CN113713599A - 一种循环流化床半干法低负荷脱硫系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种循环流化床半干法低负荷脱硫系统及控制方法，包括：锅炉送风机，用于提供风力；暖风器，用于接收并加热来自锅炉送风机的风；暖风器旁路，与暖风器并列设置，用于接收来自锅炉送风机的风；锅炉，与所述暖风器或暖风器旁路连通，用于接收风以及将锅炉产生的部分蒸汽送入所述暖风器；脱硫塔，与所述锅炉连通，用于接收并处理锅炉排入的烟气；再循环烟道，用于将脱硫塔出口处的脱硫除尘后的净烟气部分引至脱硫塔入口。本发明解决了低负荷下入塔烟气温度过低的问题，保证了脱硫塔良好的脱硫反应环境下所需的烟气流量及烟气温度；同时设置一套自动控制系统，实现要求的入塔烟温的控制，以及在运行参数变化过程中的快速或提前响应。

Description

一种循环流化床半干法低负荷脱硫系统及控制方法
技术领域
本发明涉及烟气脱硫技术领域，尤其涉及一种循环流化床半干法低负荷脱硫系统及控制方法。
背景技术
循环流化床半干法脱硫工艺是目前主要的烟气脱硫除尘工艺之一，是实现烟气“超低排放”的主要途径。其核心的脱硫设备为脱硫塔。循环流化床脱硫塔的形式现多为上行空塔结构，即塔下部为烟气进口，上部为烟气出口。按照烟气流程，脱硫塔包括入口段、文丘里管、扩散段、主体反应段和出口。现在所使用的循环流化床脱硫工艺，脱硫剂及外循环脱硫灰的入塔部位，一般都是设置在文丘里管段，文丘里管截面面积小，烟气流速高，利用高流速将脱硫剂和脱硫灰打散与烟气充分混合脱硫。
循化流化床半干法脱硫的主要工作原理是，从塔底入口段进入塔体的烟气，与从文丘里管段进入塔内的脱硫剂和脱硫灰充分混合，形成烟气携带脱硫剂和脱硫灰的气固两相流，通过扩散段均匀地进入主体反应段，同时在扩散段将水以雾化状态喷入塔内，创造塔内局部过湿的环境，在水分和脱硫剂同时存在的条件下，在主体反应段内进行脱硫吸收反应。
为了维持循环流化床脱硫塔内良好的脱硫反应环境，要求保证入塔的烟气的流量及温度。
其一，保证入塔的烟气流量是为了维持塔内的烟气流速，只有塔内烟气具有一定流速，才能携带足够浓度的脱硫剂和脱硫灰。如果烟气流速过低，则烟气能够携带的脱硫剂浓度小，无法保证脱硫剂与烟气中二氧化硫充分接触，也就无法保证脱硫效率。如果较低的烟气流量下，人为提高浓度，则会造成“塌床”的运行事故。增加烟气量的手段一般采用烟气再循环，即通过将脱硫之后的烟气，引回脱硫塔入口，增加塔入口的烟气量。
其二，保证入塔的烟气温度是为了创造向塔内烟气喷水的条件，喷入水后，既要形成过湿区，也要保证水在塔内随烟气上行过程中完全蒸发，防止烟温过低造成塔之后的布袋除尘器糊袋堵塞。如果入塔的原始烟气温度过低，则会造成无法有效地将足够的水喷入塔内，出口烟温即使降低至适宜温度，但塔内没有形成良好的过湿区。
现有机组所配置的循环流化床半干法脱硫系统，一般都是按照锅炉额定负荷的烟气条件进行设计，在低负荷下，锅炉烟气量小，为了保证锅炉效率，要尽量回收烟气热量，在低负荷下烟气温度也低(低至80℃)。烟气量小的问题一般通过净烟气再循环系统进行解决，但是净烟气的温度更低(低于80℃)，将净烟气与原烟气混合，将会造成入塔的烟温进一步降低，导致循环流化床半干法脱硫系统无法投运。
发明内容
为弥补现有技术中存在的不足，本发明提供一种循环流化床半干法低负荷脱硫系统及控制方法。
为了实现上述的一个发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
本发明第一方面提供了一种循环流化床半干法低负荷脱硫系统，包括：
