CN107511056B - 一种石灰石石膏湿法脱硫系统水质调控方法 - Google Patents

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Abstract

一种石灰石石膏湿法脱硫系统水质调控方法及调控装置，所述方法设置控制机构和检测机构，检测机构定时抽取脱硫塔内的浆液，对浆液密度、浆液TDS值及浆液pH值进行实时检测，控制机构根据浆液密度、浆液TDS值的检测结果对回用水及工艺水的供入量进行控制，控制机构根据pH值检测结果对进入脱硫塔的石灰石浆液供入量进行控制。本发明还提供了实现所述方法的装置。采用本发明，可以根据实施检测结果有针对性地对脱硫系统进行调控，在保证脱硫系统正常安全运行的前提下优化回用水使用方案。此外，通过控制中心的数据，对储水箱及石灰石制浆系统同时进行控制，避免因浆液特性恶化而将系统内的浆液全部置换的弊端。

Description

一种石灰石石膏湿法脱硫系统水质调控方法
技术领域
本发明涉及电厂脱硫系统，特别是一种石灰石石膏湿法脱硫系统水质调控方法及调控装置。
背景技术
石灰石-石膏湿法脱硫是火力发电厂主要烟气脱硫方法，在国内外被广泛使用。该方法耗水量巨大，面对水资源的日趋紧张，脱硫系统巨大的用水量与节能降耗的矛盾越来越突出。湿法脱硫的机理是将烟气通入吸收塔，用脱硫剂石灰石浆液对烟气进行喷淋洗涤，利用石灰石吸收烟气中的二氧化硫生成亚硫酸钙，氧化后得到脱硫副产品为石膏。在此过程中，浆液的pH会影响脱硫效率及石膏品质。pH过低，烟气中的二氧化硫难以溶解，影响气液传质；pH过高，石灰石利用率过低，会导致石膏粘结力低并影响结晶。脱硫系统来水复杂，许多电厂为降低成本节约水资源，将脱硫系统作为电厂的废水终端，导致脱硫浆液中含盐量较高。高含盐量的废水会对脱硫系统造成一系列的影响。氯离子会加剧吸收塔的腐蚀，由于氯化钙的溶解度高，同离子效应阻碍碳酸钙溶解；镁离子沉淀难以分离，造成石膏结晶困难，脱水效果差等。且较高的离子强度增加传质阻力，影响二氧化硫吸收，降低脱硫效率。过多使用高盐废水会威胁脱硫系统正常运行，而排污率过高又意味着用水量和排水量的增加，与电厂废水零排放的趋势相悖。
为了更好地利用和节约水资源，降低水处理成本，近年来，国内外的研究人员开展了一系列的研究。公开号为CN 104707466 A 的中国发明专利，公开了一种石灰石/石膏湿法脱硫水平衡节能系统；公开号为CN 105344229 A的中国发明专利，公开了一种利用冷却塔循环水作为烟气脱硫系统用水的方法；公开号为CN 105314773 A的中国发明专利，公开了一种湿法脱硫废水回收利用方法及其装置。上述方法都考虑到了脱硫系统耗水量且对水质要求相对较低的特征，设计了各类废水回用于脱硫废水的方式。这些废水回用措施虽然可以达到节约用水、降低废水处理成本的目的，但没有考虑到废水回用以后对脱硫系统各项指标的影响，难以保证脱硫系统的高效正常运行。简言之，水资源和成本的节约需要在保障脱硫系统安全运行的前提下进行，因此废水回用后，对脱硫系统的水质需要进行综合调控。
发明内容
本发明提供了一种石灰石石膏湿法脱硫系统水质调控方法，所述方法根据监测脱硫系统的多个参数有针对性地对脱硫系统进行调控，在保证脱硫系统高效、安全运行的前提下合理利用高盐回用水。本发明还提供了实施上述方法所用到调控装置
本发明所述问题是以下述技术方案解决的：
一种石灰石石膏湿法脱硫系统水质调控方法，所述脱硫系统的供水包括工艺水和回用水，所述方法设置控制机构和检测机构，检测机构定时抽取脱硫塔内的浆液，对浆液密度、浆液TDS值及浆液pH值进行实时检测，控制机构根据浆液密度、浆液TDS值的检测结果对回用水及工艺水的供入量进行控制，控制机构根据pH值检测结果对进入脱硫塔的石灰石浆液供入量进行控制。
