提高脱硫效率（精选八篇）
提高脱硫效率 篇1
近几年,随着在线环境监测监控信息管理系统的实施,循环流化床原有的炉内脱硫系统设计及设备制造使脱硫效率低下,二氧化硫波动大等特点显现出来,同时脱硫用石灰石的消耗量却非常可观,不但使发电成本显著增加而且影响了锅炉的出力。为了更好地利用现有的脱硫系统,减少成本开支,有效降低二氧化硫的排放量,达到合格排放。特针对HG-220/9.8-L.MN17循环流化床锅炉的运行情况,改进了现有的石灰石脱硫系统,大大提高了锅炉炉内的脱硫效率。
1 影响循环流化床脱硫效率的各种因素及存在问题
电厂外购满足要求的石灰石粉,由密封罐车运送至电厂内,通过卸料系统将石灰石粉卸至石灰石粉储仓。在石灰石粉储仓底部,安装有气力输送系统,通过石灰石螺旋给料机,将石灰石粉通过管道输送至炉膛进行SO2吸收反应。石灰石系统投运后出现的主要问题:石灰石粉受潮、结块,需要投入大量的人力来疏通,疏通过程中造成大量的石灰石粉外泻,不仅污染环境,而且不易清理。送粉管道中途弯头部位易堵;石灰石管道弯头易磨损、漏粉;在调整二氧化硫的时间上出现滞后现象,容易造成二氧化硫的大幅波动。
循环流床燃烧过程中最常用的脱硫剂就是石灰石,当床温超过其煅烧温度对SO2形成影响最大的因素是床温和过量空气系数,床温升高、过量空气系数降低则SO2越高。
脱硫反应方程式为:CaO+SO2+1/2O2→CaSO4
1.1 Ca/S摩尔比的影响。
Ca/S摩尔比是影响脱硫效率的首要因素,脱硫效率在Ca/S低于2.5时增加很快,而继续增大Ca/S比或脱硫剂量时,脱硫效率增加得较少。循环流化床运行时Ca/S摩尔比一般在1.5~2.5之间。锅炉稳定的钙硫比的前提是稳定的石灰石输送系统,如果石灰石输送过程中出现短时中断。容易照成对二氧化硫变化趋势的误判断。
1.2 床温的影响。
床温的影响主要在于改变了石灰石的反应速度、孔隙堵塞特性,从而影响脱硫率。根据该锅炉多年的运行分析看,锅炉床温受各个方面的影响,比如局部有焦块等等,往往造成锅炉温度不均衡。HG-220/9.8-L.MN17循环流化床锅炉能很好地控制床温在800~950℃,而在此温度区间脱硫效率较高。
1.3 石灰石粒度及其质量的影响。
采用较小的脱硫剂粒度时,循环流化床脱硫效果较好。但是由于电厂采用了外购粉的方式,一般外购石灰石粉控制石灰石粒度在0.075mm,由于受各种条件的影响,石灰石粒度有波动,存在一定的质量控制问题。
1.4 锅炉氧浓度及燃料变化的影响。
脱硫与氧浓度关系不大,而提高过量空气系数时脱硫效率总是提高的。在正常的锅炉运行中,一般保持锅炉含氧量在6%左右,但是因为存在诸多的变化因素,如锅炉床压的影响、入炉煤种的影响等等。造成锅炉含氧量也会有一定的波动范围。尤其是这种燃用煤泥的循环流化床锅炉,由于煤泥的黏结性比较大,在煤泥罐内的搅拌并不十分均匀,所以经常造成煤泥泵进料量的不够稳定,这也造成锅炉氧量的变化。
虽然循环流化床的脱硫作用很强,但是在实际运行中,经常因为石灰石系统出现的问题,往往造成SO2波动大,短时超标。
2 针对以上循环流化床的脱硫情况,进行了以下改进
2.1 石灰石粉仓外壁增加电加热器。
保证粉仓不受潮,不结块。尤其是控制外购石灰石粉质量。不仅保证石灰石粉的干燥,而且要求石灰石粉的颗粒在要求的范围之内,因目前流化床锅炉的旋风分离器能分离出0.075mm以下的颗粒,所以石灰石的颗粒不能太细,这样反而降低了石灰石的利用效率。因为受天气等自然条件的影响,石灰石粉仓上的除尘风机应该保持运行状态。
2.2 石灰石粉仓增加气化板。
该气化板所用的气化风来自电厂仪用压缩空气。由于压缩空气中可能带有一定的水分,所以如果在进入气化板之前,最好用电加热器加热。加热后的压缩空气在90℃左右。这样就保持粉仓内的粉处于微小流动状态。减少石灰石输送风机的启停次数,让石灰石输送管道保持畅通状态。保证了石灰石粉均匀地进入锅炉。给料均匀、连续。满足锅炉设计的Ca/S,从而提高了石灰石系统的可靠性。
2.3 更换耐磨管道和改进管道路径,减少弯度。
更换后的耐磨陶瓷管,由于内表面光滑,运行阻力小,耐磨性能好,可以大大减少运行费用。针对原设计中不合理的管道布置,优化管道走向,减少路径和弯度。
2.4 该型号锅炉适用燃烧大量的煤泥,提高煤泥中石灰石的脱硫效率。
锅炉的煤泥系统配置为:上料煤泥刮板机+上料煤泥皮带+搅拌缓冲罐+预压螺旋+煤泥泵+高压低摩阻复合管+锅炉煤泥枪。人为加入适量的水调整输出煤泥的浓度,根据煤泥的浓度确定添加水的流量;经过搅拌机后其板结、大块的粘稠煤泥均被粉碎搓匀。为了降低煤泥系统出料中存在的不稳定情况,加大煤泥在煤泥罐中的搅拌时间和加入水量的控制。具统计2010年锅炉煤泥的燃烧比例接近51%,燃用煤泥的水分在30%~40%,由于煤泥的高水分、高粘性等特点,延长了硫析出的时间。
在煤泥中添加小颗粒的石灰石。由于经过石灰石和煤泥在煤泥罐内的搅拌混合,再经过煤泥泵送入锅炉,石灰石和煤泥充分混合,由于煤泥的凝聚结团特性,即当煤泥被以较大体积的聚集状态送入高温流化床时,会迅速形成具有一定强度和耐磨性的较大团块。正是这种凝聚结团特性使得石灰石在锅炉内的时间延长,从而提高了脱硫效率。
经过对比改进后的锅炉脱硫效果大大改善。根据二氧化硫在线数据的统计,二氧化硫的波动大大降低。二氧化硫的合格排放次数有明显地提高。二氧化硫排放能够很好地稳定在480mg/m3以下。下表是统计一个月的历史数据。
3 结论
对改造后的石灰石运行数据分析看,二氧化硫得到了有效控制,尤其是二氧化硫波动大大降低。提高了锅炉的出力。合理控制炉膛温度、完善石灰石输送系统、合适的钙硫比。一定能提高锅炉的脱硫效率和达到环保要求而且得到比较满意的经济效益。
参考文献
[1]岑可法,倪明江,骆仲泱,等.循环流化床锅炉理论设计与运行[M].北京:中国电力出版社,1998.
[2]吕俊复,张建胜,岳光溪.循环流化床锅炉运行与检修[M].北京:中国水利水电出版社,2003.
[3]国家环境保护总局,国家质量监督检验检疫总局.火电厂大气污染物排放标准[S].2003.
脱硫效率影响因素分析 篇2
脱硫效率影响因素分析
通过对半水煤气栲胶法脱硫工艺过程的分析,总结出脱硫溶液成分、溶液循环量、操作温度、液气比、硫回收系统、主要设备的选择及操作管理等因素对脱硫效率的影响.
