CN114028937A - 循环流化床锅炉深度脱硫系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了循环流化床锅炉深度脱硫系统和方法。该系统包括依次连接的循环流化床锅炉、电除尘器、半干法脱硫塔和布袋除尘器，以及自动控制单元，其中，自动控制单元适于根据炉内温度检测装置、第一烟气成分检测装置、塔内温度检测装置和第二烟气成分检测装置的实际检测数据，并结合包括循环流化床锅炉煤质燃料参数、循环流化床锅炉的运行负荷、预设的净化烟气品质和预设的半干法脱硫塔工作温度在内的理论数据，实时调节炉内脱硫剂的给料量、炉外脱硫剂的给料量和喷淋水的供给量。采用该系统可以快速适应入炉煤质燃料的变化、大幅降低脱硫剂的整体消耗、提升脱硫效率及效果，实现系统脱硫的经济运行和超低硫排放。
Description
技术领域
本发明属于化工领域，具体而言，涉及循环流化床锅炉深度脱硫系统和方法。
背景技术
循环流化床(CFB)技术是一种燃料适应性广、低温强化燃烧、污染控制成本低以及负荷调节范围大的清洁燃烧技术，近几十年来在我国得到了快速的发展，尤其在低热值燃料利用中，CFB燃烧技术具有无可比拟的优势。通过向CFB锅炉炉膛内加入一定粒径的石灰石，可实现炉内对于SO2的有效脱除，在适合炉膛温度下，CFB锅炉的炉内脱硫效率可超过80％。近年来，随着我国环保标准的不断严格，新的大气污染物排放标准的发布以及超低排放要求的实施，国内绝大部分地区要求所有燃煤机组执行SO2排放浓度分别不高于35mg/m3的超低排放要求，CFB锅炉的环保压力和环保成本也随之增加，仅通过炉内脱硫已很难达到SO2超低排放的要求。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出循环流化床锅炉深度脱硫系统和方法，以实时监测系统运行过程中的温度条件及烟气中的SO2等烟气成分，自动调整炉内脱硫剂的给料量、尾部半干法脱硫塔的喷水量和脱硫剂给料量，达到快速适应入炉煤质燃料的变化、大幅降低脱硫剂的整体消耗、提升脱硫效率及效果和脱硫经济性的目的。
本申请主要是基于以下问题提出的：
炉内-炉外耦合的深度脱硫工艺是实现SO2超低排放的必然选择，但循环流化床锅炉燃用的煤质燃料一般较差，同时燃料并不固定，主要体现在燃料中硫含量较高，并且燃料中硫含量波动性很大，这也导致了循环流化床锅炉在实际运行过程中烟气中SO2的排放浓度不仅较高，而且SO2排放浓度的波动非常剧烈，大大增加了实现SO2超低排放的控制难度。在实际工程中为了确保循环流化床锅炉最终的SO2排放满足低于35mg/m3的超低排放要求，脱硫设备的设计和建设就必须留有足够的余量，在脱硫装置运行过程中也会投入足够余量的脱硫剂。因此，近年来循环流化床锅炉的脱硫装置建设成本大幅度提高，而且脱硫剂的消耗量大幅度增加，脱硫运行成本提高，以及由于脱硫剂大量投入引起的NOx排放增加、锅炉受热面积灰严重等问题，急需要对循环流化床锅炉炉内-炉外耦合深度脱硫的方式进行优化。
为此，根据本发明的一个方面，本发明提出了一种循环流化床锅炉深度脱硫系统。根据本发明的实施例，该系统包括：
循环流化床锅炉，所述循环流化床锅炉包括炉膛，所述炉膛下部设有炉内脱硫剂进口，所述炉内脱硫剂进口通过炉内脱硫剂给料器与炉内脱硫剂储仓相连，所述炉膛上部设有炉内温度检测装置；
电除尘器，所述电除尘器包括炉内烟气进口和电除尘烟气出口，所述炉内烟气进口与所述循环流化床锅炉的烟气出口相连，所述电除尘烟气出口处设有第一烟气成分检测装置；
半干法脱硫塔，所述半干法脱硫塔的下部设有电除尘烟气进口和喷淋水进口，所述电除尘烟气进口通过烟道与所述电除尘烟气出口相连，所述烟道邻近所述电除尘烟气进口的一侧设有炉外脱硫剂进口，所述炉外脱硫剂进口通过炉外脱硫剂给料器与炉外脱硫剂储仓相连，所述喷淋水进口处设有喷水调节阀，所述半干法脱硫塔上部设有塔内温度检测装置；
布袋除尘器，所述布袋除尘器包括塔内烟气进口、净化烟气出口和脱硫产物出口，所述塔内烟气进口与所述半干法脱硫塔的烟气出口相连，所述净化烟气出口处设有第二烟气成分检测装置；
自动控制单元，所述自动控制单元与所述炉内脱硫剂给料器、所述炉内温度检测装置、所述第一烟气成分检测装置、所述炉外脱硫剂给料器、所述喷水调节阀、所述塔内温度检测装置和所述第二烟气成分检测装置相连；
