石灰石-石膏湿法脱硫系统中氧化风系统的优化方法与流程

1.本发明涉及一种石灰石-石膏湿法脱硫系统中氧化风系统的优化方法，具体涉及一种基于浆液成分及机组烟气参数来优化氧化风系统的方法。


背景技术：

2.燃煤锅炉在燃烧过程中，煤中的硫燃烧生成大量的二氧化硫。国家制定了火电厂大气污染物排放标准，对二氧化硫排放提出了控制要求。为了满足大气污染物排放标准，减少二氧化硫排放，火电厂所有锅炉必须配置脱硫系统。烟气脱硫按吸收剂和产物可分为干法、湿法和半干法脱硫三大类，其中石灰石-石膏湿法脱硫工艺（以下简称“石灰石湿法脱硫”）由于反应速度快、运行稳定、脱硫效率高、技术成熟可靠等优点，约占全部脱硫容量的90%左右。一般的，除非特指，所指的脱硫系统都是石灰石-石膏湿法脱硫系统。
3.石灰石湿法脱硫主要反应原理是石灰石作为脱硫剂，与烟气中的二氧化硫反应，进行强制氧化，生成硫酸钙，从而去除烟气中的二氧化硫。脱硫系统主要反应过程分为二氧化硫吸收区、hso
3-氧化，碳酸钙中和，氧化反应主要是通过亚硫酸盐到硫酸盐的转化，避免系统中的亚硫酸钙结垢，提高二氧化硫的去除效率，得到高品质的石膏副产物。一般过程为：送入吸收塔的吸收剂—石灰石(石灰)浆液与进入吸收塔的烟气接触混合，烟气中的二氧化硫(so2)与吸收剂浆液中的碳酸钙(caco3)主要生成亚硫酸钙，在吸收塔内，通过氧化风机鼓入空气，亚硫酸氢根（hso
3-）被氧化成氢离子和硫酸根离子（so
42-），最终生成二水硫酸钙 (caso4·
2h2o)，即石膏，然后通过石膏脱除系统脱除浆液中大约90%的水分，生成脱硫副产物，目前基本回用到建筑行业。在石膏脱除时，石膏在真空皮带上进行真空脱水，脱水后的石膏同时在真空皮带上用水冲洗，以除去表面杂质，主要降低氯离子的含量，以符合回用要求。脱硫后的烟气经烟囱排入大气。
4.脱硫系统的氧化情况对脱硫效果存在巨大影响。氧化风量大，造成电能的浪费；氧化风量不足，会造成亚硫酸氢根（hso
3-）离子氧化不充分，无法生成石膏或生成难溶性的亚硫酸钙，容易造成浆液系统结垢沉积，影响浆液品质，石膏脱除效果差，降低脱硫效率，甚至造成脱硫系统无法正常运行。
5.在脱硫设计中，需要根据脱硫系统的设计参数加上一定的设计余量，因此，氧化风机的余量一般都比较大。在实际运行中，由于浆液的氧化情况只能通过浆液分析得到，存在明显的滞后性，无法及时调整氧化风量。为了保证氧化效果，目前电厂主要做法是保证充足的氧化风量，氧化风机经常满负荷（变频电机）甚至多台运行。氧化风机多采用大功率高压风机，例如罗茨风机或离心式风机，其电耗是脱硫厂用电的主要部分。随着企业经营压力的增加及节能降耗的要求，脱硫系统优化运行不断重视，有的脱硫系统为了进行节能降耗，氧化风机进行了变频改造，实际运行中，由于缺少分析手段，无法知道氧化效果，一直存在优化空白。


技术实现要素：

6.针对现有氧化风系统存在的耗能大、能源浪费严重、成本高的不足，本发明提供了一种石灰石-石膏湿法脱硫系统中氧化风系统的优化方法，该方法以浆液中的亚硫酸盐含量作为脱硫系统完全氧化的评价指标，通过对浆液溶解氧的准确测量，控制浆液不同的溶解氧浓度，化验分析石膏及浆液中的亚硫酸根离子含量，从而得到浆液实现完全氧化的最佳溶解氧水平，通过对溶解氧的检测，建立浆液溶氧量与氧化风量、氧化风机频率参数的关系，从而实现对氧化风机频率和氧化风机出风量的节能优化。