锅炉送风机，用于提供风力；
暖风器，用于接收并加热来自锅炉送风机的风；
暖风器旁路，与所述暖风器并列设置，用于接收来自锅炉送风机的风；
锅炉，与所述暖风器或暖风器旁路连通，用于接收风，以及将锅炉产生的部分蒸汽送入所述暖风器；
脱硫塔，与所述锅炉连通，用于接收并处理锅炉排入的烟气；
再循环烟道，用于将脱硫塔出口处的脱硫除尘后的净烟气，部分引至脱硫塔入口，用于补充进入脱硫塔的烟气量。
根据本发明的系统，所述暖风器是空气式换热器，其形式可以为管壳式或其他形式，用于将锅炉的蒸汽的热量加热空气。暖风器的热源取自锅炉产生的热介质，通过蒸汽在暖风器内与锅炉进风换热，提高进风温度。另外还设置了暖风器旁路，等锅炉负荷较高时，不投用暖风器，锅炉进风通过暖风器旁路进入锅炉，减小暖风器造成的锅炉进风压力损失，起到节能的目的。
根据本发明的系统，锅炉产生的部分蒸汽通过管路送入所述暖风器，优选地，在所述管路上设置蒸汽调节阀，用于控制进入暖风器的蒸汽流量。在具体的实施方案中，如进入脱硫塔的温度还不足以达到脱硫运行温度，则开大所述蒸汽调节阀开度，加大蒸汽流量，将更多地热量传热给锅炉进风，从而提高锅炉排烟温度。反之则减小蒸汽调节阀开度。如进入脱硫塔的烟气温度适宜，则维持蒸汽调节阀开度不变。蒸汽调节阀用于控制蒸汽的量，无需要将更多地蒸汽用于与锅炉进风加热，仅需要将进入脱硫塔的烟温控制在设定适宜温度，尽量减少热介质消耗，以最小的热量消耗达到提高烟温的目的。
根据本发明的系统，还在脱硫塔的入口烟道上设置测温点，并用此温度信号控制所述蒸汽控制阀的开合度。
根据本发明的系统，在所述再循环烟道上，设置再循环烟气调节门，用于控制引回脱硫塔的净烟气量。
根据本发明的系统，还在脱硫塔入口烟道上设置流量测点，测量进入脱硫塔的烟气量，该烟气量与再循环烟气调节门连锁，烟气量小则将调节门开度加大，反之则减小。
根据本发明的系统，还包括除尘器及引风机，脱硫塔出口处的脱硫除尘后的净烟气进入布袋除尘器进行除尘后，通过引风机排入烟囱。
本发明第二方面提供了上述循环流化床半干法低负荷脱硫系统的控制方法，包括如下步骤：
以稳定运行的锅炉的实际排烟烟气量和烟气温度为基础，根据锅炉负荷及燃煤煤质估算出锅炉的理论排烟量及烟气温度；
根据所述理论排烟量及烟气温度预先设定再循环烟气调节门开度和进入暖风器的蒸汽调节阀开度，以控制进入脱硫塔的烟气量和烟气温度，实现脱硫系统在低负荷下的智能运行控制。
上述估算时，锅炉在满负荷下的烟气量可以根据锅炉的每小时燃煤量以及过量空气系数，按照理论计算。在不同负荷下，烟气量与负荷基本成正比，可以按照正比估算。以及，烟气温度是锅炉计算的理论计算值，在不同负荷下，也有计算值。实际操作可以根据不同负荷下，不通煤质条件下的数据形成数据库，以数据库的数值作为依据。
根据本发明的方法，脱硫塔出口的烟气温度控制为70～75℃，温度过高则无法保证脱硫效率，温度过低则会造成布袋除尘器糊袋。
根据本发明的方法，脱硫塔入口的烟气量为锅炉额定负荷烟气量的70％以上，烟气温度为90℃以上；以及，锅炉排烟为锅炉负荷的35％以上。
采用上述的技术方案，具有如下的技术效果：
(1)本发明采用锅炉生产的热介质作为热源，从锅炉进风角度解决低负荷下排烟温度不满足脱硫设施运行要求的问题，提供了炉后循环流化床半干法脱硫系统的适宜的反应温度，解决了锅炉低负荷脱硫难于运行的难题；
(2)本发明以最低能耗保证低负荷下脱硫运行；
(3)本发明以长期稳定运行积累的经验大数据为基础，通过锅炉负荷，燃料分析为基础数据，与净烟气再循环系统相协同，实现对入塔烟气温度的自动控制。