作 者：兰会贤 LAN Huixian 作者单位：北京中寰项目管理有限公司太原分公司,山西太原,030006刊 名：山西科技英文刊名：SHANXI SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：201025(3)分类号：X701.3关键词：半水煤气 栲胶法脱硫 脱硫效率
提高脱硫效率 篇3
近年来,随着全球气候异常,国际社会对各国环保排放政策已提高标准,节能减排力度正进一步加大。
国内已建燃煤发电机组均按照排放要求完成达标排放,对锅炉烟气在原仅进行除尘处理的基础上,逐步实施并完成了脱硫、脱硝等环保处理,对新建、改建项目提出了近零排放的更高标准。为适应社会节能环保需要,黔东火电厂对脱硫系统也进行了相应的优化,特别是氧化风系统,达到了一定的效果。
1 原系统设备介绍
黔东火电厂脱硫系统是由龙净环保引进德国LEE技术开发的EPC项目,福建龙净环保有限公司设计制造的石灰石—石膏就地强制氧化脱硫工艺。脱硫剂为石灰石Ca CO3与水配制的悬浮浆液,在吸收塔内烟气中的SO2与石灰石反应生成亚硫酸钙,并就地强制氧化为石膏,石膏经二级脱水处理后外运。
该装置采用1 炉1 塔系统配置,共2 套脱硫系统,石灰石制浆和二级石膏脱水系统公用。全烟气脱硫效率为95% 。
吸收塔采用单回路喷淋塔设计,并将装置有氧化空气管道的浆池直接布置在吸收塔下部,塔内吸收段设置4 层喷淋,塔上部设置二级除雾器。
由电厂1#、2#锅炉来的原烟气分别由烟道引至各自的FGD系统。烟气经过原烟气挡板、增压风机( 每台炉设置1 台) 后,进入GGH( 哈尔滨锅炉厂34 - VI( G) - 530 - QMR型烟气加热器) ; 原烟气的热量在GGH中被交换,在设计工况下,其温度降至90℃ 左右,冷却了的原烟气进入吸收塔进行脱硫反应。在吸收塔内原烟气与石灰石浆液充分接触反应脱除其中的SO2,原烟气温度升至80℃ 以上,经过净烟气烟道、净烟气挡板和烟囱,排放到大气中。
脱硫装置的烟气入口与烟囱之间现设置有旁路烟道,正常运行时烟气通过脱硫装置,事故情况或脱硫装置停机检修时烟气由旁路烟道进入烟囱。
2 脱硫系统中存在的主要问题
2. 1 设备运行可靠性差
该设备自投运以来,经常发生氧化风机振动超标、轴承温度高跳闸停运事件,整机返厂检修台数达7 台次,部分设备还是第二次返修,其他多台设备都处于振动大、轴承温度高等异常状态运行中。因其可靠性差,修复周期长,有时达4 个月之久,不能满足该公司生产运行的要求。系统GGH因设计,设备选型、安装、吸收塔水平衡计算、检修维护及运行运行操作调整管理等存在诸多问题,GGH原烟气泄漏排放超标及堵塞严重,导致机组限制负荷运行; 每年至少开旁路或停机后进行GGH高压水冲洗8 次以上。
由于氧化风不足,导致石膏成分中亚硫酸钙超标,石膏脱水不净,脱水机在运行中出现“拉稀”、皮带跑偏等现象,设备频繁损坏。
石灰石浆液的最大供给量瞬时达到250t/h,超最大设计出力,石灰浆液制备量及上料系统超设计负荷运行,设备磨损消耗现象特别严重。
2. 2 氧化风系统设计出力不足
氧化风压设计为98k Pa,由于氧化风机出口风压不足,稍微提高吸收塔液位就导致氧化风机排风不畅、弊压,导致氧化风机频繁超温跳闸,吸收塔液位无法实现设计值控制运行。
设计计算总风量为38800m3/ h,从吸收塔浆液、石膏取样分析报表及脱水机工况效果看,亚硫酸钙氧化明显不充分。
2. 3 运行操作调整
吸收塔液位早期按设计液位运行,氧化风机出现排风不畅、弊压,导致氧化风机频繁超温跳闸,后期最终只能限制在13m以下的较低液位运行。
由于氧化风不足,导致石膏中亚硫酸钙超标、石膏脱水不净等现象,为增强脱水效果,通过减少石膏泵排浆量、提高皮带运行速度以达到减薄石膏厚度,为满足机组额定出力运行,必须将所有脱水设备都投运。
吸收塔浆液p H值只能长期在5. 2 以下运行,脱硫效率很低,为保证二氧化硫不超排及机组带负荷要求,通过加大供浆量提升脱硫效率,不得以时机组只能降负荷运行。
2. 4 吸收塔内浆液沉积严重
根据脱硫系统实际情况看,吸收塔每次打塔底人孔门检修时,在吸收塔底部靠A、B、C、D浆液循环泵入口滤网处仍有大量浆液沉积,最多时一次沉积浆液可达500t之多,导致各种泵的吸入口滤网堵塞。
3 优化改造方案的研究
3. 1 方案研究
从化验报表分析看,石膏品质极差,石膏中亚硫酸钙长期超标,一般均在5% 左右,最高达14% ;碳酸钙含量长期超标,一般均在8% 左右,最高达12% 。从下述提高设备可靠性、增加总风量,提升风压,提高氧化风利用率、降低吸收塔底部浆液沉积等5 个方面进行改造。
从前述设备频繁故障,可靠性极差着手,拟设置3 台C0900 型单级高速离心鼓风机。2 台脱硫各配置1 台套氧化风机,另外1 台套氧化风机互为公用备用,提高2 台机组脱硫可靠性。
氧化风机原设计负荷为98k Pa,计算总风量为38800m3/ h,从吸收塔浆液、石膏取样分析报表及脱水机工况效果看,亚硫酸钙氧化明显不充分,拟将风机排气压力增加到110k Pa,排气流量增加至50000m3/ h,将原氧化风管母管进行增容改造,增大氧化风供气量。
塔内原设计氧化风入口沿吸收塔8. 926m标高处设置5 支矛枪式喷咀,喷口同标高设置4 台搅拌器打散气泡,因吸收塔上部反应区直径达17m,仅靠5 台搅拌器无法使氧化风在塔内均匀而充分地与浆液接触反应。拟将塔内氧化风系统改为水平埋管网式氧化风管,通过气孔直接供氧化风到吸收塔浆液中反应。氧化风管出口中心标高在原设计标高8. 926m基础上下降1m,氧化风管出口中心标高改为7. 926m; 同时提高吸收塔运行液位,以增加氧化空气在浆液中的埋深,提高氧化空气的利用率。
该厂脱硫系统吸收塔下部直径19m,反应池容积较大,下层设置5 台搅拌器,即使6 台浆液循环泵长期运行,还是积存大量浆液。根据现状初步断定在积存浆液区介质流场分布不均或动力不足造成。拟在吸收塔底部各存浆液区增加搅拌器改善流场分布。
3. 2 方案实施
拆除原来的所有罗茨风机,更换为3 台C0900型单级高速离心鼓风机,配套电机功率为6k V,2000k W 。1#氧化风机为1#脱硫系统用,2#氧化风机为2#脱硫系统用,3#氧化风机为1#、2#脱硫系统互为公用备用,提高2 台机组脱硫可靠性。
设备选型时,将风机排气压力设定110k Pa,排气流量设计为50000m3/ h,将原氧化风母管由原DN450mm的更换为DN700mm ,进行增容改造,增大氧化风供气量。
将吸收塔内原设计标高8. 926m的5 支矛枪式氧化风管喷口设置5 台吸收塔搅拌器打散气泡的方式改为7 根DN300 × 3、出口中心标高为7. 926m水平埋管网式氧化风管,通过直径为9mm约3500 个孔直接供氧化风到吸收塔浆液中反应。氧化风管出口中心标高在原设计基础上下降1m;同时提高吸收塔运行液位,增加氧化空气在浆液中的埋深,提高氧化空气的利用率。
