CN209968041U - 一种新型的石灰石石膏法脱硫氧化风机调节系统 - Google Patents

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本实用新型涉及一种新型的石灰石石膏法脱硫氧化风机调节系统，主要适用于工频脱硫氧化风机条件下调节氧化风量。它包括吸收塔单元、氧化风机单元以及调节系统单元。其中吸收塔单元包括烟气入口、SO2浓度检测器、喷淋层、除雾器、浆液池、吸收塔旁路循环管道和浆液测量模块，吸收塔的一侧设有烟气入口，所述烟气入口上安装有SO2浓度检测器，吸收塔内自上而下依次布置有除雾器、喷淋层、浆液池，所述浆液池的侧面经吸收塔旁路循环管道连接有浆液测量模块。本实用新型无需配置变频器，还能缓解现有技术中氧化风机在燃煤电厂石灰石石膏法脱硫过程中无法调节氧化风风量的技术问题。

Description

一种新型的石灰石石膏法脱硫氧化风机调节系统
技术领域
本实用新型涉及一种新型的石灰石石膏法脱硫氧化风机调节系统，主要适用于工频脱硫氧化风机条件下调节氧化风量。
背景技术
燃煤电厂煤等化石燃料的大量燃烧造成了严重的环境问题，而二氧化硫的排放尤为引人关注，其不仅能直接对生态环境造成危害，而且是酸雨、灰霾形成的重要前体物。近年来随着“超低排放”的推广实施，燃煤烟气中污染物排放限值进一步降低。石灰石-石膏湿法脱硫技术因其具有反应速度快、脱硫效率高、工艺成熟、运行可靠等一系列优点，目前为国际上燃煤锅炉主要烟气脱硫技术。在石灰石-石膏湿法脱硫系统中，吸收塔内发生的反应主要为烟气中的SO2进入到浆液中形成的亚硫酸钙和亚硫酸氢钙在通入吸收塔内的空气中氧气的作用下被氧化为硫酸钙，最终以脱硫副产物石膏浆液的形式由石膏排出泵送至石膏脱水系统。若吸收塔内的浆液欠氧化，会造成亚硫酸根、亚硫酸氢根、半水硫酸钙含量增多，一方面会包裹在石灰石颗粒表面影响石灰石的溶解，另一方面半水硫酸钙和二水硫酸钙两种物质的混合晶体结垢严重、亚硫酸钙作为粒度小的晶体污染物会引起石膏脱水困难；若吸收塔内的浆液过氧化，会造成浆液中的部分重金属价态提高，七溶解度降低、毒性增强，也会使得硫元素的价态升高，增加脱硫废水的出来难度，影响脱硫系统的正常运行。
氧化风机是石灰石-石膏湿法脱硫系统中重要的设备之一，是控制吸收塔内浆液氧化状况的主要设备。在电厂配备的氧化风机一般为工频罗茨风机，鉴于浆液池内氧化的重要性，其风量在选择时按照会满负荷理论需求量的1.8-2.5倍，所以过氧化情况很普遍。吸收塔浆液池内的亚硫酸根浓度是选择风量的控制指标，需要保证亚硫酸根浓度不超过设定值，这样才能保证副产物石膏的脱水和防止塔内的结垢。要实现随着亚硫酸根浓度来调节氧化空气的量，必然需要实时监测亚硫酸根的浓度。现有技术一般通过变频器来控制调节氧化风量，通过变频器是可以达到很好的控制调节效果，但是变频器价格较高，需要较高的经济成本来对工频氧化风机进行改造。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种新型的石灰石石膏法脱硫氧化风机调节系统，无需配置变频器，还能缓解现有技术中氧化风机在燃煤电厂石灰石石膏法脱硫过程中无法调节氧化风风量的技术问题。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：
