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1、贝加莱贝加莱 APROL 系统在电厂烟气脱硫自动化工程中的应用 系统在电厂烟气脱硫自动化工程中的应用 作者：北京电力科学院 王志凯 一、电厂烟气脱硫的意义 一、电厂烟气脱硫的意义 随着经济的快速发展，我国因燃煤排放的二氧化硫急剧增加。据统计，1990 年全国煤炭消耗量 10.52 亿吨， 到 1995 年煤炭消耗量增至 12.8 亿吨， 二氧化硫排放量达 2370 万吨，超过欧洲和美国， 居世界首位。 由于我国部分地区燃用高硫煤， 燃煤设备未能采取脱硫措施，致使二氧化硫排放量不断增加，造成严重的环境污染。据国家环境保护局对全国 2177 个环境监测站 13 年(1981-1993 年)监测数据
2、分析表明，环境空气中二氧化硫浓度超标城市不断增多，目前已有 62.3%的城市二氧化硫年平均浓度超过国家二级标准，日平均浓度超过三级标准（二氧化硫年平均浓度二级标准值为 0.06 毫克立方米，是人群在环境中长期暴露不受危害的基本要求；日平均浓度三级标准值为 0.25 毫克立方米，是人群在环境中短期暴露不受急性健康损害的最低要求。环境空气中二氧化硫的主要危害是引起人体呼吸系统疾病，造成人群死亡率增加）。为控制燃煤造成的SO2大量排放，遏制酸沉降污染恶化趋势，防治城市空气污染，国家出台了燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策。1991 年 10 月 29日国家环境保护局批准 燃煤电厂大气污染物排放标准 ，
3、 其中GB 13223-91 、 GBJ4-73 、代替废气电站部分中规定了燃煤电厂的二氧化硫允许排放量及烟尘允许排放浓度， 详细介绍了不同燃煤电厂SO2排放量以及SO2最高允许排放浓度的计算方法，适用于全国除层燃和抛煤发电锅炉以外的燃煤电厂。 随着国家环保标准的提高以及环境监测技术的提高和检测的日益严格， 发电企业排污的成本大幅提高，在权衡利弊之后发电企业往往更愿意选择安装环保装置。同时，推广燃煤电厂的烟气脱硫项目以减少SO2污染从经济角度也是首选。为深入贯彻落实科学发展观，实现全面协调可持续发展，我们把控制二氧化硫的排放作为一项重要工作来抓，于 2005 年与浙大网新公司合作，对湖南岳阳华
4、能电厂二期 2300Mw 1、2 机组进行了烟气脱硫自动化系统的设计调试工作。 二、脱硫工艺的种类 二、脱硫工艺的种类 烟气脱硫技术分为两大类， 即湿法烟气脱硫技术和干法烟气脱硫技术。 湿法烟气脱硫在燃煤发电厂及中小型燃煤锅炉上获得广泛的应用， 成为当今世界上燃煤发电厂采用的脱硫主导工艺技术。这是由于湿法烟气脱硫效率高、设备小、易控制、占地面积小以及适用于高中低硫煤等。目前，在国内外燃煤发电厂中，湿法烟气硫占总烟气脱硫的 85%左右，并有逐年增加的趋势。在我国中小型燃煤锅炉中，湿法烟气脱硫占 98%以上，接近 100%。 石灰石法占湿法技术的 36.7%。由于石灰石来源丰富，价格比石灰低得多，
5、多年来形成了湿法石灰石石膏烟气脱硫技术， 并在国内外燃煤发电厂中获得广泛的应用， 其应用量有逐年增加的趋势。 还有抛弃法即对反应产物进行抛弃处理。 但石灰石/石灰-石膏抛弃法呈逐年下降的趋势。这是由于石灰石/石灰石膏法副产建筑材料石膏，对环境不造成二次污染所致。另外，还有回收法，强制使CaSO3氧化成CaSO4（石膏）并加以回收。其它湿法技术有双碱法、氧化镁法、氨法、维尔曼洛德法等各占 48.3%。而干法烟气脱硫技术则无论脱硫剂是干态还是湿态，最终反应产物都为干态。 三、岳阳电厂烟气脱硫工艺原理 三、岳阳电厂烟气脱硫工艺原理 岳阳电厂脱硫工艺采用湿式石灰石石膏的化学吸收法对排放烟气进行脱硫。