综上所述，本发明解决了低负荷下入塔烟气温度过低的问题，保证了脱硫塔良好的脱硫反应环境下所需的烟气流量及烟气温度。同时设置一套自动控制系统，通过最低的能耗，实现要求的入塔烟温的控制，以及在运行参数变化过程中的快速响应或提前响应。
附图说明
图1为本发明示例的一种循环流化床半干法低负荷脱硫系统的结构示意图。
图中部分标号说明如下：送风机1，暖风器2，暖风器旁路3，锅炉4，脱硫塔5，再循环烟道6，除尘器7，引风机8，烟囱9，蒸汽调节阀10，再循环烟气调节门11，锅炉蒸汽联箱12，凝结水箱13。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅为便于描述和区分，而非对数量或顺序的限定。本发明的系统中所用的各装置或元件若未特别说明，均可采用本领域常规的相应装置或元件。
如图1所示，本发明实施例一种循环流化床半干法低负荷脱硫系统，包括：
锅炉送风机1，用于提供风力；
暖风器2，用于接收并加热来自锅炉送风机的风；
暖风器旁路3，与所述暖风器并列设置，用于接收来自锅炉送风机的风；
锅炉4，与所述暖风器或暖风器旁路连通，用于接收风，以及将锅炉产生的部分蒸汽送入所述暖风器；
脱硫塔5，与所述锅炉连通，用于接收并处理锅炉排入的烟气；
再循环烟道6，用于将脱硫塔出口处的脱硫除尘后的净烟气，部分引至脱硫塔入口，用于补充进入脱硫塔的烟气量。
为了便于理解，参照图1，下面示例说明本发明的系统在生产过程中的应用操作进行说明，不应理解为本发明技术方案仅局限于此：
图1中各介质的意义为：粗实线为空气；三线为烟气；虚线为蒸汽及凝结水；双点划线为控制回路。
空气通过送风机1送入锅炉4，在锅炉4内与燃料共同燃烧。锅炉4进风分为两个支路，一路为经过暖风器2进入锅炉，另一路为暖风器旁路3风道，不经过暖风器2送入锅炉4；
锅炉4产生的蒸汽，抽取其中一部分，送入暖风器2，利用蒸汽的高焓值和凝结热加热进入锅炉4的空气。
暖风器2是蒸汽/空气的换热器，其形式可以为管壳式或其他形式，用于将蒸汽的热量加热空气。
锅炉4排烟，从底部进入循环流化床半干法脱硫塔5，经脱硫后从上部排出，进入布袋除尘器7进行除尘后，通过引风机8排入烟囱9。
为了保证在低负荷下进入脱硫的烟气量，在引风机8后与脱硫塔5入口的烟道之间，设置一条再循环烟道6，用于将脱硫除尘后的净烟气，部分引至脱硫塔入口，用于补充进入脱硫塔5的烟气量。在再循环烟道6上，设置一个再循环烟气调节门11，用于控制引回的净烟气量。
在脱硫塔5入口，烟气再循环烟道6的接口之后，设置流量测点(未示意出)，测量进入脱硫塔5的烟气量，该烟气量与再循环烟气调节门11(即循环挡板门)连锁，烟气量小则将挡板门开度加大，反之则减小。一般要保证进入脱硫塔5的标况烟气量为锅炉4额定负荷标况烟气量的70％，例如锅炉4负荷为35％,则需要开启再循环挡板门，控制将脱硫除尘后的净烟气，引回约35％，使进入脱硫塔5的烟气量为锅炉4额定烟气量的70％。
因为锅炉低负荷时，锅炉烟气温度一般也较低(低至80℃)，再循环的净烟气温度更低至70-75℃，与锅炉排烟混合后会进一步降低进入脱硫塔的烟温，不能满足脱硫运行需要。
一般为了保证脱硫效率，脱硫后的烟气温度，也即再循环的烟气温度一般控制于70-75℃，为一个定值。
因此，为了提高进入脱硫塔5的烟气温度，只能提高锅炉4出口的排烟温度，从而使混合烟气温度升高。
本发明在锅炉进风管道上设置了暖风器2，通过加热锅炉4进风，从而提高排烟温度。
暖风器2的热源取自锅炉4产生的热介质，附图以蒸汽为例，通过蒸汽在暖风器内与锅炉进风换热，提高进风温度。