上述石灰石石膏湿法脱硫系统水质调控方法，控制机构采用的工艺水、回用水控制模型按照下述方法确定：取脱硫系统三天以上的TDS、浆液密度及效率的参数进行大数据分析，拟合出TDS、浆液密度与脱硫效率的线性关系式，由线性关系式得到保证脱硫效率在90%的TDS临界值，根据TDS临界值对控制机构进行如下设置： TDS检测值对应浆液脱硫效率90%-93%时，减小回用水供入量，工艺水供入量在80%以上；TDS检测值达到临界值时，关闭回用水，脱硫系统进水全部使用工艺水；TDS检测值对应浆液脱硫效率大于93%时，增大回用水使用量，控制回用水和工艺水的比例在1:1。
上述石灰石石膏湿法脱硫系统水质调控方法，脱硫塔内浆液的pH控制在5.5-6.0，在pH低于5.5时增加进入脱硫塔的石灰石浆液；在pH高于6.0时减少增加进入脱硫塔的石灰石浆液。
上述石灰石石膏湿法脱硫系统水质调控方法，脱硫塔内浆液的浆液密度小于1.03时，增加进入脱硫塔的石灰石浆液；浆液密度大于1.2时，打开石膏排除泵排出部分浆液，并向脱硫系统中补充水进行稀释。
上述石灰石石膏湿法脱硫系统水质调控方法，TDS、浆液密度与脱硫效率的线性关系式如下：
z = p1 + p2x + p3y+ p4x2+ p5xy+ p6y2+ p7x3+ p8x2y+ p9xy2 +p10y3，
式中x为浆液的TDS值，单位g/L；y为浆液密度，单位g/cm3；z为脱硫效率，p1- p10为线性关系式中各项的待定系数。
一种石灰石石膏湿法脱硫系统水质调控装置，包括脱硫塔、浆液循环泵，工艺水储水箱、回用水储水箱、石灰石制浆罐和石膏排出泵，还设有检测机构和控制机构，控制机构设有PLC，检测机构设有浆液检测池，浆液检测池装有定时由脱硫塔内抽取的浆液，在浆液检测池内自浆液入口依次设置浆液密度计，TDS测量电极及pH测量电极，浆液密度计、TDS测量电极及pH测量电极的检测信号传输到控制机构的PLC；PLC与工艺水储水箱第一阀门、回用水储水箱第一阀门电连接，其中，工艺水储水箱第一阀门设置在工艺水储水箱连通石灰石制浆罐的管路上，回用水储水箱第一阀门设置回用水储水箱连通石灰石制浆罐的管路上；PLC与石灰石制浆罐的浆液流量阀、石膏排出泵电连接。
上述石灰石石膏湿法脱硫系统水质调控装置，检测机构设有抽浆泵，抽浆泵入口连通脱硫塔内的浆液池，抽浆泵的出口连通浆液检测池的入口，浆液检测池的出口连通脱硫塔，浆液检测池的出口设有排液阀门，PLC与抽浆泵、排液阀门电连接。
上述石灰石石膏湿法脱硫系统水质调控装置，工艺水储水箱与脱硫塔连接的管路上设置工艺水储水箱第二阀门，回用水储水箱与脱硫塔连接的管路上设置回用水储水箱工第二阀门，工艺水储水箱第二阀门及回用水储水箱工第二阀门与PLC电连接。
本发明设计了一种脱硫系统水质调控方法及装置，所述方法在保证脱硫系统正常安全运行的前提下准确调控高盐水的回用比例。所述方法利用大数据找出TDS与脱硫效率、石灰石利用率等脱硫运行参数的关系，取脱硫系统一定时间内的参数进行大数据分析，拟合出TDS、浆液密度与脱硫效率的线性关系，得到保证脱硫效率在90%的TDS临界值，并根据该临界值对控制中心进行设置。在浆液TDS接近临界值时，减小回用水流量；在TDS达到临界值时，关闭回用水，脱硫系统进水全部使用工艺水；在TDS远小于临界值时，增大回用水使用量。本发明可以根据实施检测结果有针对性地对脱硫系统进行调控，在保证脱硫系统正常安全运行的前提下优化回用水使用方案。此外，通过控制中心的数据，对储水箱及石灰石制浆系统同时进行控制，避免因浆液特性恶化而将系统内的浆液全部置换的弊端。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1是本发明装置的示意图；
图2是浆液密度、TDS与脱硫效率的关系拟合曲线图。