6、湿法烟气脱硫基本原理有物理吸收和化学吸收法两种原理。 物理吸收速率较低， 在现代烟气中很少单独采用物理吸收法。若被吸收的气体组分与吸收液的组分发生化学反应，则称为化学吸收。在化学吸收过程中， 被吸收气体与液体相组分发生化学反应， 有效的降低了溶液表面上被吸收气体的分压， 增加了吸收过程的推动力， 即提高了吸收效率又降低了被吸收气体的气相分压。因此，化学吸收速率比物理吸收速率大得多。 该电厂烟气脱硫系统（FGD）的#3、#4 机组设计为每炉一座吸收塔和其它附属设备。其基本原理是烟气脱硫生成石膏后，被储存在石膏堆场中。 石灰石石膏湿法烟气脱硫的基本化学反应如下： ? SO2吸收： SO2H2O H
7、2SO3H2SO3 H+ +HSO3-? 氧化： HSO3- 1/2O2 H+ +SO42-? 石灰石溶解： CaCO3+2H+ Ca2+ +CO2+H2O ? 沉淀： Ca2+ SO42-+2H2O CaCO4 *2H2O 以#3 机组为例，岳阳电厂脱硫工艺流程如图 1 所示。 图 1 脱硫工艺流程图 烟气脱硫系统的工艺主要包含：烟气系统、吸收系统、石灰石浆液制备及供给系统、石膏旋流系统、石膏脱水系统、排空系统、废水处理系统等。由以下主要部件组成：吸收塔、气气换热器、增压风机及其它设备和辅助系统、石灰石浆液制备和石膏脱水机等。 每套 FGD 系统处理电厂一台锅炉的烟气。 烟气系统包括增压风机
8、、 GGH、 原烟气挡板、净烟气挡板、旁路挡板、挡板密封风机。在挡板切换至 FGD 运行后，烟气通过增压风机和GGH 进入吸收塔，净烟气在吸收塔内冷却至饱和温度，在 GGH 内得到重新加热以保证净烟气进入烟囱前能达到所要求的温度 80。 吸收系主要用来洗脱 SO2、SO3、HF、HCL 和飞尘。新鲜的石灰石浆液不断的加入吸收塔， 副产品石膏浆液、 石灰石浆液和水的混合浆液一直在吸收塔内从循环池至喷淋层不断地循环。 混合浆液在喷嘴处雾化为非常细小直径的小液滴， 在小液滴滴落回循环池的过程中，去除了烟气中的 SO2、SO3、HF、HCL 和飞尘等。 石灰石浆液制备及供给系统由石灰石卸料系统、湿磨系
9、统、石灰石浆液缓冲系统组成，主要是将来自磨机系统的石灰石浆液稀释成 20%Wt 的石灰石浆液，然后送往吸收塔。 石膏是洗涤工艺的产品，石膏浆液中含有（如氧化镁、氯化钙）石膏、石灰、CaF2和其它杂物颗粒，因此需要对石膏进行净化，将石膏从其它物质中分离出来。石膏净化分两部进行：分离和脱水，分离在石膏旋流系统中进行，接着的第二步则在石膏（真空皮带）脱水系统中进行。 排空和废水系统属于辅助系统，保证脱硫系统稳定、合格的运行。 四、四、APROL 系统在脱硫综合自动化项目中的应用 系统在脱硫综合自动化项目中的应用 华能岳阳电厂二期扩建 2300MW 机组烟气脱硫工程与华能岳阳电厂二期扩建工程于2005
10、 年同时动工，我们负责烟气脱硫综合自动化控制系统的开发调试。 该工程控制点数共 3700 多点，如表 1 所示： 表 1 华能岳阳电厂二期扩建 2300MW 机组烟气脱硫监控点 类型 #1 脱硫系统 #2 脱硫系统 公用系统 AI(420mA) 120 120 128 AO(420mA) 8 8 12 DI 544 544 800 DO 320 320 432 PI 16 16 0 RTD 104 104 24 T/C 8 8 0 SOE 32 32 32 共计 1152 1152 1428 我们将脱硫系统的自动控制分为两个区， 即制浆区和脱硫区。 制浆区负责自动控制脱硫浆液的制造和输送；而脱