本发明设置了暖风器旁路3，等锅炉4负荷较高时，不投用暖风器2，锅炉进风通过暖风器旁路3进入锅炉4，减小暖风器2造成的锅炉进风压力损失，起到节能的目的。
在脱硫入口烟道上，设置了温度测点(未示意出)。用此温度控制进入暖风器的蒸汽的量，蒸汽量通过在蒸汽进入暖风器之前管道上的调节阀10进行控制。如进入脱硫塔的温度还不足以达到脱硫运行温度，一般设定为90℃，则开大蒸汽调节阀10开度，加大蒸汽流量，将更多地热量传热给锅炉进风，从而提高锅炉排烟温度。反之则减小调节阀10开度。如进入脱硫塔5的烟气温度为90℃，则维持调节阀10开度不变。蒸汽调节阀用于控制蒸汽的量，无需要将更多地蒸汽用于与锅炉进风加热，仅需要将进入脱硫塔5的烟温控制在90℃，尽量减少热介质消耗，以最小的热量消耗达到提高烟温的目的。
以上再循环烟气量的控制，暖风器2用蒸汽量的控制均为辅助控制手段，在应用中会因为数据处理的延时，造成短时间内控制滞后，属于反馈型的控制回路。在锅炉运行过程中，以锅炉运行的长期数据积累作为控制基础(即大数据控制)的前馈型控制回路作为主要控制手段。
例如：在锅炉入炉煤质较为稳定的前提下，锅炉负荷升高或者降低，锅炉的实际排烟烟气量和烟气温度基本为定值，以燃煤煤质数据(主要为元素分析、低位发热量以及给煤机的给料量)和给定的锅炉负荷的大量数据为基础，当锅炉负荷即将发生变化时，预测出锅炉的排烟数据，用于预先控制再循环烟气挡板门开度和进入暖风器的蒸汽调节阀开度，预先将进入脱硫塔的烟气量和烟气温度控制于脱硫需要的烟气参数，实现脱硫系统在低负荷下的智能运行控制。
下面通过一具体生产示例对本发明的控制方法进行介绍，该案例仅是为了便于对本发明方案的理解，不应理解为本发明局限于此：
某蒸汽锅炉，设计燃煤元素分析参数见下表：
1 碳 C<sup>y</sup> ％ 52.35
2 氧 O<sup>y</sup> ％ 2.68
3 硫 S<sup>y</sup> ％ 0.65
4 氢 H<sup>y</sup> ％ 2.3
5 氮 N<sup>y</sup> ％ 0.88
6 水 W<sup>y</sup> ％ 0.96
7 灰 A<sup>y</sup> ％ 40.18
8 低位发热量 Q<sub>dw</sub><sup>y</sup> kJ/kg 17685
该锅炉设计燃煤量为50吨/小时，烟气设计含氧量为6％。
则根据烟气量计算公式计算所得烟气量为：37.8万Nm3/h。
锅炉设计满负荷下排烟温度为120℃，则换算温度的工况烟气量为：54.4万m3/h，该烟气量为脱硫塔设计烟气量。
该锅炉某日在以下工况下工作：
燃煤元素分析参数见下表：
1 碳 C<sup>y</sup> ％ 46.3
2 氧 O<sup>y</sup> ％ 2.78
3 硫 S<sup>y</sup> ％ 0.55
4 氢 H<sup>y</sup> ％ 3.1
5 氮 N<sup>y</sup> ％ 0.8
6 水 W<sup>y</sup> ％ 8.67
7 灰 A<sup>y</sup> ％ 37.8
8 低位发热量 Q<sub>dw</sub><sup>y</sup> kJ/kg 15230
锅炉给煤机给煤量为20吨/小时。
锅炉在该工况下的设计温度为92℃，根据对烟气温度的大数据分析，在此条件下的实际排烟温度预测为90℃，在此温度下预测的锅炉出口烟气量为19.2万m3/h。
设定在此低负荷下，设定脱硫入口的烟气量为设计负荷下烟气量的70％，不足的部分，通过烟气再循环烟道予以补充，脱硫出口的烟气温度即再循环烟气的烟气温度设定为70℃。设定入塔的烟气温度为90℃，采用锅炉产生的蒸汽加热原烟气的方式提高入塔烟气温度。
