一种火电厂湿法烟气脱硫系统水平衡评价及控制方法与流程

1.本发明属于火力发电厂性能试验技术领域，具体涉及一种火电厂湿法烟气脱硫系统水平衡评价及控制方法。


背景技术：

2.湿法脱硫占烟气脱硫工艺的92％以上，且广泛应用于电力、钢铁等行业。通过对湿法脱硫系统各种带入水、用水、排水及蒸发水水量及水质的测定，查清不同负荷工况下脱硫系统的用水状况，并结合脱硫系统能耗正确评价脱硫系统的水平衡状况，可为湿法脱硫装置安全高效运行以及节水改造提供有效依据。
3.关于火力发电厂水平衡测试方法为dl/t 606.5
‑
2009《火力发电厂能量平衡导则》中第五部分水平衡试验，该标准中表述了火力发电厂全厂水平衡的测试方法，测试原则要求为高于80％负荷，侧重于系统的用水量及全厂水平衡状况。
4.由于极端工况下，燃煤机组通常在低负荷下易出现脱硫装置水平衡问题，导致脱硫系统吸收塔出现除雾器无法冲洗、液位持续过高，难以控制的局面，极大威胁了机组运行的安全。随着燃煤机组灵活性改造及机组调峰现象的普及，燃煤机组湿法脱硫装置在低负荷的安全稳定运行至关重要。现有全厂水平衡测试方法仅能反映湿法脱硫装置在满负荷下的取水量，无法表明装置各系统的用水及耗水分布，无法指导湿法脱硫装置的用水及运行。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种火电厂湿法烟气脱硫系统水平衡评价及控制方法，本发明能够对火电厂湿法烟气脱硫系统水平衡状态进行评价，判断火电厂湿法烟气脱硫系统是否为水平衡状态，以及当火电厂湿法烟气脱硫系统为非水平衡状态时，能够进行控制，使得火电厂湿法烟气脱硫系统达到水平衡状态。
6.本发明采用以下技术方案：
7.一种火电厂湿法烟气脱硫系统水平衡评价方法，包括如下过程：
8.对火电厂湿法烟气脱硫系统在不同负荷工况下进行水平衡测试，得到火电厂湿法烟气脱硫系统各负荷工况的系统补水量、复用水量和系统耗水量；
9.根据各负荷工况的系统补水量、复用水量和系统耗水量计算得到火电厂湿法烟气脱硫系统各负荷工况的不平衡率、复用率以及除雾器可利用水率；
10.根据各负荷工况的不平衡率、复用率以及除雾器可利用水率对火电厂湿法烟气脱硫系统各负荷工况的水平衡状态进行评价，判断火电厂湿法烟气脱硫系统是否为水平衡状态。
11.优选的，根据各负荷工况的不平衡率、复用率以及除雾器可利用水率对火电厂湿法烟气脱硫系统各负荷工况的水平衡状态进行评价时：
12.对于某一负荷工况，若不平衡率、复用率以及除雾器可利用水率均在各自预设范围时，表明火电厂湿法烟气脱硫系统在该负荷工况下为水平衡状态，否则火电厂湿法烟气
脱硫系统在该负荷工况下为非水平衡状态，所述不平衡率、复用率以及除雾器可利用水率的预设范围为当火电厂湿法烟气脱硫系统在某一负荷工况下为水平衡状态时，该负荷工况下的不平衡率、复用率以及除雾器可利用水率所处的范围。
13.优选的，不平衡率的预设范围为小于5％。
14.优选的，复用率的预设范围为20％～40％。
15.优选的，除雾器可利用水率的预设范围为不小于0.5。
16.优选的，所述不同负荷工况包括高负荷、中等负荷和低负荷，其中：
17.高负荷为机组负荷率高于95％以上时的工况；
18.中等负荷为机组负荷70％～80％负荷时的工况；
19.低负荷为机组常规最低稳燃负荷，常规为40％～50％bmcr工况。
20.优选的：系统补水量为除雾器冲洗水量、脱水装置冲洗水量、制浆系统补水量、设备及管道冲洗水量、工业水量和吸收塔工艺水补水量之和；
21.系统耗水量为烟气蒸发水量、烟气携带液态水量、石膏带水量和废水达标排放量之和；
22.复用水量为制浆用滤液水量、管道冲洗用滤液水量、废水零排放装置烟气蒸发水量和烟气冷凝水回用量之和；
23.不平衡率其中，q
b
为系统补水量，q
h
为系统消耗水量；
24.复用率其中，q
lz
为制浆用滤液水量，q
lc
为管道冲洗用滤液水量；q
gz
为废水零排放装置烟气蒸发水量，q