一种新型的石灰石石膏法脱硫氧化风机调节系统包括吸收塔单元、氧化风机单元以及调节系统单元。其中吸收塔单元包括烟气入口、SO2浓度检测器、喷淋层、除雾器、浆液池、吸收塔旁路循环管道和浆液测量模块，吸收塔的一侧设有烟气入口，所述烟气入口上安装有SO2浓度检测器，吸收塔内自上而下依次布置有除雾器、喷淋层、浆液池，所述浆液池的侧面经吸收塔旁路循环管道连接有浆液测量模块。氧化风机单元包括氧化风机、氧化空气管道和氧化空气喷嘴，吸收塔的外部设有氧化风机，所述氧化风机与浆液池之间通过氧化空气管道连接，且氧化空气管道的一部分水平置于浆液池内部，浆液池内部的氧化空气管道上等间距布置有若干个氧化空气喷嘴。调节系统单元包括中心处理器、氧化风机回流自动控制阀门和回流管道，SO2浓度检测器、浆液测量模块和氧化风机回流自动控制阀门分别信号连接于中心处理器，所述氧化风机回流自动控制阀门经回流管道连接于氧化风机。
前述的新型的石灰石石膏法脱硫氧化风机调节系统，所述浆液测量模块包括pH检测器、ORP检测器、DO检测器、亚硫酸盐检测器和硫酸盐检测器中的至少一种。
前述的新型的石灰石石膏法脱硫氧化风机调节系统，所述中心处理器包括数据采集器、人机交互界面、中央处理器和不间断电源，其中数据采集器、人机交互界面、不间断电源分别与中央处理器信号连接，且SO2浓度检测器、浆液测量模块和氧化风机回流自动控制阀门分别信号连接于数据采集器。
一种新型的石灰石石膏法脱硫氧化风机调节系统，在吸收塔外设置包括pH、ORP、DO、亚硫酸盐、硫酸盐的浆液测量模块，通过测量的浆液pH值、ORP值、DO值、亚硫酸盐值、硫酸盐值来调节氧化风机回流自动控制阀门从而调整进入浆液池的氧化空气的量，其包括如下步骤：
步骤1：从电除尘器出来的烟气从吸收塔的侧下部烟气入口进入吸收塔，在吸收塔内，烟气与经喷淋层雾化后的石灰石浆液逆向接触，烟气中包含的以SO2为主要污染物的酸性气体和颗粒物被脱除成为净烟气；
步骤2：经喷淋层上部的除雾器除去夹带的液滴后，净烟气由顶部出口离开吸收塔，吸收了SO2的石灰石浆液液滴则由于重力作用下落入浆液池；
步骤3：设置在吸收塔外的浆液测量模块，测得并处理实时的浆液pH值、ORP值、DO值、亚硫酸盐值、硫酸盐值，再与最佳范围比较后通过氧化风机回流自动控制阀门调整氧化风机进入吸收塔的氧化风量；
根据预设算法确定所需氧化风量并对氧化风量进行调整的方法具体包括以下步骤：
步骤31：采用ORP、pH双控制模块来确定浆液中氧化状况时，pH控制吸收塔内的酸碱状况：
pH控制原理:
SO2(g)→SO2(l)
SO2(l)+H2O(l)→HSO3 ﹣+H+
HSO3 ﹣→H++SO3 2﹣
产生的H+促进了CaCO3的溶解，生成了一定浓度的Ca2+：
H++CaCO3→HCO3 ﹣+Ca2+
Ca2+与SO3 2-或HSO3﹣结合，生成CaSO3和Ca(HSO3)2：
Ca2++SO3 2-→CaSO3
Ca2++2HSO3 ﹣→Ca(HSO3)2；
ORP控制原理:
ORP是指以氧化还原电极的平衡电极电位表示溶液的氧化能力强弱的量，ORP值越大，氧化力越强。系统的氧化还原电位是多种氧化物和还原物进行氧化还原反应的综合结果，对脱硫系统而言，ORP是反应整个系统氧化还原状态的综合指标。
石灰石浆液的氧化方程是：2CaSO3+O2→2CaSO4，其本质上是一个氧化还原反应，在pH＝5～6的条件下，SO2溶于水主要以HSO3 ﹣形式存在，因此可以写成如下两个半反应：
负极：2HSO3 ﹣+2H2O→2SO4 2-+6H++4e-
正极：O2+4H++4e-→2H2O
总反应方程式：2HSO3 ﹣+O22SO4 2-+2H+
ORP＝+
