陈宇烟气脱硫技术的研究及配套综合自动化监控系统的设计.docx
- 文档编号:30551292
- 上传时间:2023-08-16
- 格式:DOCX
- 页数:35
- 大小:378.69KB
陈宇烟气脱硫技术的研究及配套综合自动化监控系统的设计.docx
《陈宇烟气脱硫技术的研究及配套综合自动化监控系统的设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《陈宇烟气脱硫技术的研究及配套综合自动化监控系统的设计.docx(35页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
陈宇烟气脱硫技术的研究及配套综合自动化监控系统的设计
毕业设计论文
姓名:
学号:
学院:
技术学院
专业:
电厂热能动力装置
题目:
烟气脱硫技术的研究及
配套综合自动化监控系统的设计
指导教师:
(姓名)(专业技术职务)
2014年6月
摘要
我国目前电力企业大部分属于火力发电,而这些火力发电企业己经成为我国几大环境污染源之一,电力环保领域中烟尘、粉尘和废水等已经成为我国环保市场的重要开发地带,至今电力行业除尘和废水处理己经基本达标,国内锅炉烟气除尘和工业粉尘除尘机械设备和技术水平己具备一定的竞争力并开始走向国际市场,而烟气脱硫处理则一直是电力行业环保治理的重点和难点,针对火力发电企业进行二氧化硫排放控制的脱硫业务已经成为环保产业主要污染源治理重点之一。
本课题是基于烟气脱硫技术的研究及其配套综合自动化监控系统这一科研项目。
烟气脱硫技术具有一系列的特点,如能耗低、投资省,不存在废液处理,可有效去除SO2,操作过程简单,因此被认为是有前途的处理有害气体的方法之一。
该课题旨在研究新的高效脱硫方法及其在工程中的应用,烟气脱硫技术设备在我国属弱势产业,并且其综合自动化水平较低,本课题意在充分研究烟气脱硫过程的基础之上,开发烟气脱硫综合自动化监控系统。
该系统能够根据锅炉烟气含硫以及脱硫系统实际运行情况,调节脱硫系统参数,从而达到提高系统脱硫效率,减少工作人员劳动强度,提高企业自动化水平的目的。
关键词:
火力发电;烟气脱硫;自动化监控系统
Researchedonthefluegasdesulfurizationtechnologyandthesystemofintegratedautomationmonitoring
Abstract
Ourcurrentelectricpowerenterprisemostpower,whichbelongstothermalpowerenterprisealreadybecomeoneofourseveralenvironmentpollution,electricpowerenvironmentalprotectionfieldssuchassootanddustandwastewaterhasbecomeanimportantdevelopmentofChina'senvironmentalprotectionmarketsinceelectricpowerindustryarea,dustandwastewatertreatmentfthroughbasicstandards,domesticboilerfluegasdustingandindustrialdustdustremovalequipmentandtechnologyhashaveacertainlevelofcompetitivenessandbegantoentertheinternationalmarket,andfluegasdesulfurizationprocessingpowerindustryhasisthekeyanddifficultpointforenvironmentalgovernanceforcoal-firedpowerenterprises,sulfurdioxideemissionscontrolhasbecomethedesulfurizationbusinessofenvironmentalprotectionindustryisoneofthemainpollutionsourcesgovernancekey.
Thistopicisbasedonthefluegasdesulfurizationtechnologyresearchanditssupportingintegratedautomationcontrolsystemtheresearchproject.Fluegasdesulfurizationtechnologyhasaseriesoffeatures,suchaslowenergyconsumption,investmentprovinces,thereisnowasteliquidprocessing,caneffectivelyremoveSO2,operationprocesssimple,thereforeconsideredpromisingtreatmentmethodofharmfulgas.Thesystemcanaccordingtotheboilerfluegasdesulfurizationsystemofsulfurandactualoperation,regulatethedesulphurizationsystemparameters,soastoimprovethesystemdesulfurizationefficiency,reducelaborintensity,improvetheworkingstaff.Thepurposeoftheenterpriseautomationlevel.
