CN115608125A - 一种通过氯离子在线监测调控脱硫废水排放方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过氯离子在线监测调控脱硫废水排放方法，包括：基于电厂DCS系统监测在线数据及脱硫系统石灰石耗量、石膏产量、石膏含氯量、蒸发水量相关经验值，计算出脱硫浆液氯离子浓度与脱硫废水水量的对应关系曲线；根据关系曲线与氯离子浓度预设值判断出电厂脱硫废水处理的废水排放量；电厂DCS系统中设有氯离子在线监测仪器，本发明还公开了一种通过氯离子在线监测调控脱硫废水排放系统，基于脱硫系统氯离子浓度控制的脱硫废水排放减量优化方法能实现脱硫系统浆液品质改善、吸收塔氯离子控制稳定、设备腐蚀大大减轻、石膏含氯量稳定符合标准、脱硫废水排放减量且可随电厂废水消纳能力变化而调整。

Description

一种通过氯离子在线监测调控脱硫废水排放方法及系统

技术领域

本发明涉及一种通过氯离子在线监测调控脱硫废水排放方法及系统，属于湿法脱硫技术领域。

背景技术

燃煤电厂脱硫采用石灰石-石膏湿法脱硫。湿法脱硫在实现脱硫的过程中，同样需要兼顾氯离子控制、吸收塔水平衡的问题。煤炭中含有的一部分氯，在燃煤电厂烧煤过程中这部分氯99％进入烟气，而后在烟气流经脱硫系统时几乎全部进入脱硫浆液。除此之外，脱硫系统氯的来源还有石灰石和工艺补充水。浆液在循环泵的作用下在吸收塔内打循环不断发生吸收过程，期间浆液密度增加。当浆液密度增长到一定量时，浆液排出泵开始运行，把一定量浆液输送到石膏旋流器中，经过石膏旋流器分离，含固量较低的浆液为顶流，继而进入回用水箱；旋流器的底流进入真空皮带机分离出一定含水量的脱硫石膏，一部分含固量大的滤液返回塔内，其余滤液均进入回用水箱储存，按需与石灰石粉配置为石灰石浆液，回用水箱部分水进入废水旋流器，经分离后底流返回吸收塔，顶流即为脱硫废水。

当浆液密度减少到一定量时，浆液排出泵停止运行，脱硫系统停止产生脱硫废水和石膏，此时，除雾器冲洗水与原烟气携带水不断输入吸收塔，大量蒸发水输出吸收塔。由于回用水箱的储存量有限，当回用水箱储水量不足时，需要用工艺水配置石灰石浆液。浆液排出泵运行阶段，虽然吸收塔中的浆液在石膏旋流器、废水旋流器、真空皮带机等设备中经过复杂的循环，但吸收塔以外输出脱硫系统的氯离子只有脱硫石膏和废水两条路径，其余氯离子均返回吸收塔；而浆液排出泵停运阶段，氯离子则在吸收塔中不断富集。

对湿法脱硫工艺流程中吸收塔氯平衡进行分析不难发现氯平衡是与水平衡分不开的。氯离子的迁移不光伴随着工艺水、石灰石浆液、石膏浆液的加入/排出吸收塔过程，还伴随着为降低石膏中氯离子含量而进行的冲洗滤饼等过程。由于脱硫系统水的循环使用，以及脱硫浆液对烟气中氯离子的持续吸收，氯离子在吸收塔浆液中逐渐富集，当吸收塔内脱硫浆液中的氯离子达到一定浓度，就需要进行脱硫废水的排放，以降低脱硫系统中氯离子浓度。

脱硫系统要排浆，补浆，水会蒸发，也有不小的补水量，为了维持吸收塔浆液液位稳定，相应的也要排出一定量的水，再加上氯离子在吸收塔浆液富集，出于湿法脱硫工艺性能和防腐材料的考虑，也需要向系统外排放一定量的废水，以限制工艺浆液中的Cl-浓度。确定废水排放量的方法是根据FGD系统要控制的杂质浓度来计算废水排放量。另外，不考虑杂质浓度，根据系统的水平衡，按照需要排出的过剩水量来确定废水排放量。最后取两者较大的作为废水排放量。