根据pH检测器测得的浆液pH值在该条件下，ORP值与DO值的关系式；再通过亚硫酸盐与硫酸盐测定值的耦合以确定浆液氧化状况E；氧化风机工频出风量V0，在保证亚硫酸根为达标浓度时理论能够氧化的SO2浓度为C0；可以得到一个最佳浆液氧化状况E0；在实际工作条件下SO2浓度为C1,在氧化风量为V0的条件下浆液氧化状况为E1；通过调节中心处理器调节氧化风量至V1；
α＝E1/E0；
步骤32：当α值在0.90～1.0范围内时，并不用调节中心处理器控制氧化风机回流自动控制阀门；
当α值小于0.90且持续时间超过15分钟以后会通过调节中心处理器对氧化风机回流自动控制阀门进行调节，将氧化状况从E1向E0方向调节，调节后的氧化风量为V1；
V1＝K*α*V0；
其中K为校正系数，是在α的值不同时对实际风量的校正；
氧化空气由氧化风机供给，经氧化空气管道最终从氧化空气喷嘴进入浆液池，进入浆液池的氧化空气自下而上通过浆液，浆液里的亚硫酸钙和亚硫酸氢钙在氧化空气的作用下被氧化为硫酸钙，在密度达到1100kg/m3后排出。
进一步的，所述SO2浓度、pH值、ORP值、DO值、亚硫酸盐值和硫酸盐值均为在线连续测量值。
与现有技术相比，本实用新型的有益之处在于：在脱硫吸收塔外设置了氧化风机单元，通过测量SO2浓度、pH值、ORP值、DO值、亚硫酸盐值和硫酸盐值得出浆液氧化状况，调整进入浆液池的氧化风量，使浆液池内的氧化水平得到保证，减轻了吸收塔结垢、避免了重金属和硫元素被过氧化为高价态，无需配置变频器，降低脱硫废水处理成本。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
附图标记的含义：1-烟气入口，2-SO2浓度检测器，3-喷淋层，4-除雾器，5-浆液池，6-吸收塔旁路循环管道，7-浆液测量模块，8-氧化风机，9-氧化空气管道，10-氧化空气喷嘴，11-中心处理器，12-氧化风机回流自动控制阀门，13-回流管道。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。
具体实施方式
本实用新型的实施例1：如图1所示，一种新型的石灰石石膏法脱硫氧化风机调节系统包括吸收塔单元、氧化风机单元以及调节系统单元。其中吸收塔单元包括烟气入口1、SO2浓度检测器2、喷淋层3、除雾器4、浆液池5、吸收塔旁路循环管道6和浆液测量模块7，吸收塔的一侧设有烟气入口1，所述烟气入口1上安装有SO2浓度检测器2，吸收塔内自上而下依次布置有除雾器4、喷淋层3、浆液池5，所述浆液池5的侧面经吸收塔旁路循环管道6连接有浆液测量模块7。氧化风机单元包括氧化风机8、氧化空气管道9和氧化空气喷嘴10，吸收塔的外部设有氧化风机8，所述氧化风机8与浆液池5之间通过氧化空气管道9连接，且氧化空气管道9的一部分水平置于浆液池5内部，浆液池5内部的氧化空气管道9上等间距布置有若干个氧化空气喷嘴10。调节系统单元包括中心处理器11、氧化风机回流自动控制阀门12和回流管道13，SO2浓度检测器2、浆液测量模块7和氧化风机回流自动控制阀门12分别信号连接于中心处理器11，所述氧化风机回流自动控制阀门12经回流管道13连接于氧化风机8。
进一步的，所述浆液测量模块7包括pH检测器、ORP检测器、DO检测器、亚硫酸盐检测器和硫酸盐检测器中的至少一种。另外，所述中心处理器11包括数据采集器、人机交互界面、中央处理器和不间断电源，其中数据采集器、人机交互界面、不间断电源分别与中央处理器信号连接，且SO2浓度检测器2、浆液测量模块7和氧化风机回流自动控制阀门12分别信号连接于数据采集器。
