530MW 火力发电机组锅炉烟气石灰石石膏法脱硫系统水平衡研究

一、 脱硫系统水平衡原理

1. 水平衡基本概念

在锅炉烟气石灰石石膏法脱硫系统中，水平衡是指系统在运行过程中，进入系统的水量与离开系统的水量达到动态平衡的状态。准确把握水平衡对于系统的稳定运行和高效脱硫至关重要。

进水方面，主要包括石灰石浆液制备用水、除雾器冲洗水、设备冷却水等。石灰石浆液制备需要一定量的水来溶解石灰石粉，形成合适浓度的浆液；除雾器冲洗水用于定期清洗除雾器，防止堵塞；设备冷却水则为系统中的各类设备降温，保证其正常运行。

出水主要有石膏携带水、废水排放水等。石膏在脱水过程中会携带一定量的水分，这部分水随石膏排出系统；废水排放是为了去除系统中积累的杂质和盐分，维持系统水质稳定。

2. 水平衡计算方法

在锅炉烟气石灰石石膏法脱硫系统中，准确计算水平衡对于系统的稳定运行至关重要。以下介绍几种常见的水平衡计算方法。

阿伏伽德罗定律计算法主要基于气体状态方程和阿伏伽德罗定律，通过计算烟气中水蒸气的含量来确定系统的蒸发水量。根据理想气体状态方程 PV=nRT （其中 P 为压力，V 为体积，n 为物质的量，R 为气体常数，T 为温度），结合阿伏伽德罗定律（同温同压下，相同体积的任何气体含有相同数目的分子），可以计算出烟气中水蒸气的物质的量。假设已知烟气的温度、压力和体积，以及水蒸气的分压，就可以计算出水蒸气的物质的量n_ {H₂0} 。例如，在某一工况下，测得烟气温度为 T，压力为 P，体积为 V，水蒸气分压为 P_-{H₂O} ，则水蒸气的物质的量 n{H₂0}={P{H₂0}V}/{R^′ T}。再根据水的摩尔质量，就可以计算出蒸发水量。

二、影响水平衡的因素分析

1. 外部因素

环境温度、湿度、气压等外部因素对锅炉烟气石灰石石膏法脱硫系统的水平衡有着显著影响。环境温度升高时，吸收塔内的水分蒸发速度加快，烟气带走的水蒸气量增加，导致系统失水加剧。若不及时补充水分，会破坏水平衡，影响脱硫效果。相反，低温环境下水分蒸发减缓，但可能导致设备和管道内的水结冰，影响系统正常运行。

环境湿度也会影响系统水平衡。高湿度环境下，烟气中水蒸气含量增加，进入系统的水量增多，可能使系统进水负荷过大。而低湿度环境则会加速水分蒸发，造成系统缺水。

气压的变化同样不可忽视。气压降低时，水的沸点降低，水分更容易蒸发，增加了系统的蒸发损失。气压升高则可能影响烟气的流动和扩散，间接影响水分的蒸发和携带。因此，在脱硫系统运行过程中，需要充分考虑这些外部因素，采取相应措施维持水平衡。

2. 内部因素

除雾器性能：除雾器的主要功能是去除净烟气中携带的液滴，其性能好坏直接影响水平衡。若除雾器效率低下，大量液滴会随净烟气排出系统，导致系统失水。这可能是由于除雾器堵塞、损坏或冲洗不当造成的。堵塞会使烟气流通不畅，增加液滴携带量；损坏则无法有效拦截液滴；冲洗不及时或冲洗效果不佳，会使除雾器表面结垢，降低除雾效率。

氧化风机运行：氧化风机为亚硫酸氢根离子的氧化提供氧气，其运行状况对水平衡有间接影响。如果氧化风机风量不足，亚硫酸氢根离子氧化不完全，会影响石膏的生成，导致石膏品质下降，同时可能使浆液中杂质增多，影响脱水效果，进而增加石膏携带水。此外，氧化风机长时间运行会产生热量，使吸收塔内温度升高，加速水分蒸发。

浆液循环泵启停：浆液循环泵负责将石灰石浆液输送至吸收塔喷淋层，其启停频率和运行状态会影响水平衡。频繁启停浆液循环泵会导致浆液流量不稳定，影响脱硫反应的均匀性和效率。若泵的流量过大，会使吸收塔内浆液液位升高，增加溢流风险，导致系统失水；流量过小则无法保证足够的脱硫效果，同时可能使浆液在管道内沉淀，影响系统正常运行。