图中各标号为：1、工艺水储水箱，2、回用水储水箱，3、工艺水储水箱第一阀门，4、回用水储水箱第一阀门，5、供浆泵，6、浆液流量阀，7、浆液循环泵，8、脱硫塔，9、抽浆泵，10、浆液密度计，11、TDS测量电极，12、pH测量电极，13、浆液检测池，14、排液阀门，15、控制机构，16、石膏排出泵，17、浆液池，18、工艺水储水箱第二阀门，19、回用水储水箱第二阀门，20、石灰石制浆罐。
具体实施方式
参看图1，本发明所述调控装置包括脱硫塔8、进液部分、排液部分、检测机构和控制机构。进液部分设有工艺水储水箱1、回用水储水箱2、石灰石制浆罐20、浆液循环泵7，在连通石灰石制浆罐和脱硫塔的管路上设有供浆泵5和浆液流量阀6。排液部分设有石膏排出泵16。石灰石制浆罐的用水来自于工艺水储水箱与回用水储水箱，石灰石浆液（简称浆液）经供浆泵和浆液流量阀以喷淋的方式在脱硫塔上部喷下，与进入脱硫塔的烟气反应。回用水储水箱内的回用水为经简单预处理后的电厂废水，工艺水储水箱内的工艺水为精处理后的水质较好的水。脱硫塔底部设有浆液池17，浆液池内的浆液通过浆液循环泵7向脱硫塔内循环供浆。石膏排出泵用于石膏的排出。所述调控装置设有检测机构和控制机构，控制机构设有PLC。检测机构设有浆液检测池13、抽浆泵9，抽浆泵入口连通脱硫塔内的浆液池17，抽浆泵的出口连通浆液检测池的入口，浆液检测池的出口连通脱硫塔，浆液检测池的出口设有排液阀门14，PLC与抽浆泵、排液阀门电连接。由PLC控制抽浆泵定时由脱硫塔内抽取用于检测的浆液，检测后的浆液由浆液检测池的出口排出。在浆液检测池内自浆液入口依次设置浆液密度计10，TDS测量电极11及pH测量电极12。浆液密度计、TDS测量电极及pH测量电极的检测信号传输到控制机构的PLC。工艺水储水箱连通石灰石制浆罐的管路上设有工艺水储水箱第一阀门3，工艺水储水箱连通脱硫塔的管路上设有工艺水储水箱第二阀门18；回用水储水箱连通石灰石制浆罐的管路上设有回用水储水箱第一阀门4，回用水储水箱连通脱硫塔的管路上设有回用水储水箱第二阀门19。PLC与工艺水储水箱第一阀门、回用水储水箱第一阀门、工艺水储水箱第二阀门、回用水储水箱第二阀门电连接；PLC与石灰石制浆罐的浆液流量阀6、石膏排出泵16电连接。
仍参看图1，本发明所述调控方法如下：
1、将电厂各类废水经简单预处理后通入回用水储水箱2，将精处理后的水质较好的水通入工艺水储水箱1，回用水储水箱的水和工艺水储水箱通入石灰石制浆罐20制浆，在需要的时候供浆泵5将石灰石制浆罐抽出送至脱硫塔补浆。脱硫塔内浆液与进入脱硫塔的烟气反应，喷淋落下浆液由浆液池17收集，浆液循环泵7将浆液池内的浆液循环送至脱硫塔喷淋。
2、脱硫塔通过底部的石膏定期由石膏排出泵16排出，石膏排出泵与脱水装置相连。
3、检测机构由控制机构控制，定时抽取脱硫塔部分浆液至浆液检测池13，进入浆液检测池的浆液先由浆液密度测量计10对浆液密度进行测量，再利用TDS测量电极11与pH测量电极12对浆液中的TDS和pH的测量。测量后浆液排回脱硫塔。检测机构每8-12分钟对脱硫塔内的浆液进行一次检测，检测的数据传输到控制机构，控制机构对浆液品质进行判断后，控制回用水储水箱、工艺水储水箱及石膏排出泵的运行，来调整石灰石制浆系统的进水及脱硫塔的排污，保证脱硫系统的正常运行。
4、控制机构采用的工艺水、回用水控制模型按照下述方法确定：取脱硫系统三天以上的TDS、浆液密度及脱硫效率的参数进行大数据分析，拟合出TDS、浆液密度与脱硫效率的线性关系式，根据线性关系式得到脱硫效率在90%的TDS临界值，根据TDS临界值对控制机构进行如下设置：TDS检测值对应浆液脱硫效率90-93%时，减小回用水供入量，工艺水供入量在80%以上；TDS检测值达到临界值时，关闭回用水，脱硫系统进水全部使用工艺水；TDS检测值对应浆液脱硫效率大于93%时，增大回用水使用量，控制回用水和工艺水的比例在1:1。
