实现真正意义上的全厂除灰脱硫DCS一体化。

  5 节能降耗措施
  1）调整灰斗蒸汽加热温度，防止飞灰湿度大，流动性差。灰斗蒸汽盘管统一是直径38mm的钢管，双室四电场共计八个阀门分别控制蒸汽流量。因灰量不同灰斗自身产生温度不同，所以需要蒸汽量。一般烟气露点温度在85~100℃之间，所以我们调整八个蒸汽调节门，使各灰斗温度维持在100~110℃之间，减少蒸汽浪费。2）两台机组各设计3台输灰空压机，输灰压缩空气管道中间增加联络门，两台机组运行期间，增加压缩空气互相协调能力，互为补充，一般情况下可以减少一台输灰空压机运行，一方面节能降耗，另一方面提高了系统的可靠性，为设备检修提供便利。

  参考文献：
  [1]丁亦.火电厂节能减排的必要性与对策分析.2016
  [2]汪夏.我国火电厂烟气脱硫工艺现状及发展综述.2016
  [3]安晓霞.关于加强火电厂烟气脱硫产业化发展的若干意见.2016

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