Keywords:
Coal-firedpower;Fluegasdesulfurization;Automaticmonitoringsystem
第1章绪论
1.1问题的提出
我国是燃煤大国,燃煤排放的SO2成为影响我国城市空气质量的主要污染物。
因此,锅炉烟气脱硫是减排SO2的重要手段。
中小型电站及热源厂等燃煤锅炉的烟气脱硫是适合我国国情的控制大气污染的一个重要方面,但长久以来,该过程的监控一直处于较低的自动化水平,造成人力物力的浪费。
努力提高这一过程的自动化水平具有很大的现实意义。
岱庄煤矿位于山东省济宁市北郊,南距济宁市约6公里,地理位置优越,交通十分便利。
岱庄煤矿是1999年度投产的年产150万吨的现代化矿井,并配有同等规模的选煤厂一座。
选煤厂在生产精煤的同时,年产洗矸22.5万吨、洗中煤18万吨、煤泥4.5万吨。
岱庄煤矿热电厂紧靠矿区工业场地西北侧,设计规模建设规模为2×12MW,两机组三大主机均为75吨循环流化床锅炉、12MW一级可调抽气式汽轮机、12MW静止可控硅励磁装置发电机。
机组性质为热电结合。
为贯彻落实国家的清洁生产和保护环境的政策,结合岱庄煤矿电厂循环流化床锅炉管理运行的实际情况,电厂领导决定对使用的75吨循环流化床锅炉进行烟气脱硫技术改造,联合山东科技大学开发设计循环硫化床锅炉烟气脱硫系统综合自动化监控系统,进一步提升岱庄煤矿热电厂的自动化水平。
1.2国内外研究现状
在日本及欧美发达国家,钢铁工业控制SO2的排放措施是实行源头和末端双重治理。
一方面,实行节能降耗,提高铁资源利用效率,采用含硫低的铁矿石和煤等措施减少SO2的生成,如对烧结工序,通过降低原料和煤中的硫含量可以使SO2的排放浓度<500mg/m3;另一方面,建设各种脱硫装置,降低SO2的排放。
欧盟是通过降低原料中的硫含量使SO2的排放浓度<500mg/m3时,再利用湿法脱硫,可使SO2的排放浓度<100mg/m3。
奥钢联工业设备制造公司(VAI)设计出一种WETFIE系统,能将来源于烧结和球团装置、废物焚烧炉以及玻璃熔炉等的排放物净化到很高的水准。
该系统包括一个洗涤塔和一个湿式静电除尘器,后者能除去烟气流中的细尘、碱性的氯化物颗粒、二恶英/呋喃(PCDD/F)和SO2等气体。
日本在烧结烟气脱硫技术方面居于世界领先地位,日本烧结烟气都建设脱硫装置,其中80%以上使用石灰石-石膏法脱硫,如JFE公司和神户制钢公司;有部分烧结厂活性炭法和Mg(OH)2,如新日铁公司采用对烧结烟气脱硫,脱硫方式多为湿式吸收法,脱硫率在95%以上,入口SO2浓度在370-940mg/m3之间,排放浓度可以达到300mg/m3以下。
在我国,高炉-转炉流程的烧结过程中SO2排放总量大,控制烧结生产过程的SO2排放是钢铁企业控制污染的重点。
我国钢铁企业由于受资金和脱硫技术问题困扰,烧结烟气脱硫研究和应用方面基本上还处于起步状态。
国内有些学者对烧结过程进行过脱硫技术研究,台湾中钢公司在研究铁矿烧结过程脱硫、脱硝技术和武汉科技大学研究人员在降低铁矿石烧结过程SO2排放量的研究中,通过向烧结混合料中添加少量的某种化学物质,使SO2与添加剂分解生成的NH3反应生成固态硫酸盐,从而大幅度减少废气中的SO2浓度。
从实验数据分析来看,加入脱硫剂后,对烧结成品率、转鼓指数、产量和煤耗几乎没有影响。
该脱硫技术在烧结领域的应用研究是最近几年开始的,但未见工业化应用报道。
国内有几台小烧结机安装了烟气脱硫设施,但运行不正常,基本处于闲置状态,如广钢2台24m2烧结机采用双碱法烟气脱硫工艺,临汾钢厂利用烧结烟气处理焦化废水等。