拆除原有上层4 台用于氧化的搅拌器,在A、B浆液循环泵和C、D浆液循环泵入口滤网区域的塔壁上各安装1 台下层搅拌器,增强吸收塔下中区域浆液搅拌动力,防止浆液沉积。
综合环保部门要求各火力发电厂取消脱硫烟气系统旁路的政策,同步实施取消脱硫GGH。
4 改造实施后调整运行效果及作用
1) 3 台单级高速离心见机,单塔运行1 台,2 塔共同备用1 台,增加了氧化风量及风压。彻底杜绝了因罗茨风机设备可靠性差引起石膏品质差,最终导致真空皮带脱水机、石膏输送皮带机等设备运行可靠性极低,制浆、上料系统出力不足的系列问题,脱硫系统设备可靠性大幅提高。
原罗茨风机稳定性、可靠性差,故障频发,返厂检修费用为13 万元/次,2013 年共返厂检修7 台次之多,而且修后不到2 个月又出现叶轮损坏等重大缺陷,导致设备失效,每年节约了额外增加的设备检修费约80 万元。
2) 节省厂用电明显。脱硫系统原设计厂用电率在2. 45% ; 改造前运行厂用电率在2. 4% 以上,改造后降至1. 8% 以下,去除引增合一及取消GGH后降低的份额,经过第三方性能试验,氧化风机改造后厂用电率下降了0. 2% ,脱硫效率优于设计值,原单套脱硫5 台氧化风机总功率为2065k W,现单套脱硫仅运行1 台风机功率为2000k W,单台机组节约电量65k Wh。其中在设计额定原烟气含硫量时,可减少1 台浆液循环泵的运行约1200k Wh的浆液循环泵运行电耗、2 台45k Wh吸收塔搅拌器,按年利用3500h计算,每年单机能节省电费为227. 64 万元。
3) 改造后吸收塔液位由限制在13m以下提升到接近15m; 从改造后几次打开吸收塔检查情况看,塔底部沉积浆液问题已经彻底解决,提高了石灰浆液的利用率。进而解决在原设计条件下供浆、制浆出力不足的问题; 脱硫效率明显提高,从运行化验报表分析,改造前石膏中碳酸钙含量在8% 左右,改造后降至3% 以下,石灰石耗量同比降低5%以上,每年节约石灰石、钢球消耗量,节省费用50万元以上。在工艺技术上简单易行,可广泛推广。
5 结语
1) 火力发电厂湿法烟气脱硫系统中氧化风机系统运行对整个脱硫效率影响非常大,氧化风都取用自然界廉价易得的空气,运行成本比较低,各脱硫公司在设计时可适当增加富裕量。该厂根据现场实际运行工况及设计源头开展调查研究,发现造成脱硫系统一系列问题原因为氧化风不足。针对问题提出解决方案和措施,获得了成功。
2 ) 该厂1#、2#机组在2013 年11 月及2014 年6月改造完成并投入运行,至今运行良好,能正常调整机组负荷,环保达标排放无异常事件发生
3) 该厂投入750 万元对设备进行改造,脱硫效率明显提高,各项技术经济指标优异,明显高于预期,2a内即可收回投资,并且无环保事件发生。确保电厂设备长期运行可靠稳定,极具推广前景。
摘要：主要分析研究黔东火电厂600MW机组脱硫系统、氧化风系统优化改造对湿法脱硫装置效率的影响。实施改造后,各项指标优于原设计值,节能效果明显。
关键词：湿法烟气脱硫,氧化风系统,优化改造
参考文献
[1]王培萍,宗志伟,岳希明.首阳山电厂300MW机组脱硫系统氧化风机运行问题及解决措施[J].热力发电,2010,11(4):88-90.
[2]郭长仕,王梦勤.火电厂烟气无旁路湿法烟气脱硫技术研究[J].热力发电,2012,41(8):15-17.
[3]王勇强,张凌伟,李兴利,等.湿法脱硫防腐方案选择[J].热力发电,2014,4(2):5-8.
[4]宗志伟,王培萍,张卷怀,等.提高湿法烟气脱硫设备运行可靠性的研究[C].2009年火电厂环境保护综合治理技术研讨会,洛阳,2009.
[5]孔珑.流体力学(I)[M].北京:高等教育出版社,2000.
基于支持向量机的湿法脱硫效率预测 篇4
随着中国经济不断发展, 能源需求迅猛增长, 随之而来的污染问题也急剧增加。火电厂是污染排放大户, 特别在大气污染方面, 而其中SO2污染最甚。在国家倡导节能环保的前提下, 控制SO2排放量已然成为发电企业所面临的重大课题。现阶段, 在中国火电厂脱硫系统中石灰石-石膏湿法脱硫技术仍占据着主流地位, 占总量的90%左右, 因此电厂开始高度重视湿法脱硫效率的实时监测。在湿法脱硫效率测量方面, 由于影响因素比较多, 且都具有关联性, 所以造成了测量困难和测量结果不精准。
烟气连续排放检测系统 (CEMS) 是目前电厂最常使用的检测设备, 该系统可连续检测气态污染物浓度和固态污染颗粒, 用来检测企业排放的污染物浓度[1,2], 但CEMS存在在线分析仪表维护保养复杂、价格昂贵等问题, 为了解决这些问题, 提出利用已知数据对目标数据进行反向建模的方法, 支持向量机是运用较为广泛的方法之一。本文利用支持向量机方法建立了预测模型, 并预测某电厂湿法脱硫系统的脱硫效率, 获得脱硫效率与各运行参数之间的关系, 指导电厂脱硫系统的实际运行。
1 支持向量机建模原理
支持向量机 (Support Vector Machine, SVM) 基于统计学理论的监督学习模型, 是Corinna Cortes和Vapnik等1995年首先提出的[3]。根据有限的样本信息运用结构风险最小原理和VC维理论在学习能力和模型的复杂性之间寻求平衡以获得最好推广能力[4,5], 已被广泛应用在各个领域。下面简要介绍支持向量机的建模原理。
假设给定训练集:
式 (1) 中, xi∈Rn, yi∈y=R, i=1, …, l。
支持向量机对目标函数的回归是通过优化目标函数来实现的:
为了实现对目标函数的优化, 引入拉格朗日乘子 (ai, ai*, li, li*) , 建立拉格朗日方程, 解得最后的线性回归函数:
式 (4) 中, K (xi, x) 为核函数。本文将高斯径向基核函数 (RBF) 作为核函数构建回归方程。
2 脱硫效率影响因素
脱硫效率是评价脱硫系统经济性的重要指标。由于石灰石-石膏脱硫系统过程复杂, 涉及复杂的化学反应, 所以存在多种因素影响脱硫效率。
2.1 O2浓度
在湿法脱硫系统中, O2通过送风机携带吸收剂直接进入脱硫塔, 参与SO2的氧化反应, 直接影响脱硫效率。在其它参数不变的情况下, 烟气中O2含量增加, 加速了SO2氧化, 脱硫效率也随之增加。当O2浓度增加到一定值后, 虽然SO2的氧化速率仍增加, 但受其它反应速率限制, 脱硫效率的增长幅度逐渐减缓, 甚至不变。
2.2 粉尘浓度
从锅炉尾部烟道出来的烟气通常会经过除尘器进行除尘以减少烟气中的粉尘浓度, 但通过除尘器烟气的粉尘浓度仍然较高。进入吸收塔后, 大部分粉尘跟随浆液进行反应, 在一定程度上阻碍了吸收剂的溶解过程, 吸收剂溶解速率下降, 直接对脱硫效果产生负面影响, 降低脱硫效率。同时, 粉尘中含有重金属离子, 重金属离子会阻碍Ca2+与HSO3-反应, 进一步降低脱硫效率。
2.3 液气比