其中，所述自动控制单元适于根据所述炉内温度检测装置、所述第一烟气成分检测装置、所述塔内温度检测装置和所述第二烟气成分检测装置的实际检测数据，并结合包括所述循环流化床锅炉煤质燃料参数、所述循环流化床锅炉的运行负荷、预设的净化烟气品质和预设的半干法脱硫塔工作温度在内的理论数据，实时调节炉内脱硫剂的给料量、炉外脱硫剂的给料量和喷淋水的供给量。
发明人发现，循环流化床锅炉在不同运行负荷下采用的运行方式也不相同，由于循环流化床锅炉使用的煤质燃料经常会发生变化，在先运行阶段或在先使用的煤质燃料不一定适用于在后运行或在后使用的煤质燃料的经济性和低硫排放，且在运行负荷发生变化时也很难在满足烟气排放需求的前提下实现整个系统的经济运行，采用经验运行的方式很难使整个系统始终维持经济性和低硫排放，本发明上述实施例的循环流化床锅炉深度脱硫系统在循环流化床锅炉炉内-炉外脱硫工艺的基础上，通过实时监测炉膛温度、烟气成分(包括O2浓度、CO浓度、SO2浓度)，采用精确运行策略来实时调整循环流化床锅炉炉内脱硫剂(如石灰石)的投入量，控制炉内脱硫的效率和锅炉出口烟气中SO2的排放浓度；同时，采用精确运行策略来实时调整半干法脱硫塔的喷水量、炉外脱硫剂(即塔内脱硫剂，如消石灰)投入量，控制半干法脱硫塔中的脱硫效率和最终排放的净化烟气中的SO2排放浓度，不仅能够提升循环流化床锅炉炉内脱硫和炉外半干法脱硫的整体效率，提升脱硫剂的利用率，还能降低脱硫的运行成本，并适应多变燃料条件和不同运行负荷条件下的经济运行。综上，该系统不仅简单可靠，还能快速适应入炉煤质燃料的变化、大幅降低脱硫剂的整体消耗、提升脱硫效率和效果以及脱硫经济性，始终维持整个系统的低成本运行并满足烟气中SO2浓度的超低排放要求。
另外，根据本发明上述实施例的循环流化床锅炉深度脱硫系统还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述自动控制单元适于采集所述循环流化床锅炉深度脱硫系统运行过程中的历史运行数据，并结合所述理论数据和实时检测数据对炉内脱硫剂给料量、炉外脱硫剂给料量和喷淋水供给量进行修正、优化和调节，其中，所述历史运行数据包括历史检测数据和对应的历史调节参数。
在本发明的一些实施例中，所述自动控制单元适于根据所述历史运行数据和所述理论数据进行模拟并预判在不同煤质燃料参数、不同运行负荷、不同反应温度、不同炉内脱硫剂给料量、不同炉外脱硫剂给料量条件下获得的电除尘烟气成分和净化烟气成分，并基于实时检测数据确定炉内脱硫剂、炉外脱硫剂和喷淋水的最佳用量。
在本发明的一些实施例中，循环流化床锅炉深度脱硫系统还包括脱硫产物储仓，且所述烟道邻近所述电除尘烟气进口的一侧设有脱硫产物进口，所述脱硫产物出口与所述脱硫产物储仓和所述脱硫产物进口相连。
在本发明的一些实施例中，所述炉内温度检测装置和所述塔内温度检测装置分别独立地为温度传感器或热电偶。
在本发明的一些实施例中，所述炉内脱硫剂给料器和所述炉外脱硫剂给料器分别独立地为星型给料器或旋转式给料器。
根据本发明的再一个方面，本发明提出了一种利用上述循环流化床锅炉深度脱硫系统进行深度脱硫的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：
(1)利用炉内脱硫剂给料器向循环流化床锅炉炉膛内供给炉内脱硫剂进行炉内脱硫处理，并利用炉内温度检测装置检测所述循环流化床锅炉炉膛内的温度；
(2)利用电除尘器对所述循环流化床锅炉排出的烟气进行电除尘处理，并利用第一烟气成分检测装置检测电除尘处理得到的电除尘烟气成分；
(3)通过烟道将所述电除尘烟气供给至半干法脱硫塔内，利用喷水调节阀向所述半干法脱硫塔内供给喷淋水调节塔内温度，利用炉外脱硫剂给料器向所述半干法脱硫塔内供给炉外脱硫剂进行炉外脱硫处理，并利用塔内温度检测装置检测所述半干法脱硫塔内的温度；
(4)利用布袋除尘器对所述半干法脱硫塔排出的烟气进行袋式除尘处理，并利用第二烟气成分检测装置检测电除尘处理得到的电除尘烟气成分，得到合格的净化烟气，
其中，利用自动控制单元根据所述炉内温度检测装置、所述第一烟气成分检测装置、所述塔内温度检测装置和所述第二烟气成分检测装置的实际检测数据，并结合包括所述循环流化床锅炉煤质燃料参数、所述循环流化床锅炉的运行负荷、预设的净化烟气品质和预设的半干法脱硫塔工作温度在内的理论数据，实时调节炉内脱硫剂的给料量、炉外脱硫剂的给料量和喷淋水的供给量。