三、水平衡控制策略与优化措施

1. 现有控制策略分析

当前脱硫系统水平衡的控制策略主要有以下几种。一是根据烟气参数调整工艺补水量，通过监测烟气的温度、湿度和流量等，动态调节补水，以维持系统水平衡。此策略优点是能实时响应烟气变化，保证系统稳定运行；缺点是对监测设备要求高，且受设备精度和响应速度影响，可能出现调节不及时的情况。

二是定期对除雾器进行冲洗，防止堵塞并控制烟气携带水量。其优点是操作简单，能有效减少烟气带水；缺点是冲洗频率难以精准把握，冲洗过多会增加进水，过少则除雾效果不佳。

三是控制石膏排出量和脱水效果，减少石膏携带水。该策略可降低系统出水损失，但对脱水设备性能和运行管理要求较高，若设备故障或操作不当，会影响水平衡控制效果。

2. 优化措施提出

调整除雾器冲洗频率：根据烟气的流量、温度和湿度等参数，动态调整除雾器的冲洗频率。安装在线监测设备，实时监测净烟气中的液滴含量，当液滴含量超过设定阈值时，自动启动冲洗程序。同时，优化冲洗时间和水量，避免过度冲洗造成水资源浪费。例如，在烟气流量较大、温度较高的时段，适当增加冲洗频率；而在烟气条件较好时，减少冲洗次数。

优化设备冷却水使用：对设备冷却水系统进行改造，采用循环冷却技术，提高冷却水的重复利用率。安装冷却水处理设备，去除冷却水中的杂质和盐分，防止设备结垢和腐蚀，延长设备使用寿命。此外，根据设备的实际冷却需求，合理调整冷却水的流量和温度，避免不必要的冷却水浪费。例如，对于一些对温度要求不高的设备，可以适当提高冷却水的回水温度，减少冷却水量。

改进浆液制备工艺：优化石灰石粉的研磨细度和粒度分布，提高石灰石的反应活性，减少石灰石的用量，从而降低浆液制备用水。采用先进的混合技术，确保石灰石粉与水充分混合，提高浆液的均匀性和稳定性。同时，加强对浆液浓度和密度的监测和控制，根据脱硫系统的运行情况，及时调整浆液的浓度和密度，保证脱硫反应的高效进行。

提高脱水系统效率：对石膏旋流器和真空皮带脱水机等设备进行定期维护和检修，确保其正常运行。优化石膏旋流器的分级效果，提高石膏的浓缩效率；调整真空皮带脱水机的真空度和运行速度，降低石膏的含水量。此外，加强对脱水系统的运行管理，及时清理设备内的杂物和积垢，保证脱水系统的畅通。

四、结论与展望

1. 研究成果总结

本文围绕 530MW 火力发电机组 1750t/h 锅炉烟气石灰石石膏法脱硫系统水平衡展开了全面研究。首先阐述了石灰石石膏法脱硫系统的工艺原理和组成结构，为后续分析奠定基础。通过对锅炉烟气参数的分析，明确了其流量、温度、成分等对水平衡的影响机制。

在水平衡研究方面，界定了水平衡的基本概念，介绍了阿伏伽德罗定律计算法、热量平衡计算法等常见计算方法，并通过实际数据统计诊断出水平衡存在的问题，如进水过多、出水不足等。同时，分析了外部环境因素和内部设备运行参数对水平衡的影响。

针对这些问题，提出了调整除雾器冲洗频率、优化设备冷却水使用等优化措施，并预测了实施后的改善效果。最后通过实际案例验证了优化措施的有效性，为保障脱硫系统水平衡稳定、提高运行效率和经济性提供了理论依据和实践参考。

2. 未来研究方向

未来在脱硫系统水平衡研究方面，可从多方面深入探索。在控制策略上，进一步优化自动化控制技术，结合大数据和人工智能算法，实现对水平衡参数的精准预测和实时调整，提高控制的智能化水平。开发新的节水技术是关键方向，例如研究高效的水分回收装置，将烟气中的水蒸气进行有效回收利用，减少系统的补水需求。还可探索新型的脱硫工艺，降低反应过程中的耗水量。

在设备性能提升方面，持续改进除雾器、脱水机等关键设备的性能，提高其除水和脱水效率，减少水分损失。加强对系统的监测和诊断技术研究，开发更灵敏、准确的监测设备，及时发现水平衡异常并预警。此外，开展不同工况下脱硫系统水平衡的适应性研究，以应对复杂多变的运行环境，确保系统在各种条件下都能保持良好的水平衡状态。