液气比是指吸收塔洗涤单位烟气需要含碱性吸收剂的循环浆液体积[6]。在其它参数不变的条件下, 液气比增大, 即洗涤单位烟气的循环浆液体积增加, 液气接触面积增加, 同时反应物浓度增加, 反应速度提高, 脱硫效率随之增加。当液气比增加到一定值后, 液体接触面积的增加对反应速率的影响逐渐减少, 故脱硫效率不会明显增长。
2.4 烟气流量
在其它条件不变的情况下, 烟气流量增加导致液气比降低, 从而脱硫效率下降。但烟气流量的增加, 会导致烟气流速增大, 工质间湍流增强, 烟气与吸收剂间的反应速率上升, 脱硫效率增大。综合两种因素对脱硫效率的影响, 液气比的降低对脱硫效率的影响更大, 从而可知在其它条件不变的情况下, 烟气流量增加会导致脱硫效率下降[7]。
2.5 烟气温度
通常, 经过除尘器后进入脱硫塔的烟气温度为110℃~120 ℃, 而脱硫反应的最佳反应温度为80 ℃左右, 烟气温度的增加, 使得脱硫塔中的温度更偏离最佳反应温度, 从而导致脱硫效率下降。再者, 吸收剂与SO2的反应为放热反应, 烟气温度增加, 导致脱硫塔温度上升, 抑制吸收剂与SO2反应, 脱硫效率下降。
2.6 浆液p H值
浆液p H值对脱硫效率有较大影响[7]。浆液p H值增大, 总传质系数增加, 有利于SO2的吸收, 脱硫效率增加。浆液p H值降低, 石灰石溶解速率增加, 同时低p H值有利于SO3-与HSO3-的氧化过程, 脱硫效率降低。浆液p H值过大或过小都会抑制脱硫效率的增长。所以将浆液p H值控制在合理范围对脱硫系统的运行至关重要, 最佳浆液p H值为5.2~5.6。
3 脱硫效率模型建立及结果分析
3.1 模型参数选取
该模型的建立是在Matlab平台下运用libsvm工具箱实现的。Libsvm是由台湾大学林智仁教授等设计研发的SVM模式识别与回归的软件包[8]。该软件的特点是提供了交互检验功能和默认参数, 并且对SVM涉及参数调节相对较少。
根据各参数与脱硫效率的相关性, 选取了石灰石耗量 (x1) 、进口O2含量 (x2) 、粉尘浓度 (x3) 、液气比 (x4) 、出口O2含量 (x5) 、出口粉尘浓度 (x6) 、烟气流量 (x7) 、烟气温度 (x8) 、浆液p H值 (x9) 、石灰石浆液量 (x10) 作为模型的输入, 将脱硫效率作为模型的输出。
模型性能主要取决于核函数参数g和惩罚参数c这两个参数的选取。为了保证预测的准确性及模型的可行性, 在选取合理的核函数的同时, 也要合理选取核函数参数g和惩罚参数c。本文采用了交叉验证的方法, 用一定的算法实现了对参数的优化。通过算法的选择, 该模型的最优参数g和c分别为0.013 006和2。
3.2 模型训练结果
为了得到合理的预测模型, 对经过筛选的50组训练样本进行训练, 得到以下结果。图1、图2分别为SVM的预测值与实际值对比图和相对误差图。图1中SVM预测值与实际值的整体走势完全一致, 在多数点上出现了重合, 并且在拐点上也有较好的拟合度。图2中96%的样本点的相对误差值较集中地分布在-0.2%~0.2%之间, 最大相对误差不超过1%。综上分析可得, SVM模拟预测值和实际值误差很小, SVM模型能较精确地预测脱硫效率。
3.2 训练结果分析
为验证SVM预测模型的泛化性, 利用20组精度检验样本对模型精度进行检验。结果如图3、图4所示。图3为检验样本SVM预测值与实际值对比图, 经过分析可得预测曲线的走势与实际样本曲线的走势基本一致, 在部分样本点出现重合, 大部分预测值在实际样本值上下波动, 最大波动值不超过1%, 证明SVM预测模型结果与实际样本具有较好的拟合度。图4为检验样本的相对误差分布图, 图中95%的样本点的相对误差值集中分布在-0.3%~0.5%之间, 最大相对误差小于0.6%, 直观地证明了SVM预测模型的准确性。
4 结语
通过对模型的训练与检验, 可以得到以下结论:SVM预测模型对石灰石-石膏湿法烟气脱硫效率预测具有较好的拟合度与准确度, 预测趋势与实际样本一致, 95%相对误差集中分布在-0.3%~0.5%之间, 最大误差不超过0.6%, 能较好地满足工程实际的需求。
参考文献
[1]环境保护部科技标准司.烟尘烟气连续自动监测系统运行管理[M].北京:化学工业出版社, 2008.
[2]郑海明, 蔡小舒.烟气连续排放监测系统计量相对准确度测试评估[J].计量学报, 2007, 28 (1) :85-88.
[3]Vapnik V.The nature of statistical learning theory[M].New York:Springer, 1995.
[4]王春林, 周昊, 周樟华, 等.基于支持向量机的大型电厂锅炉飞灰含碳量建模[J].中国电机工程学报, 2005, 25 (20) :72-76.
[5]邓乃扬, 田英杰.支持向量机:理论、算法与拓展[M].北京:科学出版社, 2009.
[6]徐铮, 孙建锋, 刘佳, 等.火电厂脱硫运行与故障排除[M].北京:化学工业出版社, 2015.
[7]禾志强, 祁利明, 周鹏, 等.石灰石-石膏湿法烟气脱硫优化运行[M].北京:中国电力出版社, 2011.
提高脱硫效率 篇5
由于我国人口数量逐年增多, 全国供热范围也随之增加, 这样必然导致燃煤企业的营业范围更为广泛。燃煤企业经济效益增长的同时破坏了生态系统的平衡, 危害着环境的可持续发展。因此, 各大燃煤企业对尾气的脱硫工作就尤为重要了。其中, 在现行燃煤企业生产经营状况下, 石灰石-石膏湿法脱硫方法是迄今为止最科学、最行之有效的企业脱硫技术。
2 湿法脱硫技术原理分析
湿法脱硫技术不仅在我国盛行, 同时在国外也是燃煤企业脱硫的关键技术, 但其操作技术流程及原料反应条件大都相同。这种方法均采用石灰石, 碳酸钠作为反应原料, 其中石灰与石灰石有同样的反应机理, 故可与石灰石进行替换。以石灰或石灰石及碳酸钠作为原料的洗涤液对燃煤企业所排气体进行充分接触以达到洗涤及过滤的目的, 从而净化污染气体, 排放无SO2等有毒气体的工厂尾气。湿法脱硫技术的反应机理如下:
或
石灰石-石膏湿法脱硫技术从最初的原料试用经过长期坚持不懈的探索与技术革新到现阶段技术的纯熟, 已有几十年的历史, 其优点可见一斑。比如:原料来源广且成本低;脱硫过程中产生较少且易收集的副产品;脱硫效率均高于普通脱硫技术;脱硫设备具有高容量且运行费用低等优点。虽然湿法脱硫技术存在诸多优点且已得到各大煤矿燃料企业充分认可, 但影响脱硫技术的关键因素仍制约着湿法脱硫技术的进一步发展。
3 湿法脱硫技术存在的漏洞
3.1 湿法脱硫过程中产生的副产物阻塞脱硫系统