入塔的烟气量和烟气温度通过设置于脱硫塔入口的流量测点和温度测点测量获得。
控制再循环烟道的烟气挡板门开度，使得补充到脱硫塔入口的烟气量返回脱硫塔入口，换算为90℃下为18.95万m3/h，补充后脱硫塔入口的烟气量换算为90℃下为54.4万m3/h*70％＝38.15万m3/h。
控制蒸汽调节阀的开度，使得混合后的这些烟气温度为90℃。
以上先按照预测的计算值进行烟气挡板门和蒸汽调节阀的前馈控制，再根据脱硫塔的测点实测值进行反馈控制，如烟气量小，则继续开大再循环烟道挡板门开度，如温度低，则继续调大蒸汽调节阀开度；反之则进行相反的控制操作。
本发明采用的脱硫塔，暖风器等均可以采用本领域现有的具有相应功能作用的处理设施、装置或元件，对此不作一一赘述。文中未特别说明之处，均为本领域技术人员根据掌握的现有技术所能了解或知晓的，对此不作一一赘述。
本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种循环流化床半干法低负荷脱硫系统，其特征在于：包括：
锅炉送风机，用于提供风力；
暖风器，用于接收并加热来自锅炉送风机的风；
暖风器旁路，与所述暖风器并列设置，用于接收来自锅炉送风机的风；
锅炉，与所述暖风器或暖风器旁路连通，用于接收风，以及将锅炉产生的部分蒸汽送入所述暖风器；
脱硫塔，与所述锅炉连通，用于接收并处理锅炉排入的烟气；
再循环烟道，用于将脱硫塔出口处的脱硫除尘后的净烟气，部分引至脱硫塔入口，用于补充进入脱硫塔的烟气量。
2.根据权利要求1所述的循环流化床半干法低负荷脱硫系统，其特征在于：所述暖风器是空气式换热器，用于将锅炉蒸汽的热量加热空气。
3.根据权利要求1或2所述的循环流化床半干法低负荷脱硫系统，其特征在于：锅炉产生的部分蒸汽通过管路送入所述暖风器，优选地，在所述管路上设置蒸汽调节阀，用于控制进入暖风器的蒸汽流量。
4.根据权利要求3所述的循环流化床半干法低负荷脱硫系统，其特征在于：还在脱硫塔的入口烟道上设置测温点，并用此温度信号控制所述蒸汽控制阀的开合度。
5.根据权利要求1-4任一项所述的循环流化床半干法低负荷脱硫系统，其特征在于：在所述再循环烟道上，设置再循环烟气调节门，用于控制引回脱硫塔的净烟气量。
6.根据权利要求5所述的循环流化床半干法低负荷脱硫系统，其特征在于：还在脱硫塔入口烟道上设置流量测点，测量进入脱硫塔的烟气量，该烟气量与再循环烟气调节门连锁。
7.根据权利要求1-6任一项所述的循环流化床半干法低负荷脱硫系统，其特征在于：还包括除尘器及引风机，脱硫塔出口处的脱硫除尘后的净烟气进入布袋除尘器进行除尘后，通过引风机排入烟囱。
8.如权利要求1-7任一项所述的循环流化床半干法低负荷脱硫系统的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
以稳定运行的锅炉的实际排烟烟气量和烟气温度为基础，根据锅炉负荷及燃煤煤质估算出锅炉的理论排烟量及烟气温度；
根据所述理论排烟量及烟气温度预先设定再循环烟气调节门开度和进入暖风器的蒸汽调节阀开度，以控制进入脱硫塔的烟气量和烟气温度，实现脱硫系统在低负荷下的智能运行控制。
9.根据权利要求8所述的循环流化床半干法低负荷脱硫系统的控制方法，其特征在于：脱硫塔出口的烟气温度控制为70～75℃。
10.根据权利要求8或9所述的循环流化床半干法低负荷脱硫系统的控制方法，其特征在于：脱硫塔入口的烟气量为锅炉额定负荷烟气量的70％以上，烟气温度为90℃以上；以及，锅炉排烟为锅炉负荷的35％以上。
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