正在技入使用的烧结烟气脱硫工程的厂家有柳钢、包钢、济钢和石钢。
柳钢正在建设烧结机烟气脱硫工程,采用氨-硫酸铵法脱硫工艺,将焦化厂生产过程中产生的高氨废水(不够部分用外购液氨补充)与烧结机头含硫烟气进行反应,吸收其中的SO2生产硫酸铵。
该工程于2007下半年投用。
氨-硫酸铵法脱硫效率高,达到95%以上,又利用了焦化副产品氨水,但工艺操作不当会造成气氛逸出使排气不达标,液氮或高浓度的氨水属于危险化学品,安全要求高,在脱硫过程中有大量过程废水需要处理,如果不处理,则会造成二次污染。
包钢自产矿含氟高,早在20世纪50年代就在烧结烟气净化上采用了湿法脱硫除氟净化工艺,但在后来的生产运行中发现这种工艺净化效率低、用水量大、运行费用高。
为此,包钢从2000年开始与北京科技大学联创冶金技术有限公司合作,对国内外热电厂通用的烟气半干法除硫技术进行创新,并于2001年进行了工业试验,2005年在其炼铁厂三烧车间烧结机上应用。
实际使用效果表明,系统的脱氟率和脱硫率分别达到95%和75%以上,耗水量仅为湿法的1/20,耗电量仅为湿法的1/4,无废水排放,反应产物为干粉,管道不腐蚀和结垢;净化烟气水份含量少,无需干燥即可外排,不形成酸雨漂落,大大减轻了包钢烧结生产烟气外排形成酸雨对周边环境及设备的损害。
但半干法脱硫率和吸收剂利用率低,在硫分高时,运性费用高。
济钢在120m2烧结机新建了一套循环流化床下半干法脱硫设施,2007年底装置投入运行。
该方法具有系统简单,占地面积小,运行可靠,对煤种适应性强,高、低浓度的SO2烟气都可以处理,节能,无废水,系统基本无腐蚀,此外还可以有效控制氮氧化合物的生成。
但烟气量的不稳定变化会影响到吸收剂的硫化状态不稳定,导致脱硫效果以随烟气量的变化而影响,为了维持高的循环倍率,设备磨损比较严重。
石钢现有四台烧结机,在其中的52m2和68m2烧结机上采用密相干塔烟气脱硫工艺,建设了两套相同的烟气脱硫装置,装置于2007年初投入试运行。
由于我国目前排放烟气的SO2浓度与国家炉窑排放标准大体相当,故绝大多数以高炉-转炉为主的钢铁企业至今尚未开展烧结机烟气脱硫工作。
随着我国环境质量要求的提高以及总量控制的需要,对烧结机外排烟气中的SO2浓度和排放量必将进行限制,务必采用相应的处理措施予以治理。
1.3研究内容与结构
(1)对循环流化床锅炉烟气脱硫技术进行分析研究。
对烟气脱硫原理、系统结构组成及其工艺流程进行分析,为综合自动化监控系统方案的提出奠定基础。
(2)本课题中的主要部分,即:
脱硫系统的自动化控制技术研究。
在详细分析烟气脱硫工艺流程的基础之上,根据岱庄煤矿电厂实际情况,提出烟气脱硫综合自动化监控系统的总体设计思路及方案。
基于PLC的循环流化床锅炉烟气脱硫监控系统的开发,主要是根据烟气脱硫工艺要求设计了整个系统的控制结构和PLC控制电路。
根据烟气脱硫工艺的特点,对系统的数据通信和软件结构进行了分析,对上位计算机过程监控软件系统的进行开发研究。
通过该软件系统可以实现在线监控锅炉脱硫系统的运行效率和实时运行工况。
(3)循环流化床锅炉烟气脱硫系统及其综合自动化监控系统工业试验情况。
1.4研究思路及方法
(1)对烟气脱硫原理、系统结构组成及其工艺流程进行分析,为综合自动化监控系统方案的提出奠定基础。
(2)在详细分析烟气脱硫工艺流程的基础之上,根据岱庄电厂实际情况,提出烟气脱硫综合自动化监控系统的总体设计思路及方案。