对氯化物浓度的不同控制、吸收塔性能对氯化物浓度的敏感程度以及是否对耗水量(或废水排放量)提出了严格的设计要求等因素，可能造成废水排放量相差很大。例如某热电厂3号、4号机组的FGD系统(2炉1塔、喷淋塔)，设计煤含硫1.04％、含氯0.035％，处理烟量90000m3/h(W)，控制浆液Cl-浓度<20000×10-6(20g/L)，设计排往废水处理系统的废水仅1.9m3/h。而某电厂3号、4号机组的FGD系统(1炉1塔)，设计煤含硫4.02％、含氯0.035％，单塔处理烟量915000m2/h,由于Cl-浓度控制得较低，<1000×10-6(1g/L)，对废水排放量未提出要求，因此设计废水排放量高达71.6m3/h(该FGD系统未设计废水处理装置)。由此可以看出，脱硫废水的水量与脱硫浆液中氯离子的质量浓度有关。

如果脱硫浆液的氯离子浓度过高，会引起设备及管道的孔腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀，浓度超过限值后，甚至会阻碍吸收塔的有效运行和减少使用寿命，还会抑制吸收塔内的物理和化学反应过程，影响SO2吸收，降低脱硫效率；由于氯离子的存在会抑制石灰石的溶解，所以石灰石消耗量随着氯化物浓度的增大而增大，同时石膏浆液中剩余的石灰石增大，使脱硫效率降低，还会造成后续石膏脱水困难，导致成品石膏中含水量增大，影响石膏品质，会对脱硫系统的安全稳定和经济运行造成严重影响。

如果脱硫浆液的氯离子浓度过低，为降低吸收塔氯离子含量则排出的废水量就会加大，进而可能导致脱硫废水处理系统庞大，药剂消耗加大，运行成本提高；零排放系统投资和运行费用对处理水量高度敏感，以目前较为常见的分盐技术为例，其投资费用150万/吨水，运行费用100元/吨水，脱硫废水处理成本较高；脱硫废水处理系统的处理能力有限，废水排放量高于处理能力时让人无计可施；脱硫系统水耗增加等一系列问题。

因此，要实时掌握脱硫浆液中氯离子富集程度，进而控制氯离子浓度在合理区间。

但是脱硫系统运行情况复杂，整个湿法脱硫工艺包含多个环节，吸收塔进出的水类型较多水量(液位)存在变化，吸收塔内浆液氯离子浓度本身也存在较大范围的波动，还有就是吸收塔浆液体积较大使得吸收塔氯浓度人为调控有一定难度，电厂依据离线采样化学分析得出的浆液氯浓度再进行采取补水或者排浆来调控浆液氯离子浓度存在滞后更是增加了氯离子控制的不准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过氯离子在线监测调控脱硫废水排放方法及系统，以解决现有技术缺陷。