本发明上述实施例的进行深度脱硫的方法不仅能够提升循环流化床锅炉炉内脱硫和炉外半干法脱硫的整体效率，提升脱硫剂的利用率，还能降低脱硫的运行成本，并适应多变燃料条件和不同运行负荷条件下的经济运行。具有简单可靠，能快速适应入炉煤质燃料的变化、大幅降低脱硫剂的整体消耗、提升脱硫效率和效果以及脱硫经济性，始终维持整个系统的低成本运行并满足烟气中SO2浓度的超低排放要求的优点。
在本发明的一些实施例中，所述循环流化床锅炉炉膛内的温度为850～900℃，所述半干法脱硫塔内的温度为70～80℃。
在本发明的一些实施例中，所述净化烟气中SO2的浓度为10～20mg/m3。
在本发明的一些实施例中，所述电除尘烟气中SO2的浓度为所述循环流化床锅炉输出的烟气中SO2理论浓度的0.85～1.15倍。
在本发明的一些实施例中，采集所述循环流化床锅炉深度脱硫系统运行过程中的历史运行数据，并结合理论数据和实时检测数据对炉内脱硫剂给料量、炉外脱硫剂给料量和喷淋水供给量进行修正、优化和调节。
在本发明的一些实施例中，根据所述历史运行数据和所述理论数据进行模拟并预判在不同煤质燃料参数、不同运行负荷、不同反应温度、不同炉内脱硫剂给料量、不同炉外脱硫剂给料量条件下获得的电除尘烟气成分和净化烟气成分，并基于实时检测数据确定炉内脱硫剂、炉外脱硫剂和喷淋水的最佳用量。
在本发明的一些实施例中，将所述半干法脱硫塔输出的脱硫产物的一部分返回至所述半干法脱硫塔。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的循环流化床锅炉深度脱硫系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“相连”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“上”、“上部”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“下”、“下部”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种循环流化床锅炉深度脱硫系统。根据本发明的实施例，参考图1所述，该系统包括依次连接的循环流化床锅炉、电除尘器3、半干法脱硫塔5和布袋除尘器6，以及自动控制单元9。其中，通过自控控制单元可以实时监测系统运行过程中的温度条件及烟气中的SO2等烟气成分，自动调整炉内脱硫剂的给料量、尾部半干法脱硫塔的喷水量和脱硫剂给料量，达到快速适应入炉煤质燃料的变化、大幅降低脱硫剂的整体消耗、提升脱硫效率及效果和脱硫经济性的目的。下面结合图1对本发明上述实施例的循环流化床锅炉深度脱硫系统进行详细描述。
根据本发明的实施例，结合图1理解，循环流化床锅炉包括炉膛1，炉膛1下部设有炉内脱硫剂进口，炉内脱硫剂进口通过炉内脱硫剂给料器10与炉内脱硫剂储仓2相连，炉膛1上部设有炉内温度检测装置11。其中，炉内温度检测装置11适于实时监测炉膛1内的温度，炉内脱硫剂给料器10适于控制供给至炉膛1内的脱硫剂给料量；循环流化床锅炉还可以进一步包括旋风分离装置1-1和换热装置1-2，旋风分离装置1-1对炉膛1的燃烧烟气进行气固分离，分离后的烟气经换热装置1-2换热后供给至电除尘器3进行电除尘处理。另外，炉内脱硫剂储仓2可以为石灰石储仓，炉内脱硫剂给料器10的进口可与炉内脱硫剂储仓2底部连接，炉内脱硫剂给料器10的出口与循环流化床锅炉的炉膛1连接。根据本发明实施例，煤质燃料在循环流化床锅炉的炉膛1中燃烧，炉内脱硫剂储仓2内存有用于炉内脱硫的脱硫剂(如石灰石)，通过炉内脱硫剂给料器10调节进入炉膛1内的脱硫剂(如石灰石)投入量，燃烧烟气经换热后排出循环流化床锅炉进行后续电除尘和半干法脱硫。进一步地，炉内脱硫剂给料器10可以为星型给料器或旋转式给料器，其中，旋转式给料器的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择，例如可以为螺旋式、滚筒式、叶轮式、圆盘式或振动式的给料器，发明人发现，炉内脱硫剂通常具有一定的粘性，如石灰石，本发明中通过选用上述类型的给料器并控制给料器的转速更有利于实现炉内脱硫剂储仓2中脱硫剂的顺利下料。进一步地，炉内温度检测装置11的类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以为温度传感器或热电偶等。需要说明的是，本发明中选用的炉内脱硫剂给料器10和炉内温度检测装置11应能满足与自动控制单元9的电连接。