yl
为烟气冷凝水回用量；
25.除雾器可利用水率其中，q
ts
为脱水装置冲洗水量，q
zj
为制浆系统补水量，q
cx
为设备及管道冲洗水量，q
gy
为工业水量，q
de
为吸收塔工艺水补水量，q
sj
为除雾器设计冲洗水量。
26.优选的，对火电厂湿法烟气脱硫系统在不同负荷工况下进行水平衡测试时，所述火电厂湿法烟气脱硫系统的浆液氯离子控制在设计范围内。
27.本发明还提供了一种火电厂湿法烟气脱硫系统水平衡控制方法，包括如下过程：
28.当火电厂湿法烟气脱硫系统在某一负荷工况为非水平衡状态时，则提高复用率并重新计算除雾器可利用水率，直至火电厂湿法烟气脱硫系统为水平衡状态，复用率最高不超过40％。
29.优选的，当火电厂湿法烟气脱硫系统在某一负荷工况为非水平衡状态，且通过提高复用率的方式无法使火电厂湿法烟气脱硫系统达到水平衡状态时，则火电厂湿法烟气脱硫系统停止在该负荷工况下运行或不在该负荷工况下长期运行。
30.本发明具有如下有益效果：
31.本发明火电厂湿法烟气脱硫系统水平衡评价方法通过对不同负荷工况下进行水平衡测试，得到火电厂湿法烟气脱硫系统各负荷工况的系统补水量、复用水量和系统耗水量，计算量化的不平衡率、复用率以及除雾器可利用水率，综合评判火电厂湿法烟气脱硫系
统的水平衡状态，评判指标全面具体，因此结果准确可靠，且方法快捷、简便，可有效应用于广大燃煤电厂。
32.本发明火电厂湿法烟气脱硫系统水平衡控制方法能够根据上述评价方法的评价结果进行，提高复用率来提高除雾器可利用水率，最终使得火电厂湿法烟气脱硫系统为水平衡状态，该控制方法简便快捷，且有评价结果作为理论依据，是一种准确、可靠、手段性强的控制方法。
附图说明
33.图1为火力发电厂湿法脱硫系统水平衡框图。
具体实施方式
34.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
35.本发明在明确湿法脱硫装置中补水量、复用量及耗水量三者关系的基础上，选用高、中、低三种负荷下的相关管道水量进行测试，并得到判定水平衡状态的量化指标——不平衡率、复用率以及除雾器可用水率来进行统计分析，对于脱硫系统的水平衡状态作出优秀、一般、欠佳的评判信息。
36.本发明测试的是火电厂湿法脱硫装置中的各管路的水量。脱硫装置正常运行过程中需要对各个管路的水量进行测试，通过采用试验仪表标定后的水量计量仪表或者其他辅助测量仪表等测试方法得到管路水量，并通过计算得到不平衡率、复用率以及除雾器可用水率评价结果。整个过程时间较短，不需要增加试验室人员的额外工作，简便，快速。
37.本发明基于湿法脱硫装置整体，测试重点为常规低负荷运行工况下，湿法脱硫系统补水量和带出水量的平衡关系，为湿法脱硫装置的安全高效运行及控制提供依据。本发明通过对湿法脱硫系统各种带入水、用水、排水及蒸发水水量及水质的测定，查清不同负荷工况下脱硫系统的用水状况，正确评价脱硫系统的水平衡状况，提出不平衡率、复用率等指标，可指导湿法脱硫系统水平衡控制及优化，可指导湿法脱硫系统的安全高效运行，保证系统的安全高效运行。
38.本发明技术方案包括以下步骤：
39.1)首先，选择在常规高负荷、中负荷、低负荷工况下进行水平衡试验，并根据系统补水量、复用水量、系统耗水量及相关水的测定，得到不平衡率、复用率、除雾器可利用水率。此处对于上述名词分别进行定义：
40.高负荷：定义为机组负荷率高于95％以上；
41.中等负荷：定义为机组负荷70％～80％负荷；
42.低负荷：定义为机组常规最低稳燃负荷，常规为40％～50％bmcr工况。
43.系统补水量：为满足脱硫装置运行而进行设备冲洗、管道冲洗、设备冷却、烟风冷却、设备密封、制浆这些直接或间接补充所带入的水量；
44.复用水量：滤液水制浆及管道冲洗、废水处理装置烟气蒸发、烟气冷凝这些回用至脱硫系统的水量，复用水量越大表明系统梯级用水程度越高；