实施例2：如图1所示，一种新型的石灰石石膏脱硫氧化风机调节系统，其包括吸收塔单元、氧化风机单元以及调节系统单元。
吸收塔单元：从电除尘出来的烟气由位于吸收塔侧下部的烟气入口1进入吸收塔，SO2浓度检测器2位于烟气入口1。烟气进入吸收塔后从下往上的移动过程中与喷淋层3雾化后的石灰石浆液液滴逆向接触，烟气中SO2等酸性气体和粉尘被脱除，在经过除雾器4后离开吸收塔，吸收了SO2等酸性气体的石灰石浆液液滴由于重力作用下落至吸收塔底部的浆液池5，部分浆液从吸收塔旁路循环管道6进入浆液测量模块7，浆液测量模块7包括pH检测器、ORP检测器、DO检测器、亚硫酸盐检测器和硫酸盐检测器。
氧化风机单元：氧化风机8提供的氧化风通过氧化空气管道9进入吸收塔，再由氧化空气喷嘴10进入吸收塔底部浆液池5，溶解进入浆液的氧化空气将浆液中的亚硫酸钙和亚硫酸氢钙氧化为硫酸钙，以副产物石膏的形式排出吸收塔。
调节系统单元：烟气入口1的SO2浓度检测器2、浆液测量模块7中pH检测器、ORP检测器、DO检测器、亚硫酸盐检测器和硫酸盐检测器测得的数据传输到中心处理器11，通过中心处理器11处理之后的信号传递到氧化风机回流自动控制阀门12，回流空气通过回流管道13回流到氧化风机8进风口。
优选地，SO2浓度、pH值、ORP值、DO值、亚硫酸盐值和硫酸盐值均为在线连续测量值。
实施例3：如图1所示，一种新型的石灰石石膏法脱硫氧化风机调节系统，在吸收塔外设置包括pH、ORP、DO、亚硫酸盐、硫酸盐的浆液测量模块7，通过测量的浆液pH值、ORP值、DO值、亚硫酸盐值、硫酸盐值来调节氧化风机回流自动控制阀门12从而调整进入浆液池5的氧化空气的量，其包括如下步骤：
步骤1：从电除尘器出来的烟气从吸收塔的侧下部烟气入口1进入吸收塔，在吸收塔内，烟气与经喷淋层3雾化后的石灰石浆液逆向接触，烟气中包含的以SO2为主要污染物的酸性气体和颗粒物被脱除成为净烟气；
步骤2：经喷淋层3上部的除雾器4除去夹带的液滴后，净烟气由顶部出口离开吸收塔，吸收了SO2的石灰石浆液液滴则由于重力作用下落入浆液池5；
步骤3：设置在吸收塔外的浆液测量模块7，测得并处理实时的浆液pH值、ORP值、DO值、亚硫酸盐值、硫酸盐值，再与最佳范围比较后通过氧化风机回流自动控制阀门12调整氧化风机8进入吸收塔的氧化风量；
根据预设算法确定所需氧化风量并对氧化风量进行调整的方法具体包括以下步骤：
步骤31：采用ORP、pH双控制模块来确定浆液中氧化状况时，pH控制吸收塔内的酸碱状况：
pH控制原理:
SO2(g)→SO2(l)
SO2(l)+H2O(l)→HSO3 ﹣+H+
HSO3 ﹣→H++SO3 2﹣
产生的H+促进了CaCO3的溶解，生成了一定浓度的Ca2+：
H++CaCO3→HCO3 ﹣+Ca2+
Ca2+与SO3 2-或HSO3﹣结合，生成CaSO3和Ca(HSO3)2：
Ca2++SO3 2-→CaSO3
Ca2++2HSO3 ﹣→Ca(HSO3)2；
ORP控制原理:
ORP是指以氧化还原电极的平衡电极电位表示溶液的氧化能力强弱的量，ORP值越大，氧化力越强。系统的氧化还原电位是多种氧化物和还原物进行氧化还原反应的综合结果，对脱硫系统而言，ORP是反应整个系统氧化还原状态的综合指标。
石灰石浆液的氧化方程是：2CaSO3+O2→2CaSO4，其本质上是一个氧化还原反应，在pH＝5～6的条件下，SO2溶于水主要以HSO3 ﹣形式存在，因此可以写成如下两个半反应：
负极：2HSO3 ﹣+2H2O→2SO4 2-+6H++4e-
正极：O2+4H++4e-→2H2O