基于PLC的循环流化床锅炉烟气脱硫监控系统的开发,主要是根据烟气脱硫工艺要求设计整个系统的控制结构和PLC控制电路。
第2章75T/h循环流化床锅炉脱硫系统设计方案
2.1氨法脱硫设计方案
2.1.1氨法脱硫工艺简介
氨法烟气脱硫以氨水作为吸收剂脱除烟气中的二氧化硫,吸收二氧化硫后的吸收液可用不同的方法处理,获得不同的产品,从而也就形成了不同的脱硫方法(见下列化学反应式)。
其中较成熟的为氨-石膏法、氨-亚硫酸铵法和氨-硫铵法。
在氨法的这些脱硫方法中,吸收的原理和过程是相同的,不同之处在于对吸收液处理的方法和工艺路线,本工艺为简易湿法脱硫,脱硫后水液循环使用,节约运行成本。
由于电厂烟气中的氧含量较高,从理论上可以将吸收液中的(NH4)2SO3全部化为(NH4)2SO4,但由于接触时间较短及反应条件的限制,其与理论值有较大差距,同时吸收液氧化率的高低直接影响到对SO2的吸收率。
氨法吸收SO2的原理:
NH3+H2O+SO2→NH4HSO3(1-1)
2NH3+H2O+SO2→(NH4)2SO3(1-2)
(NH4)2SO3+SO2+H2O→2NH4HSO3(1-3)
在通入氨量较少时发生
(1)反应,在通入氨量较多时发生
(2)反应,而(3)式表示的才是氨法中的真正吸收反应。
在吸收过程中所生成的酸式盐NH4HSO3对SO2不具有吸收能力。
随着吸收过程的进行,吸收液中的NH4HSO3数量增多,吸收液吸收能力逐步下降,此时需向吸收液中补充氨,使NH4HSO3转变为(NH4)2SO3,以保持吸收的能力。
当加氨调配时:
NH4HSO3+NH3→(NH4)2SO3(1-4)
因此氨法吸收是利用(NH4)2SO3——NH4HSO3不断循环的过程来吸收烟中的SO2的。
补充的氨并不是直接用来吸收SO2,只是保持吸收液中(NH4)2SO3的一定浓度。
NH4HSO3浓度达到一定比例时,吸收液要不断从喷淋系统中引出,然后用不同的方法对引出的吸收液进行处理。
对于烟气而言,因其含有较高的氧量,吸收塔内会发生部分氧化反应:
2(NH4)2SO3+O2→2(NH4)2SO4(1-5)
2NH4HSO3+O2→2NH4HSO4(1-6)
锅炉烟气经电除尘器除去99%以上的烟尘后,进入装有单流喷射雾化器的JR撞击流脱硫塔内的反应器中。
配制好的吸收剂经供氨系统送入安装在JR撞击流脱硫塔内反应器中的单流喷射雾化器,吸收剂以雾化状在塔内的反应器中逆流与烟气充分撞击、混合接触发生化学反应;吸收剂中的氨与二氧化硫反应生成亚硫酸氢铵、亚硫酸铵,脱硫后的水溶液经脱水脱雾器后进入积液池。
净化后的烟气经过脱水脱雾器除去绝大部分水份后,经引风机送入烟道,通过烟囱排放。
JR撞击流脱硫塔底收集的副产物溶液,通过自流进入现场沉淀池沉淀。
积液池收集的溶液过滤后经泵排至除尘降温段循环使用。
氨法脱硫工艺特点:
①可以不需设旁路烟道,吸收剂停止供应时,反应塔作烟道使用,不影响锅炉的正常运行。
②烟气进反应塔前不需降温,吸收塔出口温度大于80℃,不需加热升温即可直接排入烟道。
③脱硫塔阻力≤1000Pa。
氨法脱硫工艺流程如下图所示:
图2-1氨法脱硫工艺流程图
锅炉烟气经除尘装置进入脱硫装置,与配制好的脱硫剂在脱硫装置的中部反应段进行化学吸收反应。
脱硫后的烟气经引风机、烟囱排入大气;脱硫后生成的亚硫酸氢铵混合水溶液,经脱硫塔内脱水除雾装置后沉降于塔底部溢流到积液池中经沉,沉淀过滤后经清液泵打回和脱硫剂混合再与烟气中的二氧化硫进行反应,循环使用至饱和后用于场地绿化或作为农家肥使用。
2.1.2循环流化床锅炉烟气脱硫系统主要设计内容及其设计原则