7.本发明通过读取在浆液最佳溶氧量下的发电机组负荷、脱硫系统入口二氧化硫浓度以及氧化风机频率或氧化风机氧化风流量的运行历史数据，采用曲线拟合的方式，建立发电机组负荷和脱硫系统入口二氧化硫浓度这两者与氧化风机频率或氧化风机氧化风流量的对应关系，根据发电机组负荷及脱硫系统入口二氧化硫浓度实现对氧化风机频率或氧化风流量的优化控制，使浆液溶氧量控制在最佳溶氧量。
8.本发明具体技术方案如下：一种石灰石-石膏湿法脱硫系统中氧化风系统的优化方法，该优化方法包括以下步骤：（1）以浆液中的亚硫酸盐含量作为脱硫系统完全氧化的评价指标，根据脱硫系统实际情况，确定满足石膏品质时浆液中亚硫酸盐的控制浓度；（2）建立浆液中溶氧量与浆液中亚硫酸盐含量的关系，确定浆液中亚硫酸盐满足控制浓度时浆液中的最佳溶氧量；（3）根据最佳溶氧量，实现对氧化风机频率或氧化风流量的优化控制，对氧化风机频率或氧化风流量进行调整使浆液溶氧量始终保持在最佳溶氧量。
9.进一步的，步骤（1）中，根据脱硫系统的实际运行情况，检测水冲洗后的脱硫石膏中的亚硫酸盐含量满足要求时浆液中的亚硫酸盐含量，即当冲洗后的脱硫石膏亚硫酸盐含量满足石膏回用要求时，检测浆液中的亚硫酸盐含量，该亚硫酸盐含量即为该脱硫系统脱硫石膏中亚硫酸盐含量满足要求时浆液中的亚硫酸盐含量。所述回收石膏中亚硫酸盐含量满足要求，指的是石膏满足回用要求，满足标准gb/t37785-2019《烟气脱硫石膏》中石膏亚硫酸盐含量的要求。
10.进一步的，步骤（2）中，浆液中的溶氧量进行在线实时测量，可以通过荧光法或电极法对浆液的溶氧量进行在线测量。
11.进一步的，步骤（2）中，根据脱硫系统的实际运行情况，控制其他条件不变，仅通过氧化风机的控制改变浆液中的溶氧量，然后检测不同溶氧量时浆液中的亚硫酸盐含量，确定浆液中亚硫酸盐满足控制浓度时最低的溶氧量，即为最佳溶氧量。在本发明某一具体实施方式中，通过氧化风机的控制，先保证浆液中的溶氧量过量，然后每次降低0.5ppm溶氧量，检测不同溶氧量时浆液中的亚硫酸盐含量，每个溶氧量持续监测3-4天，直至得到浆液中亚硫酸盐满足控制浓度的最低溶氧量。
12.进一步的，步骤（2）中，在通过浆液中的亚硫酸盐含量确定了最佳溶氧量后，一般需要先连续观察几天脱硫系统的在线情况，以对该最佳溶氧量进行验证。验证方式是：确定浆液最佳溶氧值后，脱硫系统正常运行6-9天，开展石膏亚硫酸盐分析、附着水分析，浆液亚硫酸盐分析、浆液溶氧分析，观察脱硫系统真空皮带机真空管压力、石膏层厚度、脱硫效率，这些都在正常范围时，从而验证该确定的溶氧值为浆液最佳溶氧值。
13.进一步的，溶氧量实时在线检测存在仪表容易损坏等问题，因此在步骤（3）后，还可以进一步包括以下步骤：读取在浆液最佳溶氧量下的发电机组负荷、脱硫系统入口二氧化硫浓度以及氧化风机频率或氧化风机氧化风流量的运行历史数据，采用曲线拟合的方式，建立发电机组负荷和脱硫系统入口二氧化硫浓度这两者与氧化风机频率或氧化风机氧化风流量的对应关系，根据发电机组负荷及脱硫系统入口二氧化硫浓度实现对氧化风机频率或氧化风流量的优化控制，使浆液溶氧量控制在最佳溶氧量。发电机组负荷和脱硫系统入口二氧化硫浓度这两个参数检测简便，更容易操作，通过这两个参数对氧化风系统进行优化，更具有可操作性。