根据本发明的实施例，电除尘器3包括炉内烟气进口和电除尘烟气出口，炉内烟气进口与循环流化床锅炉的烟气出口相连，电除尘烟气出口处设有第一烟气成分检测装置12，其中，电除尘器3适于对循环流化床锅炉产生的烟气进行电除尘，并利用第一烟气成分检测装置12检测电除尘后得到烟气成分，具体可以检测电除尘烟气中的O2浓度、CO浓度和SO2浓度等。
根据本发明的实施例，半干法脱硫塔5的下部设有电除尘烟气进口和喷淋水进口，电除尘烟气进口通过烟道18与电除尘烟气出口相连，烟道18邻近电除尘烟气进口的一侧设有炉外脱硫剂进口，炉外脱硫剂进口通过炉外脱硫剂给料器13与炉外脱硫剂储仓4相连，喷淋水进口处设有喷水调节阀14，半干法脱硫塔5上部设有塔内温度检测装置15。其中，半干法脱硫塔5适于进行炉外脱硫，塔内温度检测装置15适于实时监测半干法脱硫塔5内的温度，炉外脱硫剂给料器13适于控制供给至半干法脱硫塔5内的脱硫剂给料量，喷水调节阀14适于调节喷入半干法脱硫塔5内的喷淋水用量来降低电除尘烟气的温度，进而调节半干法脱硫塔5内的温度；另外，第一烟气成分检测装置12可以设在烟道18上并布置在邻近电除尘出口的位置。发明人发现，循环流化床锅炉可以采用炉内直接投入石灰石的方式进行炉内脱硫，但是随着SO2排放要求的日益严格，仅仅依靠炉内脱硫并不能稳定的实现最终烟气中SO2的排放浓度低于35mg/m3的超低排放要求，必须要辅助额外的炉外脱硫措施。循环流化床锅炉采用炉内-炉外耦合的深度脱硫系统可以充分利用循环流化床燃烧的特点，而循环流化床锅炉采用的炉内-炉外耦合深度脱硫技术中，都必须要采用炉外烟气脱硫技术，湿法脱硫工艺具有脱硫效率高、煤中含硫量适应性强、脱硫剂消耗成本低等突出优点，但也存在系统复杂、投资及运行成本高等缺点，而本发明中采用半干法脱硫塔进行半干法脱硫的工艺具有系统简单、占地面积较小、运行成本低、可协同脱除SO3和重金属等技术特点，且半干法技术可以很好的结合循环流化床锅炉炉内脱硫的优势，进一步利用炉内未完全反应的石灰石，从而提高脱硫效率和石灰石利用率。由此，选择本发明中大型的循环流化床锅炉炉内脱硫结合尾部半干法脱硫的深度脱硫工艺路线，采用炉内脱硫在燃烧过程中脱除一部分产生的SO2，另外在炉外辅助半干法脱硫的方式，不仅可以很好的提升锅炉的深度脱硫能力，实现最终的烟气中SO2浓度满足超低排放要求，还能降低脱硫剂的消耗成本，同时整个系统相对简单可靠。
进一步地，炉外脱硫剂储仓4可以为消石灰储仓，炉外脱硫剂给料器13的进口可以与炉外脱硫剂储仓4底部连接，炉外脱硫剂给料器13的出口与烟道18连接，利用电除尘烟气将炉外脱硫剂送入半干法脱硫塔5内进行炉外脱硫。另外，炉外脱硫剂给料器13可以为星型给料器或旋转式给料器，其中，旋转式给料器的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择，例如可以为螺旋式、滚筒式、叶轮式、圆盘式或振动式的给料器，本发明中通过选用上述类型的炉外给料器更有利于实现炉外脱硫剂储仓4中脱硫剂的顺利下料。进一步地，塔内温度检测装置15的类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以为温度传感器或热电偶等。需要说明的是，本发明中选用的炉外脱硫剂给料器13和塔内温度检测装置15应能满足与自动控制单元9的电连接。
根据本发明的实施例，布袋除尘器6包括塔内烟气进口、净化烟气出口和脱硫产物出口，塔内烟气进口与半干法脱硫塔5的烟气出口相连，净化烟气出口处设有第二烟气成分检测装置17。其中，布袋除尘器6适于对半干法脱硫塔5输出的烟气进行布袋除尘，并利用第二烟气成分检测装置17检测布袋除尘后得到的净化烟气的成分，具体可以检测布袋除尘烟气中的O2浓度、CO浓度和SO2浓度等，净化烟气出口可以通过引风机16与烟囱8相连，以便将净化烟气送入烟囱8排入大气。进一步地，循环流化床锅炉深度脱硫系统还可以进一步包括脱硫产物储仓7，且烟道18邻近电除尘烟气进口的一侧还可以设有脱硫产物进口，脱硫产物出口可以同时与脱硫产物储仓4和脱硫产物进口相连，即可以使一部分的脱硫产物储存于脱硫产物储仓4中，将另一部分脱硫产物回用于半干法脱硫塔5内，具体可以通过电除尘烟气将另一部分的脱硫产物送入半干法脱硫塔5内，由此不仅可以增加塔内的气流扰动，延长炉外脱硫剂与电除尘烟气的接触时间，提高炉外脱硫效果及效果，还可以使脱硫产物中未完全参与脱硫反应的部分继续与含硫气体反应，达到进一步提高炉外脱硫剂利用率的效果。