45.系统耗水量：烟气蒸发、烟气携带、石膏带水、废水达标排放这些所排出的水量；
46.2)水平衡测试前提条件：脱硫系统浆液氯离子控制在设计范围内，通常为
20000ppm以内；
47.3)对所有实验仪表进行校验，并对测试管道水量进行如下方法测试：
48.a)有计量表计的用水系统，应用试验仪表对主要仪表进行标定，并记录同时查阅以前记录进行核算，各子系统水量主要采用三种辅助测量方法：超声波法、容积法、结晶水理论计算；
49.b)测试管道无水量计量仪表的，可采用便携式流量计或其他不影响管道正常运行的辅助测量仪表测量，选取负荷稳定的用水工况进行测量，平衡测量次数不少于3次，最终取其平均值
50.c)若测试管道上无水量计量仪表且无法使用便携式等辅助流量当采用辅助方法测量时，可以首先测定其他相关管道或系统的流量，然后通过计算得出该管道的流量数据；
51.d)对于间歇性通水的管道、沟渠，可以安装水表累计计量或采用容积法测量；
52.e)石膏的含水量可以采用重量法测定。
53.4)根据上述子系统水量测试结果，按下述计算公式得到系统补水量(q
b
)、耗水量(q
h
)及复用水量q
r
：
54.a)系统补水量：
55.q
b
＝q
cw
q
ts
q
zj
q
cx
q
gy
q
de
56.式中：
57.q
b
——系统补水量，m3/h；
58.q
cw
——除雾器冲洗水量，m3/h；
59.q
ts
——脱水装置冲洗水量，m3/h；
60.q
zj
——制浆系统补水量，m3/h；
61.q
cx
——设备及管道冲洗水量，m3/h；
62.q
gy
——工业水量，m3/h；
63.q
de
——吸收塔工艺水补水量，m3/h；
64.b)系统耗水量：
65.q
h
＝q
zf
q
xd
q
sg
q
fs
66.式中：
67.q
h
——系统消耗水量，m3/h；
68.q
zf
——烟气蒸发水量，m3/h；
69.q
xd
——烟气携带液态水量，m3/h；
70.q
sg
——石膏带水量，m3/h；
71.q
fs
——废水达标排放量，m3/h。
72.c)复用水量：
73.q
r
＝q
lz
q
lc
q
gz
q
yl
74.式中：
75.q
r
——复用水量，m3/h；
76.q
lz
——制浆用滤液水量，m3/h；
77.q
lc
——管道冲洗用滤液水量，m3/h；
78.q
gz
——废水零排放装置烟气蒸发水量，m3/h；
79.q
yl
——烟气冷凝水回用量，m3/h。
80.4)将所得到的系统补水量、复用水量、系统耗水量，按下述公式计算不平衡率(δ)，复用率(r)，除雾器可利用水率(x)：
81.a)不平衡率(δ)
82.不平衡率：定义为系统内补水和耗水之间的偏差比例，常规建议小于5％；不平衡率高于5％表明水平衡测试期间系统补水量过大，吸收塔液位维持可能存在较大难度，需及时采取措施，避免系统补水量持续增加。
[0083][0084]
δ——不平衡率，％；
[0085]
b)复用率(r)
[0086][0087]
r——复用率，％；
[0088]
q
lz
——制浆用滤液水量，m3/h；
[0089]
q
lc
——管道冲洗用滤液水量，m3/h；
[0090]
q
gz
——废水零排放装置烟气蒸发水量，m3/h；
[0091]
q
yl
——烟气冷凝水回用量，m3/h。
[0092]
c)除雾器可用水率(x)
[0093][0094]
x——除雾器可用水率，％；
[0095]
q
sj
——除雾器设计冲洗水量，m3/h。
[0096]
4)根据不平衡率δ、除雾器可用水率x评价系统水平衡状态：
[0097]
1、脱硫系统不平衡率δ应符合：脱硫系统内保证不平衡率不高于5％。
[0098]
2、复用率r即系统中回收水的再利用比例，范围为0～100％，表明系统梯级用水程度及节水潜力，一般情况下复用率r为20％～40％时，表明系统梯级用水较好。
[0099]