当脱硫技术副产物的生成量高于原有反应液的吸收能力时, 石膏将不再参与脱硫, 而是结晶并存在于反应系统底部, 若此时石膏的数量继续增大, 反应液石膏浓度将达到饱和且附着于原有的石膏表面生长。同时, 饱和石膏也会附着于其他反应物生长, 如碳酸钠等, 从而反应系统阻塞, 阻碍反应的进一步进行, 导致脱硫技术的中止。此外, 由于反应液的p H值难以进行有效的控制, 导致系统p H值过小的情况时有发生。当p H值过小时, 亚硫酸盐, 如亚硫酸钠, 溶解度变大, 同时, 硫酸盐, 如硫酸钠, 溶解度呈减小趋势, 从而导致系统内析出的亚硫酸盐和石膏晶体堵塞部分反应系统。近几年, 一些大型燃煤企业一般采用强制氧化技术增大亚硫酸钙的氧化程度, 保证反应系统中有充足的硫酸钙晶体, 并严格控制系统内p H值大小以免p H值骤变导致反应中止。这些措施的使用不仅使得反应持续不断的进行, 减少SO2等有毒气体外漏对环境造成的影响, 同时为人们提供了一个健康良好的生活空间。
3.2 湿法脱硫过程中产生的副产物腐蚀脱硫系统
污染气体中的酸性气体, 如SO2、HF等, 在与脱硫系统反应液反应时, 产生的酸性产物溶于液体会使反应液呈现酸性。一般而言, 酸性产物会对金属反应系统产生较大的腐蚀作用。此外, 由于反应系统是金属容器, 长时间与水溶液接触发生的电化学反应将会对反应器的断口接合处产生较大的腐蚀作用。通过大量的实践证明, p H值的适当调节、先进焊接工艺及防腐材料的应用, 对反应系统的长期使用及反应的顺利进行有重要作用。
4 影响湿法脱硫技术的若干因素
4.1 反应系统p H值
污染气体中的SO2含量直接影响反应系统的p H值大小, 从而间接影响脱硫效率的高低。经过大量的实验数据及分析表明, 当SO2浓度过高时, 反应液p H值偏小, Ca2+大量析出, 影响SO2吸收效率;当SO2浓度偏低时, 反应液有较大的p H值, 从而大大增加SO2吸收效率。p H值的变化是随着SO2气体不断冲入脱硫系统改变的, 这是一个逐渐变化的过程, 并非是骤变的结果。因此, 对于整个脱硫溶液而言, 存在多个不同的p H值, 这就需要有一个固定的算法来计算SO2的融入量, 从而更加有效的控制系统p H值, 使脱硫效率最大化。由公式:SO2+Ca CO3=Ca SO3+CO2和SO2、Ca CO3的摩尔质量可知, 把气体中SO2的含量作为配量标准, 将SO2和Ca CO3按质量比64:100分配, 从而保证脱硫系统内p H值的稳定性。
4.2 石灰石的纯度及质量问题
石灰石纯度不仅影响整个脱硫系统的脱硫成本, 而且对系统脱硫效率有一定的影响。石灰石是一种成分极其复杂的混合物, 其主要成分是碳酸钙, 湿法脱硫技术主要用的就是碳酸钙的碱性来吸收大量的SO2气体。但石灰石的少量杂质, 如碳酸镁, 二氧化硅等, 在脱硫过程中, 由于碳酸镁呈碱性, 适量的碳酸镁对于SO2气体的吸收有促进作用, 但过量的镁离子必然阻碍生成物的沉积速率。二氧化硅的高度腐蚀作用不仅大大降低了脱硫效率, 同时减少脱硫设备的寿命, 从而大大提高了湿法脱硫技术的生产成本及煤矿企业的运营效率。此外, 由于二氧化硅的高硬度特性, 如果石灰石中二氧化硅含量过高必然导致资源的浪费, 增大原料成本。
4.3 污染气体的温度影响
实验表明SO2溶于脱硫液体的反应时放热的, 如果脱硫设备内温度过高, 必然抑制反应的顺利进行, 因此, 使脱硫设备的温度保持低温是湿法脱硫技术的关键所在。
4.4 污染气体中灰尘颗粒对脱硫效率的影响
污染气体中灰尘颗粒的存在会对石灰石中钙离子的溶解产生一定的抑制作用。同时, 大量的灰尘颗粒在石灰石颗粒表面形成一层薄膜, 从而降低SO2的吸收速率及系统的脱硫效率。此外, 灰尘颗粒中锌、镁离子的存在必然与钙离子发生冲突, 大大降低钙离子与SO2的反应速率。
4.5 石灰石中的钙与SO2中硫的摩尔质量比值
石灰石呈块状且难溶于水, 反应时与脱硫溶液的接触面积不足必然降低脱硫效率。因此, 将石灰石打磨成颗粒状结构, 增大反应面积, 同时加大反应液循环次数, 增大石灰石与SO2的反应速率。通过大量的实践表明:钙与硫的质量比在范围内反应效率达到最大化。
5 结束语
综上所述, 石灰石-石膏湿法脱硫是燃煤企业近几年使用的主要脱硫技术。虽然这种脱硫方法具有原料来源广且成本低;脱硫过程中产生较少且易收集的副产品;脱硫效率均高等优点, 但一些影响因素仍然制约着湿法脱硫技术的进一步发展, 如反应系统p H值、石灰石的纯度及质量问题、污染气体的温度影响、污染气体中灰尘颗粒及石灰石中的钙与二氧化硫中硫的摩尔质量比值等。只有综合考虑这些因素的存在, 才能提高脱硫效率, 增大燃煤企业综合效益。
摘要：文章主要分析石灰石-石膏湿法脱硫技术的基本原理及其优缺点, 阐述了现阶段湿法脱硫技术存在的主要问题, 对影响脱硫效率的主要因素及影响状况做了具体分析, 并从脱硫技术及设备方面分析脱硫效率提升的关键因素, 从而为石灰石-石膏湿法脱硫效率的提高奠定了坚实的理论基础。
关键词：石灰石-石膏,湿法脱硫,脱硫效率,影响因素
参考文献
[1]梁坤, 孙燕.石灰石-石膏湿法脱硫技术问题及脱硫效率探讨[J].内蒙古石油化工, 2010, 3 (15) :89-91.
[2]刘晓龙, 高飞燕.石灰石-石膏湿法脱硫技术问题及脱硫效率探讨[J].内蒙古科技与经济, 2010, 4 (9) :9-10.
[3]王峥, 王建国, 邴守启, 等.石灰石-石膏湿法烟气脱硫效率影响因素[J].煤气与热力, 2011, 9 (18) :145-146.
提高脱硫效率 篇6
循环流化床锅炉是近十几年新发展的高效低污染技术。随着日益紧缺的能源供应和当今世界日趋严峻的环境保护要求, 传统的锅炉燃烧方式就亟待改良, 其中对循环流化床的理论研究和实际经验总结也将会满足高效燃烧和降低污染的未来需求。
循环流化床采用炉内喷石灰石粉末混合煤粉燃烧的方式, 而这种方式对降低大气污染物和对排放物的综合利用做出的贡献在于: (1) 石灰石粉末和煤粉中的硫份反应, 减少了烟气中二氧化硫 (SO2) 的排放; (2) 在循环流化床稳定运行时, 炉膛中燃烧温度一般在850~950℃之间, 根据其运行温度和含氧量可以有效抑制热反应性NO2的产生; (3) 循环流化床排放的灰渣由于低温燃烧, 而具有钙含量高, 活性好等特点可广泛应用于化学工业、生产水泥、农业等领域。
但是, 也正是由于石灰石粉末的介入燃烧, 对炉内的各项指标参数的控制也变得复杂。若在燃烧过程中无需脱硫, 则其热力计算的方法和常规煤粉炉一致。可是, 同时加入石灰石和燃料, 而石灰石消耗量又和煤粉的含硫量, 钙硫摩尔比 (Ca/S) 和脱硫效率有关。简单的说, 可以分为两方面: (1) 炉内的热平衡, 既要考虑煤粉的发热量又兼顾考虑石灰石煅烧成氧化钙 (Ca O) 需要吸收的热量, 同时还要考虑氧化钙 (Ca O) 和二氧化硫 (SO2) , 以及氧气反应生成硫酸钙 (Ca SO4) 放出的热量; (2) 炉内的物质平衡, 由于新物质硫酸钙 (Ca SO4) 的产生增加了炉内的灰量, 改变灰分份额及底灰含量。基于以上两点, 为了既满足对二氧化硫 (SO2) 排放的控制要求, 又保证锅炉效率, 如何在适合的外部条件下, 找到脱硫效率和各参数之间的相对平衡, 在满足严格的环保要求的同时, 使经济利益最大化的问题摆在我们面前。