根据本发明的实施例，自动控制单元9与炉内脱硫剂给料器10、炉内温度检测装置11、第一烟气成分检测装置12、炉外脱硫剂给料器13、喷水调节阀4、塔内温度检测装置15和第二烟气成分检测装置17相连。其中，自动控制单元9适于根据炉内温度检测装置11、第一烟气成分检测装置12、塔内温度检测装置15和第二烟气成分检测装置17的实际检测数据，并结合包括循环流化床锅炉煤质燃料参数、循环流化床锅炉的运行负荷、预设的净化烟气品质和预设的半干法脱硫塔工作温度在内的理论数据，实时调节炉内脱硫剂的给料量、炉外脱硫剂的给料量和喷淋水的供给量。由此，可以实时监控循环流化床锅炉内的温度及其排出的烟气成分，以及半干法脱硫塔内的温度及炉外脱硫后的烟气成分等，进而能够根据煤质燃料参数、系统运行负荷等实际情况实时调节脱硫剂及喷淋水的用量，实现多变燃料条件和不同运行负荷条件下整个系统的低成本运行和烟气中SO2浓度的超低排放。
根据本发明的实施例，自动控制单元9还适于采集循环流化床锅炉深度脱硫系统运行过程中的历史运行数据，并结合理论数据和实时检测数据对炉内脱硫剂给料量、炉外脱硫剂给料量和喷淋水供给量进行修正、优化和调节，其中，历史运行数据包括历史检测数据和对应的历史调节参数，由此更有利于实现系统的低成本脱硫和超低硫排放。进一步地，自动控制单元9还适于根据历史运行数据和理论数据进行模拟并预判在不同煤质燃料参数、不同运行负荷、不同反应温度、不同炉内脱硫剂给料量、不同炉外脱硫剂给料量条件下获得的电除尘烟气成分和净化烟气成分，并基于实时检测数据确定炉内脱硫剂、炉外脱硫剂和喷淋水的最佳用量。其中，该最佳用量可以以系统脱硫成本最低和烟气中SO2浓度的超低排放为基准原则进行选择，在实际操作过程中，可以预设要获得的净化烟气中SO2浓度在某一可允许排放的范围内，如可以不高于35mg/m3，优选为10～20mg/m3，并严格控制半干法脱硫塔的工作温度为70～80℃，同时结合煤质燃料参数、循环流化床锅炉的运行负荷等理论数据、实际检测数据和历史运行数据，分析最佳的炉内和炉外脱硫的配比，调节在不同运行参数下炉内脱硫剂、炉外脱硫剂和喷淋水的最佳用量，以满足上述基准原则的要求。
根据本发明的实施例，本发明中的循环流化床锅炉深度脱硫系统通过自动控制单元采集系统运行数据，并结合(煤质燃料参数、锅炉运行负荷等)理论数据，由自动控制单元发出相应指令，调节炉内脱硫剂给料器、炉外脱硫剂给料器、喷水调节阀按一定的策略进行运行，从而分别调节炉内和炉外脱硫的程度，将炉内和炉外脱硫的过程耦合起来，优化炉内-炉外组合式脱硫的过程。其中，以石灰石作为炉内脱硫剂，消石灰作为炉外脱硫剂，本发明中循环流化床锅炉深度脱硫系统的工作方式可以包括：
煤质燃料在循环流化床锅炉炉膛1中燃烧，炉内脱硫剂储仓2内存有用于炉内脱硫的脱硫剂石灰石，通过炉内脱硫剂给料器10调节进入炉内的石灰石投入量，循环流化床锅炉排出的烟气进入电除尘器3脱除烟气中大部分的烟尘，随后烟气进入半干法脱硫塔5进行炉外脱硫，炉外脱硫剂储仓4内存有用于半干法脱硫的脱硫剂消石灰，通过炉外脱硫剂给料器13调节进入半干法脱硫塔5内的消石灰投入量，进而调节炉外脱硫的程度，炉外脱硫后的烟气进入布袋除尘器6进一步的除尘，最后洁净的烟气由引风机16送入烟囱8排入大气，脱硫产物从布袋除尘器6进入脱硫产物储仓7收集。自动控制单元9通过炉内温度检测装置11采集循环流化床锅炉炉膛1的燃烧温度，通过第一烟气成分检测装置12采集电除尘器3排出的烟气成分，通过塔内温度检测装置15采集半干法脱硫塔5内的反应温度，通过第二烟气成分检测装置17采集进入烟囱前的净化烟气的烟气成分。自动控制单元9通过第一烟气成分检测装置12获得的电除尘烟气成分数据和炉内温度检测装置11获得的炉膛1的燃烧温度，以及系统外部数据的输入(包括煤质燃料参数和循环流化床锅炉的运行负荷)，综合分析得出炉内脱硫的程度；同时，自动控制单元9通过第二烟气成分检测装置17获得的净化烟气成分数据和塔内温度检测装置15获得的塔内反应温度，以及系统外部数据的输入(包括煤质燃料参数和循环流化床锅炉的运行负荷)，综合分析得出炉外脱硫的程度。此外，自动控制单元9基于获得的运行参数分析最佳的炉内和炉外脱硫的配比，通过控制调节炉内脱硫剂给料器10调节进入炉内的石灰石投入量，通过控制调节炉外脱硫剂给料器13调节进入半干法脱硫塔5的消石灰投入量，进而调节炉外脱硫的程度。