一种通过氯离子在线监测调控脱硫废水排放方法，包括：

基于电厂DCS系统监测在线数据及脱硫系统石灰石耗量、石膏产量、石膏含氯量、蒸发水量相关经验值，计算出脱硫浆液氯离子浓度与脱硫废水水量的对应关系曲线；

根据关系曲线与氯离子浓度预设值判断出电厂脱硫废水处理的废水排放量；其中电厂DCS系统中设有氯离子在线监测仪器。

进一步地，废水排放量的判断标准包括：

满足废水零排放的脱硫废水排放量上限值对应的脱硫浆液氯离子浓度控制下限值，该下限值对应脱硫浆液排浆时氯离子浓度的控制下限值，开始排浆。

进一步地，废水排放量的判断标准还包括浆液密度未达到排浆要求时：

若脱硫浆液氯离子浓度低于氯离子浓度控制下限值以及脱硫浆液氯离子浓度达到氯离子浓度控制下限值，则不排浆；

若脱硫浆液氯离子浓度达到氯离子浓度控制上限值，则进行排浆，并减少吸收塔高含氯水的回用。

进一步地，所述排浆还包括浆液密度达到排浆要求时：

浆液氯离子浓度未达到氯离子浓度控制下限值，则启动排浆泵，并增加吸收塔高氯水的回用；

脱硫浆液氯离子浓度达到氯离子浓度控制下限值，未达到氯离子浓度控制上限值，则正常启动排浆泵；

脱硫浆液氯离子浓度达到氯离子浓度控制上限值，则启动排浆泵，并在排浆时应减少吸收塔高含氯水的回用。

进一步地，所述氯离子在线监测仪器采用离子选择性电极，安装在脱硫浆液取样管道，实时地获取吸收塔浆液氯离子浓度。

一种通过氯离子在线监测调控脱硫废水排放系统，所述系统包括：

DCS系统，所述DCS系统内设有氯离子在线监测仪器，所述CS系统用于根据监测数据与氯离子浓度预设值范围判读电厂脱硫废水处理的废水排放量。

进一步地，所述DCS系统还用于：根据废水零排放的脱硫废水排放量上限值对应的脱硫浆液氯离子浓度控制下限值，该下限值对应脱硫浆液排浆时氯离子浓度的控制下限值，开始排浆。

进一步地，所述DCS系统还用于判断，

浆液密度未达到排浆要求时：

若脱硫浆液氯离子浓度低于氯离子浓度控制下限值以及脱硫浆液氯离子浓度达到氯离子浓度控制下限值，则不排浆；

若脱硫浆液氯离子浓度达到氯离子浓度控制上限值，则进行排浆，并减少吸收塔高含氯水的回用；

浆液密度达到排浆要求时：

浆液氯离子浓度未达到氯离子浓度控制下限值，则启动排浆泵，并增加吸收塔高氯水的回用；

脱硫浆液氯离子浓度达到氯离子浓度控制下限值，未达到氯离子浓度控制上限值，则正常启动排浆泵；

脱硫浆液氯离子浓度达到氯离子浓度控制上限值，则启动排浆泵，并在排浆时应减少吸收塔高含氯水的回用。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：基于脱硫系统氯离子浓度控制的脱硫废水排放减量优化方法能实现脱硫废水减量和吸收塔氯离子控制优化，实现脱硫系统浆液品质改善、吸收塔氯离子控制稳定、设备腐蚀大大减轻、石膏含氯量稳定符合标准、脱硫废水排放减量且可随电厂废水消纳能力变化而调整。

附图说明

图1是本发明脱硫系统氯平衡示意图；

图2是本发明脱硫废水排放量与脱硫浆液中氯离子概念曲线；

图3是本发明通过氯离子监测数据调控废水排放的控制流程。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1-图3所示，公开了一种通过氯离子在线监测调控脱硫废水排放方法，所述方法包括：基于对脱硫系统氯离子进出及吸收塔氯离子浓度等关键指标的在线监测以调控脱硫浆液氯离子浓度实现脱硫废水排放优化，该方法包括以下步骤：

A、利用电厂DCS系统监测的烟气量、吸收塔液位等在线数据，以及脱硫系统石灰石耗量、石膏产量、石膏含氯量、蒸发水量等相关经验值计算出脱硫浆液氯离子浓度与脱硫废水水量的对应关系曲线；

B、根据关系曲线与氯离子浓度预设值判断出电厂脱硫废水处理的废水排放量，即满足废水零排放的脱硫废水排放量上限值对应的脱硫浆液氯离子浓度控制下限值，给定脱硫浆液氯离子浓度控制下限值，该下限值对应的是脱硫浆液排浆时氯离子浓度的控制下限值，也就是说氯离子浓度达到该值以上才能排浆；其中电厂DCS系统中设有氯离子在线监测仪器。考虑实际控制过程中受到氯离子在线监测仪器性能的限制，在氯离子在线监测数据达到氯离子浓度控制下限3000ppm时，即可考虑排浆。

C、为防止吸收塔脱硫浆液氯离子浓度过高造成危害，设置脱硫浆液氯离子浓度控制上限，也就是说氯离子浓度达到该值以上必须加快排浆，为保证浆液中石灰石利用率和石膏品质达标，依然将浆液密度作为浆液排放的参考指标，再依据吸收塔氯离子浓度监测值控制设备采取系列动作；从减轻吸收塔腐蚀、保证脱硫工艺效率、保证石膏含氯量达标的角度考虑将氯离子浓度上限设置为30000ppm，再考虑实际控制过程中受到氯离子在线监测仪器性能的限制，通常离子的在线监测在离子浓度很高时绝对误差较大，而脱硫系统氯离子控制指标依据在线监测数据，为防止吸收塔氯离子浓度实际值高于30000ppm，将实际控制上限设置为27000ppm。