总反应方程式：2HSO3 ﹣+O22SO4 2-+2H+
ORP＝+
根据pH检测器测得的浆液pH值在该条件下，ORP值与DO值的关系式；再通过亚硫酸盐与硫酸盐测定值的耦合以确定浆液氧化状况E；氧化风机工频出风量V0，在保证亚硫酸根为达标浓度时理论能够氧化的SO2浓度为C0；可以得到一个最佳浆液氧化状况E0；在实际工作条件下SO2浓度为C1,在氧化风量为V0的条件下浆液氧化状况为E1；通过调节中心处理器11调节氧化风量至V1；
α＝E1/E0；
步骤32：当α值在0.90～1.0范围内时，并不用调节中心处理器11控制氧化风机回流自动控制阀门12；
当α值小于0.90且持续时间超过15分钟以后会通过调节中心处理器11对氧化风机回流自动控制阀门12进行调节，将氧化状况从E1向E0方向调节，调节后的氧化风量为V1；
V1＝K*α*V0；
其中K为校正系数，是在α的值不同时对实际风量的校正；
氧化空气由氧化风机8供给，经氧化空气管道9最终从氧化空气喷嘴10进入浆液池5，进入浆液池5的氧化空气自下而上通过浆液，浆液里的亚硫酸钙和亚硫酸氢钙在氧化空气的作用下被氧化为硫酸钙，在密度达到1100kg/m3后排出。
进一步的，所述SO2浓度、pH值、ORP值、DO值、亚硫酸盐值和硫酸盐值均为在线连续测量值。

Claims (2)

1.一种新型的石灰石石膏法脱硫氧化风机调节系统，其特征在于，包括吸收塔单元、氧化风机单元以及调节系统单元；
其中吸收塔单元包括烟气入口(1)、SO2浓度检测器(2)、喷淋层(3)、除雾器(4)、浆液池(5)、吸收塔旁路循环管道(6)和浆液测量模块(7)，吸收塔的一侧设有烟气入口(1)，所述烟气入口(1)上安装有SO2浓度检测器(2)，吸收塔内自上而下依次布置有除雾器(4)、喷淋层(3)、浆液池(5)，所述浆液池(5)的侧面经吸收塔旁路循环管道(6)连接有浆液测量模块(7)；
氧化风机单元包括氧化风机(8)、氧化空气管道(9)和氧化空气喷嘴(10)，吸收塔的外部设有氧化风机(8)，所述氧化风机(8)与浆液池(5)之间通过氧化空气管道(9)连接，且氧化空气管道(9)的一部分水平置于浆液池(5)内部，浆液池(5)内部的氧化空气管道(9)上等间距布置有若干个氧化空气喷嘴(10)；
调节系统单元包括中心处理器(11)、氧化风机回流自动控制阀门(12)和回流管道(13)，SO2浓度检测器(2)、浆液测量模块(7)和氧化风机回流自动控制阀门(12)分别信号连接于中心处理器(11)，所述氧化风机回流自动控制阀门(12)经回流管道(13)连接于氧化风机(8)；
所述浆液测量模块(7)包括pH检测器、ORP检测器、DO检测器、亚硫酸盐检测器和硫酸盐检测器；
当ORP测量值比上计算得出最佳ORP值在0.90～1.0范围内时，并不用调节中心处理器(11)控制氧化风机回流自动控制阀门(12)；
当ORP测量值比上计算得出最佳ORP值小于0.90且持续时间超过15分钟以后会通过调节中心处理器(11)对氧化风机回流自动控制阀门(12)进行调节。
2.根据权利要求1所述的新型的石灰石石膏法脱硫氧化风机调节系统，其特征在于，所述中心处理器(11)包括数据采集器、人机交互界面、中央处理器和不间断电源，其中数据采集器、人机交互界面、不间断电源分别与中央处理器信号连接，且SO2浓度检测器(2)、浆液测量模块(7)和氧化风机回流自动控制阀门(12)分别信号连接于数据采集器。
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