综上所述，本发明上述实施例的循环流化床锅炉深度脱硫系统在循环流化床锅炉炉内-炉外脱硫工艺的基础上，通过实时监测炉膛温度、烟气成分(包括O2浓度、CO浓度、SO2浓度)，采用精确运行策略来实时调整循环流化床锅炉炉内脱硫剂(如石灰石)的投入量，控制炉内脱硫的效率和锅炉出口烟气中SO2的排放浓度；同时，采用精确运行策略来实时调整半干法脱硫塔的喷水量、炉外脱硫剂(即塔内脱硫剂，如消石灰)投入量，控制半干法脱硫塔中的脱硫效率和最终排放的净化烟气中的SO2排放浓度，不仅能够提升循环流化床锅炉炉内脱硫和炉外半干法脱硫的整体效率，提升脱硫剂的利用率，还能降低脱硫的运行成本，并适应多变燃料条件和不同运行负荷条件下的经济运行。综上，该系统不仅简单可靠，还能快速适应入炉煤质燃料的变化、大幅降低脱硫剂的整体消耗、提升脱硫效率和效果以及脱硫经济性，始终维持整个系统的低成本运行并满足烟气中SO2浓度的超低排放要求。
根据本发明的再一个方面，本发明提出了一种利用上述循环流化床锅炉深度脱硫系统进行深度脱硫的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：
(1)利用炉内脱硫剂给料器10向循环流化床锅炉炉膛1内供给炉内脱硫剂进行炉内脱硫处理，并利用炉内温度检测装置11检测循环流化床锅炉炉膛1内的温度
根据本发明的实施例，炉内脱硫剂可选择为石灰石，向循环流化床锅炉炉膛1内供给炉内脱硫剂后，炉内脱硫过程如下：循环流化床锅炉炉膛一般处在850～900℃的工作温度下，在此温度下石灰石可充分发生焙烧反应，使碳酸钙分解为氧化钙，氧化钙与煤燃烧产生的二氧化硫进行盐化反应，生成硫酸钙，以固体形式排出达到脱硫的目的。炉内脱硫的主要反应方程式：
CaCO3＝CaO+CO2
CaO+SO2+1/2O2＝CaSO4，
循环流化床锅炉可实现炉内高效廉价脱硫，其中，可以通过调节炉内脱硫剂给料器的转速来调节石灰石的给料量，进而调节炉内脱硫的程度。
(2)利用电除尘器3对循环流化床锅炉排出的烟气进行电除尘处理，并利用第一烟气成分检测装置12检测电除尘处理得到的电除尘烟气成分
其中，可以预设最终得到的净化烟气中SO2浓度为10～20mg/m3，由此可以进一步确保硫的超低排放，其中，该净化烟气中SO2浓度可以作为炉内脱硫和炉外脱硫分配的一个影响因子，结合半干法脱硫塔的工作温度及其它理论数据和运行数据，分配炉内脱硫的份额，控制炉内脱硫程度并获得预期硫浓度范围的电除尘烟气成分。其中，第一烟气成分检测装置测得的电除尘烟气中SO2浓度与循环流化床锅炉输出的烟气中SO2的理论浓度具有如下关系：
其中，
为循环流化床锅炉输出的烟气中SO2的理论控制浓度，mg/m3；
为第一烟气成分检测装置测得的电除尘烟气中SO2的实际测量浓度，mg/m3；β为煤质燃料中S元素向SO2转化的比例；Sar为煤质燃料中收到基的S含量，％；Qar.net为燃料的收到基低位发热量，MJ/kg。需要说明的是，循环流化床锅炉输出的烟气中SO2的理论浓度为理论推荐的SO2的浓度，即期望使循环流化床锅炉产生的烟气经炉内脱硫后得到的SO2的浓度值，实际测得的电除尘烟气中SO2的浓度相对于该预设浓度的浮动范围为±15％。另外，第一烟气成分检测装置测得的电除尘烟气中SO2浓度可以为循环流化床锅炉产生的原始烟气(未进行炉内脱硫)中SO2浓度的0.15～0.5倍。
(3)通过烟道18将电除尘烟气供给至半干法脱硫塔5内，利用喷水调节阀14向半干法脱硫塔5内供给喷淋水调节塔内温度，利用炉外脱硫剂给料器13向半干法脱硫塔5内供给炉外脱硫剂进行炉外脱硫处理，并利用塔内温度检测装置15检测半干法脱硫塔内的温度
根据本发明的实施例，可以调节半干法脱硫塔5内的温度为70～80℃，由此可以进一步保证炉外脱硫的效率及效果。半干法脱硫通过物料在脱硫塔内的内循环和高倍率的外循环，使炉外脱硫剂在吸收塔中发生化学反应后，形成的固态粉末飘散在烟气中，这种气-固混合烟气经脱硫塔顶部出口侧向排出后进入到袋式除尘设备进行除尘处理，最后净化后的烟气通过锅炉风机进入到烟囱排放出去，经袋式除尘设备捕捉下来的固态颗粒，通过再循环系统重新返回到脱硫塔内继续参加化学反应，从而进入反复循环流程。其中炉外脱硫剂可选择为消石灰，半干法脱硫的主要反应方程式为：
Ca(OH)2+SO2＝CaSO3+1/2H2O
Ca(OH)2+SO3+H2O＝CaSO4+2H2O