14.本发明具有以下优势：1、本发明确定了在线实现检测浆液中溶氧量的方式，为该方法的推广提供了有利的支持；2、本发明通过检测浆液和石膏中亚硫酸盐含量，得到浆液实现完全氧化的最佳溶氧量水平，以溶氧量作为氧化风系统的优化指标，建立了浆液溶氧量与氧化风量、氧化风机参数的关系，从而实现对氧化风系统比较精确的节能优化，降低了能耗和成本，减少了能源浪费和环境污染，填补了氧化风系统优化的空白。
15.3、本发明可以适用于各种不同的脱硫系统，根据不同脱硫系统的实际情况可以优化出各自适合的方案，适用范围广，具有可推广性。
附图说明
16.图1.本发明优化方法的流程和控制方法图。
具体实施方式
17.下面对本发明进行进一步的说明，下述说明仅是示例性的，并不对其内容进行限制。
18.本发明的石灰石-石膏湿法脱硫系统中氧化风系统的优化方法的实施过程如图1所示，具体如下：1.确定浆液中的亚硫酸盐作为脱硫系统完全氧化的评价指标，根据脱硫系统实际情况，并根据石膏品质，建立浆液完全氧化的亚硫酸盐指标控制值。
19.（1）根据反应机理，确定浆液中的亚硫酸盐作为脱硫系统浆液完全氧化的评价参数。在石灰石-湿法脱硫系统中，二氧化硫在浆液中主要以亚硫酸氢盐的形式存在，氧化风机鼓入大量的空气，空气中的氧气与亚硫酸氢根发生化学反应，亚硫酸氢根生成硫酸根，并产生氢离子，促进了石灰石的溶解，生成的钙离子与硫酸根离子反应，生成石膏。因此，浆液中的亚硫酸盐含量表征了浆液是否完全氧化。
20.石灰石-湿法脱硫系统中，主要发生的氧化反应为：hso
3- h


ꢀ½o2 = 2h
so
42-接着发生的反应：caco
3 2h
= ca
2
co2 h2oca
2
so
42
-ꢀ
= caso4（2）为了保证脱硫系统正常运行及石膏回用品质，经水冲洗得到的石膏中的亚硫酸盐
有明确的控制指标要求，gb/t37785-2019《烟气脱硫石膏》中明确，石膏中亚硫酸盐含量应低于0.5%，通过浆液中和石膏中的亚硫酸盐的化验分析，在保证其他条件不变的情况下，能确定满足石膏品质（石膏中亚硫酸盐含量满足要求）的浆液中亚硫酸盐的指标控制值。具体的操作方式可以为：根据脱硫系统的实际运行情况，检测水冲洗后的脱硫石膏中的亚硫酸盐含量，当该石膏中的亚硫酸盐含量满足要求时，检测此时浆液中的亚硫酸盐含量，此时浆液中亚硫酸盐含量即认为是脱硫系统完全氧化的亚硫酸盐含量，也即为该脱硫系统满足石膏品质时的浆液亚硫酸盐控制浓度。
21.（3）因为不同的脱硫系统、不同的脱硫系统参数（例如脱硫真空度、脱硫效率、石膏厚度、石膏含水率、浆液密度等）、不同的取样位置都会造成浆液中亚硫酸盐含量有所不同，因此，应根据脱硫系统当前的实际运行情况，每次检测都在同样的位置取样或者在多个位置取样取平均值，来确定合适的亚硫酸盐控制浓度。如果脱硫系统的运行程序、工艺参数改变，那就需要根据新的运行程序重新确定浆液中亚硫酸盐的控制浓度。
22.确定对浆液的溶氧量进行在线实时准确测量的方法。