D，吸收塔脱硫浆液氯离子浓度低于氯离子浓度控制下限值，则浆液继续循环，即不排浆；如果浆液、如果浆液密度未达到排浆要求密度未达排浆要求，吸收塔脱硫浆液氯离子浓度达到氯离子浓度控制下限值，则依然不排浆；若如果浆液密度未达排浆要求，吸收塔脱硫浆液氯离子浓度达到氯离子浓度控制上限，则必须进行排浆，且应减少吸收塔高含氯水的回用，即减少废水旋流器底流水的回用量；

E、如果浆液密度达到排浆要求，吸收塔脱硫浆液氯离子浓度未达到氯离子浓度控制下限值，则启动排浆泵，且增加吸收塔高氯水的回用，即增加废水旋流器底流水的回用量；

F、如果浆液密度达到排浆要求，吸收塔脱硫浆液氯离子浓度达到氯离子浓度控制下限值，未达到氯离子浓度控制上限值，则正常启动排浆泵；

G、如果浆液密度达到排浆要求，吸收塔脱硫浆液氯离子浓度达到氯离子浓度控制上限值，则启动排浆泵，且在排浆时应减少吸收塔高含氯水的回用，即减少废水旋流器底流水的回用量；

针对上述方法，进一步说明：

脱硫浆液排出过程中，虽然吸收塔中的浆液在石膏旋流器、废水旋流器、真空皮带机等设备中经过复杂的循环，但吸收塔以外输出脱硫系统的氯离子只有脱硫石膏和废水两条路径，其余氯离子均返回吸收塔；而浆液循环过程中，氯离子则在吸收塔中富集。图2描述了脱硫系统氯离子进出情况。

根据物料守恒定律，其吸收塔内脱硫系统内的氯含量变化等于进出系统的氯含量差值：

式中，△q为脱硫系统氯离子含量变化量，q_in为入口烟气中氯的质量流量，q_CaCO3为生石灰中氯的质量流量，q_H2O脱硫工艺水中氯的质量流量，q_out为出口烟气中氯的质量流量，一般取0，q_CaSO4为石膏中氯的质量流量，q_f为脱硫废水中氯的质量流量。

进一步，将q_f＝C*V；△q＝C₂*V₂-C₁*V₁；其中C为脱硫废水氯离子浓度，C₁为吸收塔排浆前的浆液氯离子浓度，C₂为吸收塔排浆后的浆液氯离子浓度；代入(1)得

通常情况下浆液氯离子浓度波动不会很大，也就是说C，C₁，C₂比较接近，等式两边同时除以C，容易得到

由模型看出，控制吸收塔氯离子浓度稳定时，脱硫废水排放量与脱硫浆液氯离子浓度成近似反比例函数关系，图3为脱硫废水排放量与脱硫浆液中氯离子浓度控制值的概念曲线。在进出系统氯含量一定，且脱硫系统内氯离子含量不变的情况下，排浆时脱硫浆液中氯离子浓度越高，脱硫废水的排放量越少。

氯离子浓度控制上限从减轻吸收塔腐蚀和保证脱硫工艺效率的角度考虑，从减轻吸收塔腐蚀和保证脱硫工艺效率的角度考虑将氯离子浓度上限控制为30000ppm，再考虑实际控制过程中受到氯离子在线监测仪器性能的限制，通常离子的在线监测在离子浓度很高时绝对误差较大，而脱硫系统氯离子控制指标依据在线监测数据，为防止吸收塔氯离子浓度实际值高于30000ppm，将实际控制上限设置为27000ppm。

氯离子浓度控制下限根据脱硫系统水氯平衡模型进行估计，根据电厂特有数据算出脱硫废水排放量与脱硫浆液氯离子控制浓度的关系曲线后，考虑电厂脱硫废水消纳能力，控制吸收塔排浆时浆液氯离子浓度以满足电厂脱硫废水产生量不超过脱硫废水消纳能力。