3、水平衡评价根据除雾器可用水率x进行评定：除雾器可用水率x越高，表明除雾器冲洗状态更满足设备要求；可用水率越低，表明除雾器冲洗状态不佳。
[0100]
5)控制优化
[0101]
根据水平衡测试结果：
[0102]
①
不平衡率δ小于5％时，表明水平衡测试满足测试要求，可根据复用率及除雾器可用水率进一步分析评估系统水平衡；当不平衡率δ≥5％时，表明测试期间，系统补水量明显大于系统消耗水量，需确认测试期间是否存在不规律或异常补水的状况，此时若除雾器可用水率x＜50％，则可能由于测试偏差影响除雾器可用水率的评价结果，建议重新进行水平衡测试。若除雾器可用水率x≥50％，则可进行后续评价。
[0103]
②
当除雾器可用水率x＜0时，表明系统用水及取水无法维持平衡状态，除雾器无法实现冲洗，存在较大的事故风险，需及时优化甚至停机处理；当除雾器可用水率0≤x＜
0.5，表明系统水平衡状态较差，需严格监测除雾器阻力即除雾器雾滴堵塞状态，避免除雾器运行状态异常导致出口粉尘浓度超标；当除雾器用水率x满足：0.5≤x≤1时，系统水平衡状态处于一般状态；当除雾器用水率x满足：1≤x时，系统水平衡较好，存在一定的调节裕量，可允许系统其他补水需求(即废水末端固化，污泥掺烧等)。
[0104]
③
系统水平衡不佳时，可根据系统复用率r考虑节水优化措施即通过提升系统内复用水量，减少系统必要补水，提升除雾器用水率。通常梯级用水较好的系统复用率r为20％～40％，若系统复用率r满足0≤r＜20％且x≤0.5时，通过提升复用率r(例如管道冲洗水改为机组滤液水，回收烟道冷凝水等)能够提升除雾器可用水率。
[0105]
本发明的主要测试对象为各个管路的水量，在对水量进行测试时要明确燃煤煤质稳定、机组负荷稳定、脱硫废水系统正常投用且吸收塔氯离子浓度在设计范围内，煤质、负荷等的不稳定会增加测量误差，影响评判结果。针对不同情况的管路，有不同的水量测试方法。对于具有水量计量仪表的管路，对其进行标定后可直接测量或者查阅检测记录，主要方法包括超声波法、容积法和石膏结晶水法。对于其他不具备水量计量仪表的管路，则采用辅助测试的方法进行测试。但当针对连续性用水，应在工况稳定的条件下进行测量，测量次数不少于3次；当针对间歇性用水，监测时长不小于24小时，得到累积平均值。
[0106]
测试准备的工作包括：明确机组容量、常规运行负荷、湿法脱硫系统的主要技术规范；明确主要用水设备台数和技术规范(用水量、水质、水温和冷却水介质的设计要求和技术数据)；绘制湿法脱硫水系统管网图，就地了解已安装流量计量仪表的位置和可实地检测流量管段的位置；统计湿法脱硫系统水源；统计湿法脱硫系统补水量、耗水量以及石膏含水量；统计分系统水量；计算湿法脱硫系统原、净烟气含湿量。
[0107]
实施例
[0108]
本实施例对华能沁北电厂5/6号机组脱硫系统水平衡测试评价。根据电厂实际运行工况规定：100％负荷；平均负荷工况：75％负荷；低负荷工况：40％负荷。
[0109]
保证吸收塔浆液氯离子浓度＜20000ppm(设计值)。
[0110]
具体包括如下步骤
[0111]
1)系统水量测定，系统补水统计结果如表1所示
[0112]
表1
[0113][0114]
系统补水量为：
[0115]
100％负荷时：
[0116]
q
b
＝q
cw
q
ts
q
zj
q
cx
q
gy
q
de
＝27.5 8.1 43.01 2.5 10.3 75＝166.4m3/h
[0117]
75％负荷时：
[0118]
q
b
＝q
cw
q
ts
q
zj
q
cx
q
gy
q
de
＝130.8m3/h
[0119]
40％负荷时：
[0120]
q
b
＝q
cw
q
ts
q
zj
q
cx
q
gy
q
de
＝74.6m3/h
[0121]
系统耗水统计结果如表2所示：
[0122]
表2
[0123][0124][0125]
系统耗水量为：
[0126]
100％负荷：q
h
＝q
zf
q
xd
q
sg
q
fs