23.根据吸收塔浆液品质的特点，确定能够适应浆液特点的溶氧在线实时测量方法。由于吸收塔浆液固含量高，温度高，浆液粘稠，实现溶氧检测有一定的难度。经过一定的研究和实验，确定通过电极法和荧光法开展分析测试，所述电极法可以参照现有技术中公开的测定废水中溶氧的电极法进行，但因为浆液的特性，在选择电极时要选择耐高温、抗污染电极，同时要针对浆液固含量高、浆液粘稠的情况进行修正或补偿，增加必要的冲洗等辅助手段。所述荧光法是基于荧光猝熄原理测定溶解氧的一种方法，现有技术中有相关的荧光法测溶氧仪可以实现在线溶氧测量。因为荧光法与电极法相比抗污染能力更强，准确性更高，因此更适合本发明浆液的测量。因此，优选采用荧光法来对浆液的溶氧量进行在线实时测量。
24.建立浆液中溶氧量与浆液中亚硫酸盐含量的关系，确定浆液中亚硫酸盐满足控制指标浓度情况下的最佳溶氧量。
25.目前大部分采用的脱硫系统，为了保证吸收塔中浆液氧化反应的正常进行，保证浆液的完全氧化，浆液中的溶氧都是富余的，氧化风机的供风能力都是过量的。同时，为了满足节能的要求，氧化风机大都是变频的。
26.在此基础上，根据步骤1中确定的浆液完全氧化的亚硫酸盐含量控制范围，建立浆液中溶氧量与浆液中亚硫酸盐含量的关系，确定浆液中亚硫酸盐满足控制浓度时浆液中的最佳溶氧量。在实际操作时，为了尽量减少其他条件的影响，将脱硫系统的其他工艺参数调整至平时运行的数值，然后保持其他条件不变，先将氧化风机满负荷出力，使溶氧量过量，仅通过风机频率的调整使溶氧量降低，溶氧量降低可以按照一定的梯度规律来进行，例如每次降低0.5ppm，然后化验不同溶氧量下的浆液亚硫酸盐含量，每个溶氧量持续监测3-4天。不断改变浆液的溶氧量，直至浆液亚硫酸盐含量控制在步骤1中确定的范围内，当浆液中的亚硫酸盐含量为满足石膏品质时的含量时，说明浆液氧化完全，此时的溶氧量是满足浆液完全氧化的最低溶氧量，也可以称之为最佳溶氧量。
27.浆液中的溶氧量与浆液温度、浆液含盐量、氧化风系统效率、浆液品质、取样位置等有关系，为了保证上述确定的最佳溶氧量准确，在确定了最佳溶氧量后，在此最佳溶氧量下连续正常运行脱硫系统6-9天，然后检测石膏亚硫酸盐含量、石膏附着水等参数，考察脱
硫系统真空皮带机真空管压力、石膏层厚度、脱硫效率等情况，当石膏亚硫酸盐含量一直保持在0.5%以下，其他参数都在正常范围时，可以验证确定的最佳溶氧量是合适的。主要步骤见图1
①
部分内容。
28.根据最佳溶氧量，实现对氧化风机频率或氧化风流量（也可以称氧化风量）的优化控制，满足脱硫系统运行，降低氧化风机运行能耗。
29.以溶氧量作为氧化风系统的优化指标，对氧化风机频率或氧化风流量进行调整使浆液溶氧量始终保持在最佳溶氧量。浆液中的溶氧量与氧化风机的出风量直接相关，因此可以通过控制氧化风机的出风量使浆液的溶氧一直保持在最佳的范围。但是在实际的脱硫系统中，一般很难直接检测到氧化风机出口的氧化风量，因此我们可以根据不同的脱硫系统来制定不同的溶氧量控制方式，对于在氧化风机出口处没有安装氧化风流量表的脱硫系统，可以间接的以氧化风机的频率来代替氧化风出风量，确定氧化风机的频率与溶氧量的对应关系，通过氧化风机频率的调整来实现最佳溶氧量的控制。