排浆动作应在浆液氯浓度高于预设的氯离子浓度控制下限时启动，若在吸收塔浆液氯离子浓度低于该值时排浆，会造成排出的浆液氯离子浓度低，而要排出吸收塔内累积的一定量的氯离子，就会造成排浆量高，进而脱硫废水排放量过高，将氯离子在线监测数据低于氯离子浓度控制下限时，浆液尽可能循环，在氯离子在线监测数据高于于氯离子浓度控制下限时，即可考虑排浆。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种通过氯离子在线监测调控脱硫废水排放方法，其特征在于，包括：

基于电厂DCS系统监测在线数据及脱硫系统石灰石耗量、石膏产量、石膏含氯量、蒸发水量相关经验值，计算出脱硫浆液氯离子浓度与脱硫废水水量的对应关系曲线；

根据关系曲线与氯离子浓度预设值判断出电厂脱硫废水处理的废水排放量；其中电厂DCS系统中设有氯离子在线监测仪器。

2.根据权利要求1所述的通过氯离子在线监测调控脱硫废水排放方法，其特征在于，废水排放量的判断标准包括：

满足废水零排放的脱硫废水排放量上限值对应的脱硫浆液氯离子浓度控制下限值，该下限值对应脱硫浆液排浆时氯离子浓度的控制下限值，开始排浆。

3.根据权利要求2所述的通过氯离子在线监测调控脱硫废水排放方法，其特征在于，废水排放量的判断标准还包括浆液密度未达到排浆要求时：

若脱硫浆液氯离子浓度低于氯离子浓度控制下限值以及脱硫浆液氯离子浓度达到氯离子浓度控制下限值，则不排浆；

若脱硫浆液氯离子浓度达到氯离子浓度控制上限值，则进行排浆，并减少吸收塔高含氯水的回用。

4.根据权利要求2所述的通过氯离子在线监测调控脱硫废水排放方法，其特征在于，所述排浆还包括浆液密度达到排浆要求时：

浆液氯离子浓度未达到氯离子浓度控制下限值，则启动排浆泵，并增加吸收塔高氯水的回用；

脱硫浆液氯离子浓度达到氯离子浓度控制下限值，未达到氯离子浓度控制上限值，则正常启动排浆泵；

脱硫浆液氯离子浓度达到氯离子浓度控制上限值，则启动排浆泵，并在排浆时应减少吸收塔高含氯水的回用。

5.根据权利要求1所述的通过氯离子在线监测调控脱硫废水排放方法，其特征在于，所述氯离子在线监测仪器采用离子选择性电极，安装在脱硫浆液取样管道，实时地获取吸收塔浆液氯离子浓度。

6.一种通过氯离子在线监测调控脱硫废水排放系统，其特征在于，所述系统包括：

DCS系统，所述DCS系统内设有氯离子在线监测仪器，所述CS系统用于根据监测数据与氯离子浓度预设值范围判读电厂脱硫废水处理的废水排放量。

7.根据权利要求6所述的通过氯离子在线监测调控脱硫废水排放系统，其特征在于，所述DCS系统还用于：根据废水零排放的脱硫废水排放量上限值对应的脱硫浆液氯离子浓度控制下限值，该下限值对应脱硫浆液排浆时氯离子浓度的控制下限值，开始排浆。

8.根据权利要求6所述的通过氯离子在线监测调控脱硫废水排放系统，其特征在于，所述DCS系统还用于判断，

浆液密度未达到排浆要求时：

若脱硫浆液氯离子浓度低于氯离子浓度控制下限值以及脱硫浆液氯离子浓度达到氯离子浓度控制下限值，则不排浆；

若脱硫浆液氯离子浓度达到氯离子浓度控制上限值，则进行排浆，并减少吸收塔高含氯水的回用；

浆液密度达到排浆要求时：

浆液氯离子浓度未达到氯离子浓度控制下限值，则启动排浆泵，并增加吸收塔高氯水的回用；

脱硫浆液氯离子浓度达到氯离子浓度控制下限值，未达到氯离子浓度控制上限值，则正常启动排浆泵；

脱硫浆液氯离子浓度达到氯离子浓度控制上限值，则启动排浆泵，并在排浆时应减少吸收塔高含氯水的回用。

Images