2 脱硫过程的反应机理
为了更好的了解脱硫效率和各项参数的相互影响, 首先, 简单介绍一下循环流化床的脱硫机理:
硫在煤里主要以黄铁矿硫、有机硫和硫酸盐的形式存在。
其中, 黄铁矿 (Fe S2) 在燃烧条件下与氧气反应生成二氧化硫 (SO2) , 而有机硫在大概200℃分解成H2S, 硫醇和硫醚等, 在更高温度时 (300℃) 左右, 可生成二氧化硫 (SO2) , 其余物质也可与氧燃烧, 生成二氧化硫 (SO2) 。
石灰石主要成分为碳酸钙 (Ca CO3) , 循环流化床锅炉中, 石灰石中的碳酸钙 (Ca CO3) 煅烧生成氧化钙 (Ca O) 。
该反应为吸热反应, 而生成的氧化钙 (Ca O) 进一步和二氧化硫 (SO2) 反应。
该反应为放热反应。
3 锅炉的热平衡计算
在保证安全生产的前提下, 电厂主要考核的指标除了污染物的排放还有全厂的效率考核, 对于锅炉本体来说, 主要是对锅炉效率的考核。所以, 研究分析整个脱硫过程对锅炉效率的影响就尤为重要了。
首先, 对于锅炉效率的计算方法和影响因素有如下规定:
表示锅炉有效利用热量 (Qout) 与输入热量 (Qinp) 之比的百分数即:
对于实际工程设计, 由于对燃料量及输入、输出热量测量上的较大误差, 通常采用反平衡法测量锅炉效率, 此时有:
式中:
q2———排烟热损失, %;
q3———气体不完全燃烧热损失, %;
q4———固体不完全燃烧热损失, %;
q5———散热损失, %;
q6———灰渣物理热损失, %。
4 炉内脱硫对锅炉效率的影响
基于以上的锅炉热平衡计算, 我们针对脱硫效率对锅炉热平衡计算乃至锅炉效率的的影响进行如下分析:
4.1 对有效利用热量 (Qout) 的影响
如前所述, 添加石灰石脱硫的过程中包含了吸热和放热两个反应过程。所以, 石灰石的投入量决定了锅炉有效利用的热量 (Qout) , 即当碳酸钙 (Ca CO3) 煅烧所吸收的热量小于产生硫酸钙 (Ca SO4) 所释放的热量时, 有效利用热量 (Qout) 是有可能增加的。但这种影响不是绝对的, 因为有效利用热量 (Qout) 不能单纯只分析炉膛稳定燃烧的过程。如石灰石刚入炉膛时, 床温肯定会有所降低, 而添加石灰石在实际运行中是个持续的过程。总的来说, 钙硫摩尔比 (Ca/S) 越大, 锅炉的有效利用热量 (Qout) 越低。值得注意的是, 即使实际的钙硫摩尔比 (Ca/S) 小于热平衡状态时的钙硫摩尔比 (Ca/S) , 也并不意味着其他热损失如机械未完全燃烧热损失 (q4) , 灰渣热损失 (q6) , 排烟热损失 (q2) 的降低。
4.2 对机械未完全燃烧热损失 (q4) 的影响
脱硫过程中, 加入石灰石量, 将会影响当量灰分、飞灰含碳量、底灰含碳量和底灰份额而影响机械未完全燃烧热损失。一方面, 当量灰分会随着石灰石耗量的增加而增大;另一方面, 飞灰和底灰的份额会随着石灰石的添加而趋于一致, 尤其当钙硫摩尔比 (Ca/S) 大于2.5时, 两者各占约50%;此外, 底灰含碳量会随着石灰石耗量的增加而有下降的趋势。综合来看, 钙硫摩尔比 (Ca/S) 对锅炉的机械未完全燃烧热损失 (q4) 基本是没有影响的。
4.3 对排烟热损失 (q2) 的影响
排烟热损失 (q2) 主要取决于, 排烟焓、冷空气焓、过量空气系数和机械未完全燃烧热损失 (q4) 。而其中排烟焓和冷空气焓虽然随着钙硫摩尔比 (Ca/S) 的增加有所下降。但是, 一旦燃料和炉型确定后, 燃烧所需的理论空气量就决定了, 所以排烟焓和冷空气焓差值变化是同步的。而过量空气系数和锅炉的漏风量就决定了排烟热损失的大小, 通常来说, 实际的锅炉设计中, 合理的密封设计、改进下部炉膛形状和布风板的设计等措施, 在提高燃料燃尽度的同时, 可以大大提高入炉氧气的利用率。从而合理有效平衡钙硫摩尔比 (Ca/S) 对排烟热损失 (q2) 的影响。
4.4 对灰渣的物理热损失 (q6) 的影响
整个脱硫过程中, 钙硫摩尔比 (Ca/S) 对底灰份额、当量灰分和有效利用热量的影响, 造成了灰渣物理热损失 (q6) 的变化。其中灰渣物理热损失 (q6) 随着底灰份额和当量灰分增加而增加, 且随着有效利用热量 (Qout) 增加而减少。 (1) 底灰份额和当量灰分在石灰石添加的过程中, 均会有所增加, 导致排渣装置的排灰量增加, 部分灰渣的带走了较高的热量; (2) 如前文所分析, 有效利用热量 (Qout) 会随着钙硫摩尔比 (Ca/S) 的增加而减小。所以脱硫过程中, 灰渣的物理热损失 (q6) 会在硫摩尔比 (Ca/S) 增大的前提下, 有显著的增加。
4.5 对其他热损失的影响
可燃气体的热损失 (q3) 是取决于燃料本身的特性和燃烧充分与否, 所以石灰石很难对其有影响。而散热损失 (q5) 也主要决定于锅炉本体的炉墙和金属结构及管道、风道对外部环境的对流换热和热辐射, 石灰石的投放对其影响力也是微乎其微的。
5 总结
综上所述, 循环流化床在脱硫过程中, 钙硫摩尔比 (Ca/S) 对锅炉有效利用热量 (Qout) 、入炉灰量、底灰份额和飞灰份额、底灰含碳量和飞灰含碳量、燃烧所需的空气量和排出的烟气量等参数的影响变化, 可以得出如下结论:
脱硫过程, 对于灰渣的物理热损失 (q6) 的影响很大, 随着钙硫摩尔比 (Ca/S) 的增加而增大, 根据实际计算最大可相差1%左右;而钙硫摩尔比 (Ca/S) 对于排烟热损失 (q2) 和机械未完全燃烧热损失 (q4) 也有一定影响, 但因为平衡作用, 其并不是q2和q4变化的主要因素;对于可燃气体的热损失 (q3) 和散热损失 (q5) , 石灰石的投入对其理论上没有任何影响。由此可见, 综合分析下, 脱硫的过程总是使锅炉的热效率下降的。
当然, 前文也同样分析了, 哪些条件变化会影响到脱硫效率的大小, 从而为锅炉设计的调整及运行方式的调节提供了理论基础, 以弥补脱硫所带来的热效率下降, 如选取较合适的运行床温, 强化碳粒度的燃尽;合理的二次风布置, 使空气、燃料和石灰石混合均匀;保证足够的炉膛有效燃烧容积, 提高燃尽率;增加主回路的保温厚度, 降低锅炉的散热损失;合理布置给煤口, 增加燃料在炉膛内的停留时间。以上种种措施的施行, 就是为了保证在符合环保规定的二氧化硫 (SO2) 排放的前提下, 平衡的提高锅炉的热效率, 以期望在两者之间找到双方的优势最大化的平衡点。
参考文献
[1]岑可法, 倪明江, 骆仲泱, 等, 循环流化床锅炉理论设计与运行[M].北京:中国电力出版社, 1998.
[2]朱国帧, 徐洋.循环流化床锅炉设计与计算.北京:清华大学出版社, 2004, 11.
[3]崔晓刚.循环流化床锅炉脱硫性能分析[D].保定:华北电力大学, 2003.
[4]李绚天.循环流化床中燃料NOx和SO2的析出及脱硫[B].杭州:浙江大学, 1989.
[5]阎维平.洁净煤发电技术[M].中国电力出版社, 2002.