5、脱硫塔内浆液的pH控制在5.5-6.0，当检测到的pH低于5.5时控制机构控制开启供浆泵供浆且调大浆液流量阀6，增加进入脱硫塔的石灰石浆液；在pH高于6.0时调小浆液流量阀，减少进入脱硫塔的石灰石浆液。
6、当检测到的脱硫塔内浆液的密度小于1.03时，控制机构控制调大浆液流量阀增加进入脱硫塔的石灰石浆液；当检测到的脱硫塔内浆液的浆液密度大于1.2时，打开石膏排除泵排出部分浆液，并向脱硫系统中补充工艺水和回用水进行稀释。
TDS与pH的控制原理如下：石灰石石膏法脱硫的机理包括三个过程： SO2从气相通过气膜向气液界面传递、扩散；SO2在液膜表面溶解；SO2从气液界面透过液膜向液相传递并随即与石灰石浆液发生反应。第三个过程是酸碱反应，高pH条件下CaCO3难以离解，与SO2反应，大大降低脱硫效率；而过低的pH会抑制SO2的吸收，影响第二个过程，SO2难以进入液相，使得脱硫效率下降。因此，控制合理的pH对脱硫效率至关重要。脱硫过程中，石灰石浆液不断与烟气中的SO2进行反应，同时浆液不断循环，浆液中的盐类不断累积，导致浆液中TDS不断升高，而浆液中过高的TDS会导致溶液离子强度增大，影响溶液粘度，从而影响二氧化硫的气液相传质，影响脱硫效果，抑制氧气的气液相传质，会导致亚硫酸钙氧化不完全，甚至会造成浆液中毒，引起烂浆现象，因此浆液中的TDS必须控制在一定范围内，以保证脱硫效率满足电厂脱硫塔运行要求。
高盐回用水的控制原理如下：脱硫系统庞大的蒸发量导致其耗水量较大，为了节约脱硫系统用水，同时对废水进行减量化，将高盐回用水用于对水质要求相对不高的脱硫系统是十分必要的。而回用水的比例直接影响脱硫系统的水质，回用水中含盐量较高，如果过多使用回用水，会导致浆液TDS的大幅上升；合理使用回用水能在很大程度上节约水资源、降低水处理成本。将脱硫系统浆液密度、pH、TDS等参数通过控制中心进行分析后，反馈信号到工艺水储水箱与回用水储水箱，对脱硫系统进水的比例进行控制，以此确保在不影响脱硫塔正常运行的条件下尽可能多地使用回用水。
不同的电厂和机组，TDS、浆液密度、pH等参数总体影响趋势一致，但线性关系式中的具体系数存在一些差异。以下实施例取某电厂脱硫系统一周的参数进行大数据分析，图2为浆液密度、TDS与脱硫效率的关系拟合曲线图，拟合出的TDS、浆液密度与脱硫效率的线性关系式如下：
z = -160.9 + 12.35x + 79.24y- 0.1744x2- 11.29xy+ 81.84y2+ 0.0008263x3+0.07736x2y+ 2.676xy2-46.1y3，
式中x为浆液的TDS值，单位g/L；y为浆液密度，单位g/cm3；z为脱硫效率。
拟合后曲线的R2=0.6027，说明得到的曲线与实际运行数据较接近。当测量机构给出TDS以及浆液密度的值后，控制中心可以利用上述模型公式快速预测接下来的脱硫效率，对TDS和浆液密度值水平进行判断并采取措施。
根据线性关系式可以计算出当浆液密度稳定在1.2左右时，脱硫效率与TDS的关系如下表。
TDS（g/L） 浆液密度 脱硫效率
39 1.2 89%
39.16 1.2 90%
31.64 1.2 91%
31.2 1.2 92%
30.74 1.2 93%
29.9 1.2 94%
29.48 1.2 95%
从上表中可以看出，TDS的临界值（即当脱硫效率为90%时）为39.16g/L，而当TDS为30.74 g/L时，脱硫效率为93%。
由TDS、浆液密度与脱硫效率的线性关系式可知该脱硫系统脱硫效率随TDS与浆液密度的变化趋势，可以有针对性的对回用水及工艺水的用量进行控制，在保证脱硫系统正常安全运行的前提下优化回用水使用方案。