＝157.6 0.08 3.2 10＝170.88
[0127]
75％负荷：q
h
＝q
zf
q
xd
q
sg
q
fs
＝131.66
[0128]
40％负荷：q
h
＝q
zf
q
xd
q
sg
q
fs
＝70.49
[0129]
复用水量统计结果如表3所示：
[0130]
表3
[0131][0132]
2)将所得到的系统补水量、复用水量、系统耗水量，计算不平衡率(δ)，复用率(r)，除雾器可利用水率(x)：
[0133]
a)不平衡率(δ)
[0134]
100％负荷：
[0135]
75％负荷：
[0136]
40％负荷：
[0137]
b)复用率(r)
[0138]
100％负荷：
[0139]
75％负荷：
[0140]
40％负荷：
[0141]
c)除雾器可用水率(x)
[0142]
100％负荷：
[0143]
75％负荷：
[0144]
40％负荷：
[0145]
3)评价及优化方法
[0146]
1、高负荷(100％负荷)评价：不平衡率δ＜5％，复用率r为19.3％，除雾器冲洗水率x＞1；系统水平衡状况较好，测试工况稳定有效，系统内梯级用水较为高效；
[0147]
2、中负荷(75％负荷)评价：不平衡率δ＜5％，复用率r为23.6％，除雾器冲洗水率x＞0.5；系统水平衡状况一般，测试工况稳定有效，系统内梯级用水较为高效。
[0148]
3、低负荷(40％负荷)评价：不平衡率δ＞5％，复用率r为23.9％，除雾器冲洗水率0≤x＜0.5；该负荷工况下系统水平衡状况较差，除雾器冲洗无法保证，吸收塔可能会出现液位无法维持，除雾器阻力上升等问题，因此机组无法满足该负荷工况下长期稳定运行。
[0149]
优化方法：建议避免机组在低负荷下冲洗除雾器，同时为维持机组在低负荷工况的运行稳定性，建议采用进一步节水措施，例如管道冲洗水改为机组滤液水，回收烟道冷凝水等，提升系统复用率r及除雾器可用水率。
[0150]
综上，本发明具有以下特点：
[0151]
1、机组在极端负荷下，尤其是低负荷下水平衡问题较为突出，因此该测试方法对于湿法脱硫装置更具有指导意义；
[0152]
2、本发明在明确湿法脱硫装置中补水量、复用量及耗水量三者关系的基础上，选用高、中、低三种负荷下的相关管道水量进行测试，并得到判定水平衡状态的量化指标——
不平衡率、复用率以及除雾器可用水率来进行统计分析，对于脱硫系统的水平衡状态作出优秀、一般、欠佳的评判信息。
[0153]
本发明测试的是火电厂湿法脱硫装置中的各管路的水量。脱硫装置正常运行过程中需要对各个管路的水量进行测试，通过采用试验仪表标定后的水量计量仪表或者其他辅助测量仪表等测试方法得到管路水量，并通过计算得到不平衡率、复用率以及除雾器可用水率评价结果。整个过程时间较短，不需要增加试验室人员的额外工作，简便，快速。
[0154]
本发明的主要测试对象为各个管路的水量，在对水量进行测试时要明确燃煤煤质稳定、机组负荷稳定、脱硫废水系统正常投用且吸收塔氯离子浓度在设计范围内，煤质、负荷等的不稳定会增加测量误差，影响评判结果。
[0155]
本发明明确了针对不同情况管路水量的测试方法，方法涵盖了脱硫装置中存在的各种情况，保证了水量测试的准确性。
[0156]
本发明通过对高、中、低三种符合下脱硫装置中各个管路的水量进行测试，得到脱硫系统的补水量、复用量以及耗水量，计算量化的不平衡率、复用率以及除雾器可用水率，综合评判脱硫装置的水平衡，评判指标全面具体，结果准确可靠，方法快捷、简便，可有效应用于广大燃煤电厂。
[0157]
本发明通过对湿法脱硫系统各种带入水、用水、排水及蒸发水水量及水质的测定，查清不同负荷工况下脱硫系统的用水状况，正确评价脱硫系统的水平衡状况，提出不平衡率、复用率等指标，可指导湿法脱硫系统的安全高效运行。
[0158]
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。