提高脱硫效率 篇7
关键词：排放浓度,影响因素,脱硫效率,节能减排
烟气排放的主要污染物为粉尘、硫氧化物、氮氧化物, 它们在大气中经过一系列的化学变化最终形成酸雨.我厂使用的是“石灰石—石膏烟气脱硫”法除去烟气中的SO2。其特点是SO2脱除率高, 脱硫效率可达95%以上, 能适应大容量机组、高浓度SO2含量的烟气脱硫, 吸收剂石灰石价廉易得, 而且可生产出副产品石膏, 高质量石膏具有综合利用的商业价值。
1 湿法石灰石石膏烟气脱硫的工艺流程
石灰石石膏法烟气脱硫技术采用价廉易得的石灰石作脱硫吸收剂, 石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌成吸收浆液。在吸收塔内, 吸收浆液与烟气接触混合, 烟气中的SO2与浆液中的碳酸钙进行化学反应、再通过鼓入空气氧化.最终产物为石膏。脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴, 不需要换热器升温即进入烟囱排空。脱硫石膏浆经脱水装置脱水后回收。由于吸收浆液循环利用, 脱硫吸收剂的利用率很高。
2 脱硫效率的影响因素及提高效率的方法探讨
2.1 除尘效率
烟气中的粉尘将浆液中石灰石颗粒包裹起来, 在一定程度上阻碍它与SO2的中和反应, 从而降低了石灰石的溶解率, 并且粉尘中不断溶出Hg2+、Mg2+等重金属, 抑制了Ca2+与HSO3-的反应。在运行实践中, 当进入脱硫塔烟气中粉尘超标时, 脱硫效率降低, 且在石膏表面附着一层灰尘, 使颜色变黑, 从而影响石膏品质。数据显示, 只有除尘效率在99%以上, 入口真正意义上达到30 mg/Nm3, 才有较好的脱硫效率。
2.2 脱硫塔入口烟气流量及SO2浓度
当烟气流量过大, 超出了吸收塔的实际处理能力, 会反应不充分, 从而降低脱硫效率。当脱硫塔入口烟气中的SO2浓度过高, 则会影响排放率。例如7#脱硫塔入口烟气中SO2浓度在2000mg/Nm3以上时, 脱硫塔出口烟气中SO2的浓度大于67mg/Nm3, 没有达到天津市的排放标准 (50mg/Nm3) ;在入口烟气SO2浓度小于2000mg/Nm3时为1987 mg/Nm3, 出口烟气中SO2浓度小于47mg/Nm3以下, 达到了烟气的排放标准。
2.3 旁路挡板的严密性
在旁路挡板关闭不到位时, 部分烟气会直接通过出口CEMS在线监测系统从旁路排空, 从而使出口烟气排放不达标, 使运行中的脱硫塔吸收系统失去实际意义。例如, 在7#脱硫塔入口烟气流量与SO2浓度在正常范围内的情况下, 脱硫塔甲、乙两侧旁路挡板电动无法关闭到位, 7#脱硫塔出口SO2浓度大于100mg/Nm3, 没有达标排放, 当将甲、乙两侧旁路挡板手动关严后, 7#脱硫塔出口天津市排放标准, 在经过理论探讨过后, 我厂从11年对脱硫旁路进行了封堵, 保证了出口SO2的真实准确。
2.4 石灰石要有良好的品质要求
合格的石灰石具备以下几个方面特点:1.Ca CO3含量≥90~95%;2.Mg CO3≤2~5%;3.其他≤3~5%;4.粒径≤44~63um。石灰石中的杂质对脱硫系统的性能产生重要的影响, 常见的杂质中包括Mg CO3, Mg CO3一部分可以溶解, 从而对脱硫过程产生重要的影响, Mg CO3本身可以参与脱硫反应, 适度的含量会增强浆液的吸收能力, 含量高会阻碍石灰石粉的溶解, 从而降低脱硫效率, 例如有的供浆罐底部有沉淀, 当液位低时, 供浆浓度快速升高, 严重时会堵塞供浆泵的入口。Mg2+在结晶过程中是一种晶体污染物, 它将会降低Ca SO4.2H2O的结晶性能。
2.5 浆液循环量的大小
实践表明, 浆液循环量越大越有利于提高脱硫效率, 加快浆液的饱和度, 有利于石膏的形成。而循环泵、喷淋泵、塔侧搅拌器及排浆泵是塔内浆液循环流动的主要设备, 使其稳定的运行是确保脱硫效率的前提。
2.6 脱硫塔浆液的p H值 (5.4~6.0之间)
高p H的浆液有利于SO2吸收, 低p H不利于石灰石的溶解, 当低于4.0时, 几乎不发生反应。p H值对烟气脱硫至关重要, 及时调整供浆量, 控制好p H值是脱硫效率的提高的必要条件。
2.7 脱硫塔内浆液的浓度
随着烟气与石灰石的不断反应, 塔内浆液密度不断升高, 当Ca SO4浓度趋于饱和时, 对SO2吸收有抑制作用, 会使脱硫效率下降。例如, 7#塔在浆液密度达到1190mg/Nm3时, 7#塔出口烟气中SO2排放浓度为54mg/Nm3, 超出了天津市排放标准, 因此要立即启动石膏脱水系统, 使浆液浓度下降。
2.8 烟气温度
在一定范围内, 进入吸收塔内的烟气温度相对越低, 越有利于SO2气体的吸收。有关实验证明, 烟气温度在96℃时, FGD脱硫岛两层循环脱硫效率为92.1%;当烟气温度升到103时, 脱硫效率降为84.8%。
3 降低运行成本的方法探讨
SO2排放达到国家所规定的标准前提下, 在工作中还要尽量将废水充分利用, 必须对洗后SO2的富液 (含有烟尘、硫酸盐、亚硫酸盐等废液) 进行合理的处理, 既要不浪费资源, 又要不造成二次污染。合理处理废液, 往往是湿法烟气脱硫技术成败的关键因素之一。回收和利用富液中的硫酸盐类, 废物资源化, 才是合理的处理技术。节省了资源, 又不造成二次污染。另外尽量减少浆液高密度运行, 以达到节水, 节电的目的, 从而减少石灰石的浪费, 降低生产成本, 提高生产效益, 为“蓝天工程”贡献我们的力量。
参考文献
[1]蒋维钧, 雷良恒, 刘茂林等。《化工原理》北京:清华大学出版社, 1992
[2]时钧, 汪家鼎。《化学工程手册》第二版。北京:化学工业出版社。1989
提高脱硫效率 篇8
烟气连续排放检测系统 (CEMS) 是目前电厂最常使用的检测设备。该系统可连续检测气态污染物浓度和固态污染颗粒等, 用来检测企业排放的污染物浓度[4,5], 但CEMS存在在线分析仪表维护保养复杂、价格昂贵等问题, 为了解决这些问题, 提出了利用已知数据对目标数据进行反向建模的方法, 偏最小二乘法是运用较为广泛的方法之一。本文利用偏最小二乘法建立了预测模型, 并预测某电厂湿法脱硫系统的脱硫效率, 获得脱硫效率与各运行参数之间的关系, 指导电厂脱硫系统的实际运行。
1 偏最小二乘建模原理
偏最小二乘回归方法可以综合运用多种方法分析处理数据, 因此又被称为第二代回归方法, 是近年来应用较为广泛的一种多元分析方法[6,7]。偏最小二乘法建模过程分为三步, 分别为数据的标准化处理, 主成分的提取和回归方程的拟合。
1.1 数据的标准化处理
数据的标准化处理可以使样本重心与新坐标原点重合并消除变量间的量纲差异, 数据被处理后, 样本间相对位置及变量间相关性仍然不会改变, 因变量和自变量的均值为0, 方差为1, 便于数学推导。处理后自变量数组记为, 因变量数组记为。以自变量为例, 具体的公式为:
其中, xij为i个样本的第个指标的原始数据;x軃j和sj分别为第j个指标原始数据的平均值和标准差;同样y軃和sy分别是y的平均值和标准差。
1.2 主成分的提取
设自变量的第一个主成分为t1, 并且满足t1=E0W1, w1为E0的一个轴, 满足条件||w1||=1。同理, u1可以看作因变量F0的第一个主成分, 且满足u1=F0c1, c1是F0的一个轴, 满足条件||c1||=1。为了使t1、u1能尽可能多的携带E0、F0中的变异信息, 且同时满足t1对u1有最大的解释能力, 则应在偏最小二乘回归中做到t1与u1的协方差最大化。
通过拉格朗日变换, 将上述问题转换为求w1、c1使公式5 的值最大化的问题。
其中, l1、l2均为拉格朗日乘数因子。
得到目标函数q1:
通过形式变换即可求得E0、F0对主成分t1、u1的回归方程:
其中, E1、F1*、F1为三个回归方程的残差矩阵, p'1、q'1、r'1为三个回归方程的回归系数向量。
1.3 回归方程的拟合
同理可求得各个主成分的回归方程。假设矩阵的秩为, 则可以提取个成分。求得最终的回归方程:
因为t1, …, tA可以表示为E01, …E0p的线性组合, 所以, 公式10可还原为yk=F0k关于xj=E0j的回归方程形式:
其中, FAk是残差FA的第k列, k=1, 2, …, q。
最后, 将回归方程进行标准化逆处理即可得最终的回归方程。
2 脱硫效率影响因素
脱硫效率是评价脱硫系统经济性的重要指标。由于石灰石-石膏脱硫系统过程复杂, 涉及复杂的化学反应, 所以存在多种因素影响脱硫效率。
2.1 O2浓度
在湿法脱硫系统中, O2通过送风机携带吸收剂直接进入脱硫塔, 参与SO2的氧化反应, 直接影响脱硫效率。在其他参数不变的情况下, 烟气中O2含量增加, 加速了SO2氧化, 脱硫效率也随之增加。当O2浓度增加到一定值后, 虽然SO2的氧化速率仍增加, 但受其他反应速率的限制, 脱硫效率的增长幅度逐渐减缓, 甚至不变。
2.2 粉尘浓度
从锅炉尾部烟道出来的烟气通常会经过除尘器进行除尘以减少烟气中的粉尘浓度, 但通过除尘器烟气的粉尘浓度仍然较高。进入吸收塔后, 大部分粉尘跟随浆液进行反应, 在一定程度上阻碍了吸收剂的溶解过程, 吸收剂溶解速率下降, 直接对脱硫效果产生负面影响, 降低脱硫效率。同时, 粉尘中含有重金属离子, 重金属离子会阻碍Ca2+与HSO3-反应, 进一步降低脱硫效率。
2.3 液气比
液气比是指吸收塔洗涤单位烟气需要含碱性吸收剂的循环浆液体积[8]。在其他参数不变的条件下, 液气比增大, 即洗涤单位烟气的循环浆液体积增加, 液气接触面积增加, 同时反应物浓度增加, 反应速度提高, 脱硫效率随之增加。当液气比增加到一定值后, 液体接触面积的增加对反应速率的影响逐渐减少, 故脱硫效率不会明显增长。
2.4 烟气流量
在其他条件不变的情况下, 烟气流量增加导致液气比降低, 从而脱硫效率下降。但烟气流量的增加, 会导致烟气流速增大, 工质间湍流增强, 烟气与吸收剂间的反应速率上升, 脱硫效率增大。综合两种因素对脱硫效率的影响, 液气比的降低对脱硫效率的影响更大, 从而得出:在其他条件不变的情况下, 烟气流量增加会导致脱硫效率下降[9]。
2.5 烟气温度
通常, 经过除尘器后进入脱硫塔的烟气温度为110℃~120℃, 而脱硫反应的最佳反应温度为80℃左右, 烟气温度的增加, 使得脱硫塔中的温度更偏离最佳反应温度, 从而导致脱硫效率下降。再者, 吸收剂与SO2的反应为放热反应, 烟气温度增加, 导致脱硫塔温度上升, 抑制吸收剂与SO2反应, 脱硫效率下降。
2.6 浆液p H值
浆液p H值对脱硫效率有较大影响[7]。浆液p H值增大, 总传质系数增加, 有利于SO2的吸收, 脱硫效率增加。浆液p H值降低, 石灰石溶解速率增加, 同时低p H值有利于亚硫酸根与亚硫酸氢根的氧化过程, 脱硫效率降低。浆液p H值过大或过小都会抑制脱硫效率的增长。所以将浆液p H值控制在合理范围对脱硫系统的运行至关重要。最佳浆液p H值为5.2~5.6。
3 脱硫效率模型建立及结果分析
3.1 模型的建立
根据各参数与脱硫效率的相关性, 选取了石灰石耗量 (x1) 、进口O2含量 (x2) 、粉尘浓度 (x3) 、液气比 (x4) 、出口O2含量 (x5) 、出口粉尘浓度 (x6) 、烟气流量 (x7) 、烟气温度 (x8) 、浆液p H值 (x9) 、石灰石浆液量 (x10) 作为模型的输入, 将脱硫效率作为模型的输出。
通过对电厂脱硫运行数据的筛选, 挑选了50 组数据作为烟气脱硫效率模型的模型训练样本, 训练后得到最终脱硫效率的回归方程为:
3.2 模型训练结果分析
为了检验模型的精确度, 将模型预测数据与运行原始数据作了对比。图1、2 分别为训练样本PLS的预测值与实际值对比图和相对误差图。图1 中预测值与实际值整体走势基本一致, 在一些点上出现了重合, 两条曲线拟合度较高, 所以定性地认为PLS预测效果较好。图2 中96%的相对误差呈带状分布在- 1%~1%, 最大的相对误差不大于3%。综上分析可得:PLS模拟预测值和实际值误差很小, PLS模型能较精确地预测脱硫效率, 能较好地满足工程实际的需求。
4 结论
通过对模型的训练与检验, 可以得到以下结论:PLS预测模型对石灰石- 石膏湿法烟气脱硫效率预测具有较好的拟合度与准确度, 预测趋势与实际样本一致, 96%相对误差集中分布在- 1%~1%, 最大误差不超过3%, 能较好地满足工程实际的需求。
摘要：由于脱硫效率具有不易测量、测量精度低的特性。就该问题运用了偏最小二乘法 (PLS) 建立了以O2浓度、液气比、浆液p H值为输入, 脱硫效率为输出的预测模型。模型基于某电厂DCS采集的脱硫系统原始数据, 在MATLAB平台上训练得到较精准的预测模型并进行精度验证。得出以下结论:采用偏最小二乘模型预测脱硫效率, 96%相对误差分布在-1%1%, 最大误差不超过3%。说明该模型的预测精度较高, 能较好地满足工程实际的需求。
关键词：偏最小二乘,脱硫效率,预测模型
参考文献
[1]孟军磊, 李永光.烟气脱硫技术的应用与进展[J].上海电力学院学报, 2009, 25 (6) :593-598.MENG Junlei, LI Yongguang.Application and progress of flue gas desulphrizaton technology[J].Journal of Shanghai University Of Electric Power, 2009, 25 (6) :593-598.
[2]GAO Xiang, GUO Ruitang, DING Honglei, et al.Dissolution rate of limestone for wet flue gas desulfurization in the presence of sulfite[J].Journal of Hazardous Materials, 2009, 168 (2/3) :1059-1064.
[3]GUO Ruitang, PAN Weiguo, ZHANG Xiaobo, et al.Dissolution rate of magnesium hydrate for wet flue gas desulfurization[J].Fuel, 2011, 90 (1) :7-10.
[4]环境保护部科技标准司.烟尘烟气连续自动监测系统运行管理[M].北京:化学工业出版社, 2008.The scientific and technological standards department of environmental protection ministry.Operation management of smoke continuous automatic monitoring system[M].Beijing:Chemical Industry Press, 2008 (in Chinese) .
[5]郑海明, 蔡小舒.烟气连续排放监测系统计量相对准确度测试评估[J].计量学报, 2007, 28 (1) :85-88.ZHENG Hai-ming, CAI Xiao-shu.Relative accuracy test evaluation for flue gascontinuous emission monitoring systems[J].Acta Metrologica Sinica, 2007, 28 (1) :85-88.
[6]BRANDON R, WESLEY H, ROBERT E U, et al.A novel approach to process modeling for instrument surveillance and calibration verification[J].Nuclear Technology, 2003 (2) :1-26.
[7]王惠文.偏最小二乘回归方法及其应用[M].北京:国防工业出版社, 1999.
[8]徐铮, 孙建锋, 刘佳, 等.火电厂脱硫运行与故障排除[M].北京:化学工业出版社, 2015:170.