11、硫区则又分别对SO2浓度回路、石灰石粉制浆浓度和脱硫塔烟气温度进行控制。 根据脱硫系统特点，我们将整个系统划分为三部分进行监控，#1 脱硫系统、#2 脱硫系统和公用系统。#1、#1 脱硫系统分别对#1、#2 脱硫的烟气系统、吸收系统、石灰石浆液制备及供给系统、石膏旋流系统和石膏脱水等系统进行监控；公用系统主要对工艺水系统、压缩空气系统、石灰石浆液制备系统、石膏脱水系统、废水处理系统及电气系统进行监视和控制。 整个系统操作层的操作总线为双以太网，操作层设备包括 4 台操作员工作站、1 台工程师工作站、3 台打印机、一个打印服务器，后台软件采用 B&R 公司的 APROL 过程处理软件。数据高速公
12、路由 4 个网络交换机，两两级联方式构成双网。现场层由控制处理器和过程输入/输出(I/O)两部分构成，控制处理器共 9 对，1#脱硫、2#脱硫和公用系统各 3 对，每对互为热备用。 控制处理器采用 CP360,I/O 单元采用 IF260,通过 EX350 进行远程扩展。 控制处理器和过程输入/输出(I/O)单元采用 CAN_BUS 总线通讯方式，系统结构图如图 2 所示。 图 2 脱硫系统综合自动化系统机构图 脱硫系统控制的主要目的是保证工艺系统的安全、正常运行，提高机组的自动化水平，维持主要参数正常； 主要辅机启停时自动进行相关连锁操作； 保证脱硫系统故障不引起主机跳闸。表 2 列出了各系
13、统的主要控制点。 表 2 各系统主要控制点 主要控制点 控制目的 控制手段 增压风机烟 气流量调节 旁路挡板差 压调节 维持烟气处理量 预防气体从旁路挡 板中泄漏 调节增压风机出力 风烟系统 旁路挡板紧 急动作 保证FGD安全运行 FGD 故障时保证主 机安全 快速打开旁路挡板 电源消失 BUF 跳闸 全部吸收塔循环泵停止 FGD 入口烟气温度过过高高 FGD 入口烟气压力过高/ 低 锅炉事故 两台 IDF 或 FDF 跳闸 锅炉 MFT, 汽轮发电机 组跳闸 主要控制点 控制目的 控制手段 吸收塔液位 调节 维持吸收塔液位在 稳定的值 调节工业水补水量 吸收塔系统 吸收塔 PH 调节 保持反
14、应液酸碱 度，增加SO2吸收率 调节石灰石浆液的流量 吸收塔排出 石膏浆液流量控 制 将反应生成的石膏 及时排出塔外 根据石灰石浆液入料量调节 排出量 浆液循环泵 控制浆液循环泵启 停 连锁循环泵的冲洗程序 除雾器冲洗 系统 保持除雾器干净以 维持其除雾效果 通过控制除雾器各区域的冲 洗水阀进行冲洗 主要控制点 控制目的 控制手段 石灰石浆液 箱液位调节 维持石灰石浆液箱 液 位在稳定的值 调节入口水量 石灰石浆液 箱浓度控制 保持石灰石浆液的 浓度 通过给粉量调节来维持石灰 石和调浆水的配比 浆液制备系统 石灰石浆液 供浆泵 启停控制 连锁浆液泵的冲洗程序 主要控制点 控制目的 控制手段 真
15、空皮带脱 水机滤饼厚度控 制 维持滤饼厚度，保 证脱水机出力和石膏含 水量 调节皮带机转速 滤布清洗水 箱水位控制 保持水箱液位 调节工业水补水流量 石膏脱水系统 滤液水箱水 位控制 保持水箱液位 调节吸收塔返回液的流量主要控制点 控制目的 控制手段 其他系统 箱罐液位控 制 （工艺水箱、 废水缓冲箱等） 维持箱罐液位 调节箱入口给料量 该工程经过近 10 个月的调试时间， 于 2006 年 5 月份按期保质的完成了两个机组脱硫系统的 168 验收， 并且实现了华能系统第一个电厂主厂项目 168 验收与脱硫项目 168 验收同期完成的目标。该系统设计有完善的数据采集系统（DAS）、闭环控制回路（MCS）及顺序控制功能组（SCS）等，系统正常运行及启停过程在运行人员少量干预下均可自动完成。操作人员在集中控制室通过 LCD 及键盘和鼠标对系统进行监视和控制操作。该系统从投运至今运行稳定。不但创造了巨大的环境效益，同时创造了巨大的经济效益。由于脱硫系统的稳定运行， 该电厂多次经过环保部门的验收， 排放完全符合标准， 因而在工业电价的基础上，年年享受每度电 0.25 元的补贴电价，每年都为电厂增加了巨大的经济收益。B&R 公司在脱硫综合自动化控制等项目上具有广阔的应用前景！