而对于安装有氧化风流量表的脱硫系统，则直接确定氧化风机出风量与溶氧量的对应关系，通过氧化风机出风量的调整来实现最佳溶氧量的控制。根据这一原理，采用以下方式来实现对最佳溶氧量的控制：a.将浆液溶氧量参数设置为氧化风机频率调整的控制因素，通过氧化风机频率的调整使浆液溶氧量控制在最佳溶氧量范围。在实际使用过程中，可以根据实际的脱硫系统运行情况，将实时检测到的浆液溶氧量数据传递给控制系统，然后由控制系统根据实际溶氧量和最佳溶氧量的差值来实现氧化风机频率的闭环调整，使溶氧量一直保持在最佳范围。
30.b.或者，在氧化风机出口处安装氧化风流量表，获得氧化风流量数据，将浆液溶氧量参数设置为氧化风机氧化风流量调整的控制因素，通过氧化风流量的调整使浆液溶氧量控制在最佳溶氧量范围。在实际使用过程中，可以根据实际的脱硫系统运行情况，将实时检测到的浆液溶氧量数据传递给控制系统，然后由控制系统根据实际溶氧量和最佳溶氧量的差值来实现氧化风机氧化风流量的闭环调整，使溶氧量一直保持在最佳范围。
31.建立发电机组负荷（简称机组负荷）和脱硫系统入口二氧化硫浓度（又称二氧化硫入口浓度）这两者与氧化风机频率或氧化风机氧化风流量的对应关系，通过发电机组负荷和脱硫系统入口二氧化硫浓度实现对氧化风机频率或氧化风流量的优化控制。
32.因为浆液的特性，在线实时检测溶氧量会造成检测溶氧量的仪表的使用寿命短，成本高，因此为了更好的降低成本，可以进一步采用其他的方式来代替溶氧量的实时测量。考虑到实际溶氧量与浆液吸收的二氧化硫的量有直接对应关系，浆液吸收的二氧化硫的量越多，需要的氧气量越大，溶氧量就越大，因此浆液实时的溶氧量与浆液吸收的二氧化硫的量密切相关。因此引入发电机组负荷和脱硫系统入口二氧化硫浓度这两个参数，在机组燃煤比较稳定的情况下，发电机组负荷与烟气的流量有关，负荷量越大烟气的流量越大，这两个参数结合为进入脱硫系统的二氧化硫量。在根据步骤4确定了浆液溶氧量控制在最佳范围时氧化风机频率或氧化风机出风量的调整变化规律后，进一步引入发电机组负荷和脱硫系统入口二氧化硫浓度实时数据，根据步骤4确定的浆液溶氧量调整方式运行脱硫系统，读取在浆液最佳溶氧量下的发电机组负荷、脱硫系统入口二氧化硫浓度以及氧化风机频率或氧化风机氧化风流量的运行历史数据，采用曲线拟合的方式，建立发电机组负荷和脱硫系统入口二氧化硫浓度这两者与氧化风机频率或氧化风机氧化风流量的对应关系，根据发电机组负荷及脱硫系统入口二氧化硫浓度这两个数据的结合来代替在线实时溶氧量的检测，
从而根据发电机组负荷和脱硫系统入口二氧化硫浓度这两者来实现氧化风机频率或氧化风机氧化风流量的闭环调整，使浆液溶氧量控制在最佳溶氧量范围。主要技术内容见图1
②
部分。
33.进一步的，为了使电机组负荷及脱硫系统入口二氧化硫浓度与氧化风机频率或氧化风机氧化风流量的对应关系更准确，用于曲线拟合的数据要尽量的多，优选读取脱硫系统连续运行在15日以上的各历史数据。
34.进一步的，在根据发电机组负荷和脱硫系统入口二氧化硫浓度来对氧化风机频率或氧化风机氧化风流量进行优化调整时，要定期的检测浆液中溶解氧情况，以保证浆液溶解氧一直保持在最佳范围，如果出现偏差，则要即时进行调整和改正。