大型火电厂烟气循环流化床脱硫系统设计分析

王艳龙

(晋能控股电力同达热电有限公司，大同 037000)

0 引 言

煤炭资源是我国目前发展阶段工业生产中最为重要的化石资源之一，但是由于煤炭资源存在地区分布不均、资源品质不高的情况，使得我国目前应用的煤炭资源中硫元素的含量比较高，导致在资源进行开采和处理的过程中会产生一些含硫物质，严重影响区域内部的自然环境及人民生活。因此，需要积极地利用相应的技术进行脱硫处理，从而可以有效地降低资源开采对自然环境的影响，实现我国工业的可持续发展。

1 大型火电厂烟气循环流化床脱硫系统设计的必要性

我国是燃煤大国，煤炭资源在我国的工业生产和居民日常生活水平中发挥着重要的作用。由于我国的煤炭资源多为硫煤矿，使得我国的二氧化硫等硫化物的排放总量显著的增加，已经超过了2 000万t，是目前在世界上硫化物排放最多的国家[1]。在当前技术水平的现状下，烟气脱硫是工业对二氧化硫以及其他硫化物的排放量的控制最为有效以及经济的手段。目前，我国大型火电厂烟气脱硫技术往往选择已经比较成熟的石灰石/石膏湿法工艺，但是这种工艺在应用的时候存在工艺系统复杂、投资比较大、占地面积大、耗水比较多、运行成本高等问题，这就导致其在应用的过程中遇到许多问题，我国现阶段的相关企业需要一种投资比较少，运行成本比较低、效率比较高的脱硫技术，因此在大型火电厂内部进行烟气循环流化床脱硫系统的原因具有重要的意义。

2 大型火电厂烟气循环流化床脱硫系统设计的工艺原理

大型火电厂烟气循环流化床脱硫系统的工作原理是利用循环流化床的原理为基础，选择生石灰以及消石灰等物质作为脱硫剂。具体的设备组成部分有吸收塔、脱硫除尘器、吸收剂制备、物料再循环及排放、工艺水、仪表控制系统。各个部分协同发挥作用，从而可以保证整个系统的运行，进一步实现对硫化物的合理的控制，促进我国的工业的可持续性发展。

在系统进行工作的时候，锅炉烟气从吸收塔的底部进入系统，并且和系统内部的吸收剂和脱硫灰进行充分的结合，通过文丘管里管的加速将其悬浮，从而可以使得物质呈现为湍动的状态，让颗粒和烟气之间可以生产比较大的相对滑落速度，使得其反应界面不断进行摩擦和碰撞，进一步强化气固间的传热和传质；另外，相关设备会立刻进行相应的反应，在吸收塔内喷水，使得颗粒表面湿润，烟气冷却到最佳的化学反应温度，这时候烟气中的硫化物和酸性物质已经被充分的吸收，从而生成相应的无害的产物,从而可以降低化工产业对整个区域内部的环境影响[2]。

另外，为了降低吸收剂的使用量以及保证流化床可以稳定的运行，可以将除尘器收集到的脱硫产物以及未反应的吸收剂进行循环回收，并且再次进行参加化学反应。吸收塔内部一般拥有比较高的颗粒的床层密度，这就导致整个吸收塔内部的Ca/S的比例高达50%，使得烟气中的二氧化硫可以充分的和该物质进行反应。相关部门还可以通过对吸收剂的收入量以及烟气的接触时间进行充分的控制，从而可以获得90%～98%的稳定二氧化硫的脱除效率以及99%以上的三氧化硫、盐酸、氟化氢的脱除效率。

3 大型火电厂烟气循环流化床脱硫系统的组成

3.1 吸收塔

吸收塔是文丘塔的孔塔结构，是进行脱硫反应的核心。在进行工作的时候，烟气中所有的三氧化硫都被脱除以及始终在烟气露点温度20℃以上，因此吸收塔内部不需要进行任何的防腐处理，塔体的原材料是普通碳钢。另外，随着我国经济的发展，我国的工业生产已经朝着大型化的方向进行发展，因此需要在吸收塔流化床的入口处采用7个文丘里管结构。

3.2 脱硫除尘器

脱硫除尘器也是在1整个儿系统中的重要组成部分，可以采用电除尘器或者不带除尘器进行相关工作。由于物料在其中不断的进行循环使得整个脱硫除尘器的入口粉尘的浓度极高，甚至于可以达到常规电站除尘器的20～30倍，从而可以满足现阶段环保部门对于烟尘浓度的实际需求。为了实现我国工业的绿色发展，需要保障脱硫除尘器的效率需要高达99.98%以上，但是由于吸收塔的喷水降温的作用可以有效的实现电除尘的收集。相关单位可以选择BS型高浓度电除尘技术，这种技术来自于德国，可以通过优化内部的结构设计满足脱硫工艺的实际需求，从而可以有效地提升脱硫的质量和效率。