实时监测浆液密度与TDS的值，浆液密度在1.2 g/cm3时，当TDS小于等于30.74 g/L 时，控制回用水储水箱与工艺水储水箱的阀门，使回用水和工艺水以1:1左右的比例流出；当TDS为30.74 g/L- 39.16g/L时，调小回用水储水箱的阀门，确保回用水占脱硫系统水的20%以下；当TDS达到39.16g/L时关闭回用水储水箱的阀门，脱硫系统全部使用工艺水。
使用该方法对脱硫系统水质进行调控后，在保证脱硫效率在90%以上的前提下，半年中共使用回用水74万吨，每年可为电厂节约148万吨水。

Claims (4)

1.一种石灰石石膏湿法脱硫系统水质调控方法，所述脱硫系统的供水包括工艺水和回用水，其特征在于，所述方法设置控制机构和检测机构，检测机构定时抽取脱硫塔内的浆液，对浆液密度、浆液TDS值及浆液pH值进行实时检测，控制机构根据浆液密度、浆液TDS值的检测结果对回用水及工艺水的供入量进行控制，控制机构根据pH值检测结果对进入脱硫塔的石灰石浆液供入量进行控制；
控制机构采用的工艺水、回用水控制模型按照下述方法确定：取脱硫系统三天以上的TDS、浆液密度及脱硫效率的参数进行大数据分析，拟合出TDS、浆液密度与脱硫效率的线性关系式，由线性关系式得到保证脱硫效率在90％的TDS临界值，根据TDS临界值对控制机构进行如下设置：TDS检测值对应浆液脱硫效率90％-93％时，减小回用水供入量，工艺水供入量在80％以上；TDS检测值达到临界值时，关闭回用水，脱硫系统进水全部使用工艺水；TDS检测值对应浆液脱硫效率大于93％时，增大回用水使用量，控制回用水和工艺水的比例在1:1；
TDS、浆液密度与脱硫效率的线性关系式如下：
z＝p1+p2x+p3y+p4x2+p5xy+p6y2+p7x3+p8x2y+p9xy2+p10y3，
式中x为浆液的TDS值，单位g/L；y为浆液密度，单位g/cm3；z为脱硫效率，p1-p10为线性关系式中各项的待定系数。
2.根据权利要求1所述的石灰石石膏湿法脱硫系统水质调控方法，其特征在于：脱硫塔内浆液的pH控制在5.5-6.0，在pH低于5.5时增加进入脱硫塔的石灰石浆液；在pH高于6.0时减少进入脱硫塔的石灰石浆液。
3.根据权利要求2所述的石灰石石膏湿法脱硫系统水质调控方法，其特征在于：脱硫塔内浆液的浆液密度小于1.03时，增加进入脱硫塔的石灰石浆液；浆液密度大于1.2时，打开石膏排出泵排出部分浆液，并向脱硫系统中补充工艺水和回用水进行稀释。
4.一种石灰石石膏湿法脱硫系统水质调控装置，包括脱硫塔(8)、浆液循环泵(7)，工艺水储水箱(1)、回用水储水箱(2)、石灰石制浆罐(20)和石膏排出泵(16)，其特征在于：还设有检测机构和控制机构，控制机构设有PLC，检测机构设有浆液检测池(13)，浆液检测池装有定时由脱硫塔内抽取的浆液，在浆液检测池内自浆液入口依次设置浆液密度计(10)，TDS测量电极(11)及pH测量电极(12)，浆液密度计、TDS测量电极及pH测量电极的检测信号传输到控制机构的PLC；PLC与工艺水储水箱第一阀门(3)、回用水储水箱第一阀门(4)电连接，其中，工艺水储水箱第一阀门设置在工艺水储水箱连通石灰石制浆罐的管路上，回用水储水箱第一阀门设置在回用水储水箱连通石灰石制浆罐的管路上；PLC与石灰石制浆罐的浆液流量阀(6)、石膏排出泵(16)电连接；
检测机构设有抽浆泵(9)，抽浆泵入口连通脱硫塔内的浆液池(17)，抽浆泵的出口连通浆液检测池的入口，浆液检测池的出口连通脱硫塔，浆液检测池的出口设有排液阀门(14)，PLC与抽浆泵、排液阀门电连接；
工艺水储水箱与脱硫塔连接的管路上设置工艺水储水箱第二阀门(18)，回用水储水箱与脱硫塔连接的管路上设置回用水储水箱工第二阀门(19)，工艺水储水箱第二阀门及回用水储水箱工第二阀门与PLC电连接。
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