Ca(OH)2+SO2+1/2O2＝CaSO4+H2O。
其中，可以通过调节炉外脱硫剂给料器的转速来调节消石灰石的给料量，进而调节炉外脱硫的程度。
(4)利用布袋除尘器6对半干法脱硫塔5排出的烟气进行袋式除尘处理，并利用第二烟气成分检测装置17检测电除尘处理得到的电除尘烟气成分，得到合格的净化烟气
根据本发明的实施例，可以预设合格净化烟气中SO2浓度为10～20mg/m3，通过结合实际检测到的净化烟气中的SO2浓度来进一步调节炉内脱硫和炉外脱硫的分配及程度，进而确保最终排放的烟气中SO2浓度不大于35mg/m3。另外，可以将布袋除尘器捕捉下来的固态颗粒(即脱硫产物)部分返回至半干法脱硫塔内进一步循环使用，由此不仅可以增加半干法脱硫塔内的气流扰动，延长炉外脱硫剂与电除尘烟气的接触时间，提高炉外脱硫效果，还可以使脱硫产物中未完全参与脱硫反应的部分(如CaSO3)继续与含硫气体反应，达到进一步提高炉外脱硫剂利用率的效果。
根据本发明的实施例，本发明中利用自动控制单元9根据炉内温度检测装置11、第一烟气成分检测装置12、塔内温度检测装置15和第二烟气成分检测装置17的实际检测数据，并结合包括循环流化床锅炉煤质燃料参数、循环流化床锅炉的运行负荷、预设的净化烟气品质和预设的半干法脱硫塔工作温度在内的理论数据，实时调节炉内脱硫剂的给料量、炉外脱硫剂的给料量和喷淋水的供给量。进一步地，自动控制单元9可以采集循环流化床锅炉深度脱硫系统运行过程中的历史运行数据，并结合理论数据和实时检测数据对炉内脱硫剂给料量、炉外脱硫剂给料量和喷淋水供给量进行修正、优化和调节。更进一步地，自动控制单元9还可以根据历史运行数据和理论数据进行模拟并预判在不同煤质燃料参数、不同运行负荷、不同反应温度、不同炉内脱硫剂给料量、不同炉外脱硫剂给料量条件下获得的电除尘烟气成分和净化烟气成分，并基于实时检测数据确定炉内脱硫剂、炉外脱硫剂和喷淋水的最佳用量，由此更有利于使整个系统始终维持低成本运行并满足烟气中SO2浓度的超低排放。
综上所述，本发明上述实施例的进行深度脱硫的方法不仅能够提升循环流化床锅炉炉内脱硫和炉外半干法脱硫的整体效率，提升脱硫剂的利用率，还能降低脱硫的运行成本，并适应多变燃料条件和不同运行负荷条件下的经济运行。具有简单可靠，能快速适应入炉煤质燃料的变化、大幅降低脱硫剂的整体消耗、提升脱硫效率和效果以及脱硫经济性，始终维持整个系统的低成本运行并满足烟气中SO2浓度的超低排放要求的优点。需要说明的是，针对上述循环流化床锅炉深度脱硫系统所描述的特征及效果同样适用于该进行深度脱硫的方法，此处不再一一赘述。需要说明的是，本发明中循环流化床锅炉深度脱硫系统和采用该系统进行深度脱硫的方法不仅适用于整个系统在正常工作状态下的脱硫控制，也适用于在非正常工作状态下的脱硫使用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种循环流化床锅炉深度脱硫系统，其特征在于，包括：
循环流化床锅炉，所述循环流化床锅炉包括炉膛，所述炉膛下部设有炉内脱硫剂进口，所述炉内脱硫剂进口通过炉内脱硫剂给料器与炉内脱硫剂储仓相连，所述炉膛上部设有炉内温度检测装置；
电除尘器，所述电除尘器包括炉内烟气进口和电除尘烟气出口，所述炉内烟气进口与所述循环流化床锅炉的烟气出口相连，所述电除尘烟气出口处设有第一烟气成分检测装置；
半干法脱硫塔，所述半干法脱硫塔的下部设有电除尘烟气进口和喷淋水进口，所述电除尘烟气进口通过烟道与所述电除尘烟气出口相连，所述烟道邻近所述电除尘烟气进口的一侧设有炉外脱硫剂进口，所述炉外脱硫剂进口通过炉外脱硫剂给料器与炉外脱硫剂储仓相连，所述喷淋水进口处设有喷水调节阀，所述半干法脱硫塔上部设有塔内温度检测装置；
布袋除尘器，所述布袋除尘器包括塔内烟气进口、净化烟气出口和脱硫产物出口，所述塔内烟气进口与所述半干法脱硫塔的烟气出口相连，所述净化烟气出口处设有第二烟气成分检测装置；
自动控制单元，所述自动控制单元与所述炉内脱硫剂给料器、所述炉内温度检测装置、所述第一烟气成分检测装置、所述炉外脱硫剂给料器、所述喷水调节阀、所述塔内温度检测装置和所述第二烟气成分检测装置相连；
其中，所述自动控制单元适于根据所述炉内温度检测装置、所述第一烟气成分检测装置、所述塔内温度检测装置和所述第二烟气成分检测装置的实际检测数据，并结合包括所述循环流化床锅炉煤质燃料参数、所述循环流化床锅炉的运行负荷、预设的净化烟气品质和预设的半干法脱硫塔工作温度在内的理论数据，实时调节炉内脱硫剂的给料量、炉外脱硫剂的给料量和喷淋水的供给量。