一、主要设计内容
a)脱硫系统
1)烟气从引风机出口至烟气进入烟道的进口。
2)脱硫系统所必须的辅助设施。
3)脱硫系统必须达到无人值守的控制系统。
b)脱硫二次产物处理系统
脱硫二次产物以液态方式排出、收集。
c)综合利用系统
二、主要设计原则
1)脱硫率≥95%,并有持续发展的空间,适应二氧化硫总量削减要求。
2)处理设施出口烟气温度大于80℃。
3)煤种适用广泛,可适应不同硫份的煤种。
4)脱硫后的二次产物不造成二次污染。
5)系统运行可靠,脱硫设施维护可与锅炉检修同步统一安排,如遇故障不影响锅炉的正常运行。
6)因地制宜、合理布局,减少占地面积,节省投资。
7)脱硫吸收剂使用17-20%浓度的氨水配制,亦可使用合成氨厂、化工厂、化肥厂、焦化厂、造纸厂5%浓度的工艺废氨水、5%浓度的废氢氧化钠碱液、焦化废水、碳酸氢铵、碱性废水等。
8)进出脱硫塔烟气不进行降温和升温,以节省能耗、降低运行费用。
2.1.3设计依据与设备及材料选择
一、大气污染物排放满足GB13223-2003《火电厂大气污染物排放标准》;
二、根据岱庄电厂现场布置条件,有关技术要求如下:
根据岱庄煤矿热电厂的烟气治理要求,在锅炉电除尘器后配套安装JR型高效脱硫装置可达到烟气治理目标。
烟气脱硫装置的防腐工作是整个系统安全、高效、稳定运行的关键。
根据实际工程经验和设备运行使用情况,对设备的防腐工作十分重视,使设备做到经久耐用。
根据岱庄煤矿热电厂锅炉运行技术参数,本次设计选择采用2炉2塔,可以提高脱硫装置的稳定性及满足检修要求。
2.1.4烟气脱硫设计参数
锅炉蒸发量:
2×75t/h(二台)
处理烟气量:
300000Nm3/h(二台)
脱硫前烟气温度:
129℃
煤耗量:
12.5t/h(单台炉)
煤的含硫量:
1%--3%
SO2达标排放标准:
≤100mg/Nm3--400mg/Nm3
18%浓度废氨水:
460元/吨
锅炉年运行时间:
7200小时
2.1.5烟气脱硫系统运行条件
在本次脱硫技术方案中,采用5%氨水作为脱硫吸收剂。
根据岱庄煤矿热电厂的实际情况,可以采用周边化工厂的废氨水由车辆输送至热电厂。
2.2烟气脱硫监控系统方案
通过前面对脱硫工艺过程的分析,本课题控制系统采用PLC控制,以在线检测设定数值为总控值来反馈调节系统的参数达到自动调节,实现液位、PH值(浓度)、流系统设置一台上位监控计算机安装在电厂热控室内,用于监视系统的运行情况,并负责监控系统的启停等操作。
下位机控制器选用OMRONPLC,与上位机监控软件组成控制系统。
系统分为储氨,配氨,喷淋等部分组成。
其中储氨系统有由一台卸氨泵,储氨箱构成。
卸氨泵将17%-20%的工业氨水抽到储氨箱中。
配氨系统由配氨泵,工业用水,循环回水构成,通过变频器控制储氨罐氨水与工业用水、循环回水的流量,将其调配成一定浓度(5%左右)的氨水(PH值),即脱硫剂,进入到供氨箱中。
喷淋系统由供氨泵,供氨变频器构成。
供氨泵将配制好的5%左右氨水抽出,利用PID控制,自动调整变频器的频率(变频器采用IGBT,减少高次谐波对电网的干扰),改变供氨流量,使出口SO2的浓度达到设定值。
本课题基于PLC的综合自动化监控系统可起到稳定脱硫过程的运行,提高系统脱硫效率,节能降耗,减少人员投入的效果量等数据自动检测和控制。
并且,控制。
主要设计工作包括以下几个重要方面:
l)设计完成了用上、下位机控制的脱硫监控系统,下位机采用PLC实现系统的自动控制和手动控制,通过自由通讯口同下位机进行通讯,能够保证脱硫系统稳定运行。