3.3 吸收剂制备系统

大型火电厂烟气循环流化床脱硫系统中，一般选择氢氧化钙作为脱硫剂来进行相关的化学反应，其来源一共有两种方式，第一种是采取和实际工艺需求相符合的消石灰粉。第二种的采购和工艺需求的实际需求相符合的粉状氧化钙通过密封罐车运到脱硫岛并注入生石灰仓。之后，相关部门需要经过已经安装在仓底的干式石灰消化器生成相应的氢氧化钙干粉，从而可以将其通过气力输送到消石灰仓储存。另外，在实际施工的时候需要根据脱硫需要，需要通过相应的计量系统向吸收塔加入氢氧化钙干粉。另外，在进行处理的时候可以选择卧式双轴搅拌式消化器的结构的干式石灰消化器，从而有效的提升工作的效率。

3.4 物料再循环及排放系统

脱硫除尘器在对整个烟气进行处理之后收集的脱硫灰大部分可以通过空气斜槽返回吸收塔内再次进行循环。一般而言，为了保证实际应用的过程中，可以保证处理效果，不需要在系统内部设立两条循环空气斜槽，并且对循环灰量进行严格的控制，从而可以有效的调节吸收塔的压降。

另外，相关部门可以在脱硫除尘器的灰斗处设置2个外排灰点，并且选择比较有效的输送方式进行处理，正压浓相气力输送方式可以将输送能力按照实际灰量的200%设计，可以保证输送的效果。最后，需要在系统内部设置两条配套的输送管道将脱硫灰输送到脱硫灰库，从而可以进行有效的储存。

3.5 工艺水系统

水也是工艺生产中重要的资源，在进行大型火电厂烟气循环流化床脱硫系统设计的时候也需要注重工艺水系统的设计，这种工艺用水系统往往包括两个方面，即吸收塔反应用水和石灰消化用水。吸收塔反应用水利用高压水泵的压力通过回流式喷嘴注入吸收塔内，并且在回流管上设置回水调节水阀，进一步保证作业人员可以对整个水量进行调控和跟踪，进一步保证实际应用的效果。高压水泵需要对流量和压力进行严格的控制。另外，石灰的消耗用水量需要利用计量泵对整个生石灰的加入量进行控制，从而可以有效的节约用水，保证工业的可持续发展。

3.6 控制系统

为了保障整个大型火电厂烟气循环流化床脱硫系统可以顺利的运行，需要积极的健全其内部的控制系统，从而可以使其作用可以得到有效的发挥。具体而言，整个控制系统可以包括三个主要的控制回路，这三个回路之间相互独立，彼此不会对对方产生影响：

(1)二氧化硫控制

二氧化硫是目前我国进行化石工业生产中影响比较大的污染物。这种控制需要根据吸收塔入口处的二氧化硫、ESP2排放的二氧化硫浓度和烟气量控制吸收剂的加入量，从而可以保证二氧化硫的排放浓度可以满足其要求。

(2)吸收塔反应温度的控制

为了实现整个系统内部的温度控制，需要对吸收塔内部的喷水量进行严格的控制，从而可以将吸收塔内部的温度严格控制在70～80 ℃，此温度为最佳的反应温度。

(3)吸收塔压降控制

吸收塔内部的压强也是保障整个系统平稳运行的关键，因此相关部门可以对循环物料量进行严格的控制，将其控制在1 600～2 000 Pa[3]。

3.7 新技术运用

在大型火电厂烟气循环流化床脱硫系统的架构搭建、组成设计中，还可结合当前的业内研究成果，综合运用多种新技术。例如，可将DCS、PLC等技术与脱硫系统的传统结构融合起来，从而建立起智能化、自动化的控制机制，实现远程电动操控与现场手动操控、在线实时操控与无人自动操控的协调运用。实践时，可先对烟气系统、吸收塔系统、排放系统的挡板、风机、电机等设备构件进行自动化、电控化改造，以满足新技术下的控制需求。在此基础上，若运用DCS技术，可采取分布式控制的逻辑，依据不同系统、设备、构件的参数信息进行反馈控制，从而达到整体性、动态性的控制效果。若运用PLC技术，则可将脱硫系统整体视为控制目标，并以PLC芯片作为核心，在数据信息的支持下对烟气温度、排烟压力、电机负荷等参数进行分析，进而实施出联动化、适应性的控制行为。再如，可在吸收塔、除尘器等子系统中安装传感装置，对脱硫系统运行过程中的排气量、烟气温度、工作电压等数据进行动态监测。在此基础上，可根据具体的数据反馈结果，进行脱硫剂投放量、系统工况的自动调整，从而在提高脱硫系统工作质量、确保锅炉烟气排放达标的同时，达到节能降耗的目的。

4 结束语

随着我国经济的发展以及技术水平的提升，我国的经济发展水平显著的提升，电厂在我国的经济发展中发挥着更加重要的作用。煤炭资源是我国的重要战略资源，对于保障我国电力资源的平稳供应具有重要的意义。因此，相关部门需要针对大型火电厂烟气循环流化床脱硫系统设计进行研究，希望可以为相关部门进行相关工作提供有效的建议，提升我国工业的发展水平，促进我国经济的发展。