2.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉深度脱硫系统，其特征在于，所述自动控制单元适于采集所述循环流化床锅炉深度脱硫系统运行过程中的历史运行数据，并结合所述理论数据和实时检测数据对炉内脱硫剂给料量、炉外脱硫剂给料量和喷淋水供给量进行修正、优化和调节，其中，所述历史运行数据包括历史检测数据和对应的历史调节参数。
3.根据权利要求2所述的循环流化床锅炉深度脱硫系统，其特征在于，所述自动控制单元适于根据所述历史运行数据和所述理论数据进行模拟并预判在不同煤质燃料参数、不同运行负荷、不同反应温度、不同炉内脱硫剂给料量、不同炉外脱硫剂给料量条件下获得的电除尘烟气成分和净化烟气成分，并基于实时检测数据确定炉内脱硫剂、炉外脱硫剂和喷淋水的最佳用量。
4.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉深度脱硫系统，其特征在于，还包括脱硫产物储仓，且所述烟道邻近所述电除尘烟气进口的一侧设有脱硫产物进口，所述脱硫产物出口与所述脱硫产物储仓和所述脱硫产物进口相连。
5.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉深度脱硫系统，其特征在于，所述炉内温度检测装置和所述塔内温度检测装置分别独立地为温度传感器或热电偶。
6.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉深度脱硫系统，其特征在于，所述炉内脱硫剂给料器和所述炉外脱硫剂给料器分别独立地为星型给料器或旋转式给料器。
7.一种采用权利要求1～6中任一项所述的循环流化床锅炉深度脱硫系统进行深度脱硫的方法，其特征在于，包括：
(1)向循环流化床锅炉炉膛内供给炉内脱硫剂进行炉内脱硫处理，并利用炉内温度检测装置检测所述循环流化床锅炉炉膛内的温度；
(2)利用电除尘器对所述循环流化床锅炉排出的烟气进行电除尘处理，并利用第一烟气成分检测装置检测电除尘处理得到的电除尘烟气成分；
(3)通过烟道将所述电除尘烟气供给至半干法脱硫塔内，利用喷水调节阀向所述半干法脱硫塔内供给喷淋水调节塔内温度，利用炉外脱硫剂给料器向所述半干法脱硫塔内供给炉外脱硫剂进行炉外脱硫处理，并利用塔内温度检测装置检测所述半干法脱硫塔内的温度；
(4)利用布袋除尘器对所述半干法脱硫塔排出的烟气进行袋式除尘处理，并利用第二烟气成分检测装置检测电除尘处理得到的电除尘烟气成分，得到合格的净化烟气，
其中，利用自动控制单元根据所述炉内温度检测装置、所述第一烟气成分检测装置、所述塔内温度检测装置和所述第二烟气成分检测装置的实际检测数据，并结合包括所述循环流化床锅炉煤质燃料参数、所述循环流化床锅炉的运行负荷、预设的净化烟气品质和预设的半干法脱硫塔工作温度在内的理论数据，实时调节炉内脱硫剂的给料量、炉外脱硫剂的给料量和喷淋水的供给量。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述循环流化床锅炉炉膛内的温度为850～900℃，所述半干法脱硫塔内的温度为70～80℃。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述净化烟气中SO2的浓度为10～20mg/m3，
任选地，所述电除尘烟气中SO2的浓度为所述循环流化床锅炉输出的烟气中SO2理论浓度的0.85～1.15倍。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的方法，其特征在于，采集所述循环流化床锅炉深度脱硫系统运行过程中的历史运行数据，并结合理论数据和实时检测数据对炉内脱硫剂给料量、炉外脱硫剂给料量和喷淋水供给量进行修正、优化和调节，
任选地，根据所述历史运行数据和所述理论数据进行模拟并预判在不同煤质燃料参数、不同运行负荷、不同反应温度、不同炉内脱硫剂给料量、不同炉外脱硫剂给料量条件下获得的电除尘烟气成分和净化烟气成分，并基于实时检测数据确定炉内脱硫剂、炉外脱硫剂和喷淋水的最佳用量，
任选地，将所述半干法脱硫塔输出的脱硫产物的一部分返回至所述半干法脱硫塔。
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