2)控制上采用PID控制的技术路线,并设计了控制器。
实践证明该方案适合此过程的控制任务。
(3)系统的现场联合调试,由于该系统运行环境的特殊性,干扰问题严重,通过现场调试成功解决了该问题,并在软、硬件两个方面做了有效的预防措施。
第3章循环流化床锅炉氨法烟气脱硫系统设备选型设计
3.1概述
由于氨法烟气脱硫系统涉及特殊的工艺和介质,因此对仪控设备的选型及安装需要充分考虑其特殊性,从SO2含量、烟气含尘量、烟气流量、氨水浓度、pH值、物位、压力和流量及温度等几方面的测量来具体考虑脱硫设备选型。
电厂烟气净化系统中的测量仪表对于监视和控制整个工艺过程至关重要,氨法脱硫系统的工艺过程较为复杂,工艺介质即脱硫氨水溶液的特殊性,所以,仪表选型应最大限度地考虑其可用性、可靠性和可控性。
3.2脱硫系统主要设备及实施方案
3.2.1测量仪表的选择
压力、差压、流量和温度的测量在脱硫系统中非常普遍,所测参数可反映出工艺的性能、能耗、运行中出现的问题以及是否符合设计和运行的要求。
选用流量计应了解其测量原理和应用场合。
许多常规流量计(如孔板、喷嘴等)不宜用于腐蚀浆液管道。
脱硫系统中最合适的是电磁流量计,其特点是磁场稳定、分布均匀,但要求被测导电流体流速分布轴对称,流体本身是非磁性的。
对于脱硫系统,需要对脱硫装置前后原烟气和净烟气中的SO2含量进行测量,烟气SO2含量测量方法常用的有非分散性红外吸收法(NDIR)、非分散性紫外吸收法(NDUV)和紫外脉冲荧光法等。
像SIEMENS的ULTRAMT23、ABBHartmann或Braun的URAS14采用的就是NDIRI法;ROSEMOUNT的NGA2000-MLT4测量SO2采用的是NDUV法;美国热电子公司的43CSO2分析仪采用的是紫外脉冲荧光法。
pH值测量传感器有浸入式、流经式(支管)和直接插入式三种形式。
其中,浸入式直接安装在容器里与被测液体接触,当需要维护和校准时取出来,容易泄漏。
流经式传感器一般安装在工艺介质测量支管内,仪表上下游装有隔离阀,仪表下游还装有定期自动冲洗水阀,因此,测量管道系统较复杂且容易堵塞。
插入式传感器通过一根带阀门的短管直接插入浆液管路,需要维护和校准时,首先要半抽出传感器,再关闭隔离阀门,然后再全部抽出传感器。
流经式和直接插入式传感器都容易受高速浆液的磨损,因此,插入的探头不宜置于管中心高流速处,应置于流体边缘又始终能接触到流体。
表1-1主要测量仪表
序号
名称
规格型号
单位
数量
1
水配比流量计
LDBE-40S-T2P100-20
台
1
2
配氨流量计
LDBE-25S-T2P100-20
台
1
3
喷淋流量计
LDBE-40S-T2P100-20
台
2
4
循环水流量计
LDBE-40S-T2P100-20
台
1
5
卸氨流量计
LDBE-40S-T2P100-20
台
1
6
磁翻板液位计
UH2-520RCLRL=5m
台
1
7
磁翻板液位计
UH2-520RCLRL=5m
台
1
8
压力表
Y-1000~1.0MPa
台
2
9
氨用压力表
YA-1000~1.0MPa
台
1
10
氨用压力表
YA-1000~1.0MPa
台
1
11
氨用压力表
YA-1000~1.0MPa
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 烟气 脱硫 技术 研究 配套 综合 自动化 监控 系统 设计
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)