电厂流程CEMS系统简介

电厂环保中控系统简介 序言 一 电力企业生产流程二 电力企业一般锅炉形式三 除尘 脱硫技术四 低氮燃烧技术五 在线监测系统简介六 友联CEMS系统简介 电力企业生产流程简介 主要污染物产生点 电厂与锅炉排污节点 不同煤燃烧方式的燃烧特性比较 典型燃烧方式 1 层状燃烧特点 燃料的全部燃烧过程主要在炉蓖上进行 采用层状燃烧的锅炉称为链条炉 优点 燃料层能保持相当大的热量 燃烧比较稳定 不易灭火缺点 只能使用固体块状燃料 悬浮燃烧 特点 适用于固体 气体 液体燃料燃料在炉内停留时间短 不般不超过2 3s 并且燃料与空气的接触面积大 燃烧速度快 燃烧效率高 适用于大型锅炉 旋风燃烧 特点 燃烧稳定 强烈而且比较完全 对煤种适应性广 捕渣能力强 燃烧效率高 缺点 燃烧设备的结构复杂 通风能量消耗多 燃烧高灰份的煤种时灰渣物理损失大 流化燃烧特点 1 低温燃烧2 极好的燃料适应性3 低的污染物排放低温燃烧 分级燃烧 NOX为煤粉炉的1 4 1 3 通过炉内加入脱硫剂 可达到90 以上的脱硫效率4 灰渣便于综合利用 除尘设施 1 湿式除尘器利用水的湿润作用 将灰粒从烟气中分离出来2 电气除尘器 效率85 左右 利用电晕放电 使烟气中的灰粒带电 通过静电作用进行分离 效率99 以上 3 过滤式除尘器利用过滤介质 使烟气中的灰粒过滤下实现分离 效率99 8 以上 粉煤灰的综合利用 1 制灰渣砖 灰渣砌块砖和空气砌块砖2 水泥掺合料及橡胶工业添加剂3 农用肥料或代替土壤4 筑路工程中做路面基础5 制造保温纤维和提炼稀有金属 脱硫技术介绍 分类1 燃烧前脱硫 1 洗煤 2 微波脱硫 实验室阶段 3 强磁分离 科研试验阶段 2 燃烧过程中脱硫 燃烧过程中添加固硫剂实现脱硫 3 燃烧后烟气脱硫 应用最多的湿式石灰石 石膏法 其他的活性炭吸收法 亚纳循环法等 燃烧过程中脱硫 煤燃烧过程中SO2析出的动态特性 有机硫在煤加热至400 时开始大量分解 一般认为有机硫首先分解为中间产物H2S 尔后在遇氧气逐步被氧化为SO2黄铁矿硫在300 时失去硫份 在650 以上大量分解 形成SO2 各种因素对SO2析出的影响 燃烧过程中SO2转化率随时间的增长 各种因素对SO2析出的影响 SO2生成影响最大的因素是温度和过量空气系数 各种因素对SO2析出的影响 过量空气系数对SO2生成的影响 脱硫剂的选择 炉内脱硫技术主要应用于循环流化床锅炉循环流化床锅炉燃烧过程中最常用的脱硫剂是钙基脱硫剂 如CaCO3 白云石 CaCO3MgCO3 CaCO3 CaO CO2 183kj molCaO SO2 O CaSO4 影响脱硫效率的各种因素 1 Ca S摩尔比被认为是影响脱硫效率的首要因素2 床温的影响3 颗粒度的影响4 氧浓度的影响5 分段燃烧的影响 燃烧烟气后脱硫 1 石灰石 石膏湿法脱硫工艺流程系统的构成1 吸收剂制备系统制备系统方案一般有两种 外购石灰石粉加水搅拌成制成石灰石浆液 外购块状石灰石经石灰石湿磨制成石灰石浆液 石灰石中CaCO3的含量易高于90 SiO2小于2 石灰石粉的细度要求 低硫煤应保证250目 高硫煤应保证325目 2 烟气吸收和氧化系统由吸收塔 喷淋系统 除雾器 氧化风机 事故浆液系统组成 3 脱硫副产品处置系统主要由石膏漩流器和真空皮带脱水机组成 设计时要为石膏的综合利用创造条件 燃烧烟气后脱硫 4 脱硫废水系统根据环评要求 废水系统单独设立或经过预处理去除重金属 氯离子后排入电厂废水处理系统 脱硫废水不可以直接进入电厂废水稀释排放 最好用于干灰加湿随干灰处理5 烟气及烟气再热系统由脱硫进出口挡板门 旁路挡板门 增压风机 GGH 烟道等组成 6 自控和在线监测系统控制回路主要有 增压风机压力控制 石灰石浆液补充控制 石膏浆液排放控制 废水系统控制 真空皮带机石膏厚度控制 在线监测系统安装在脱硫进出口 并将测得的信号转化为4 20mA的直流信号输入DCS中自动监测与控制 1 锅炉 2 除尘器 3 增压风机 4 烟气再热器 GGH 5 脱硫反应塔 6 浆液槽 7 除雾器 8 烟囱 9 旁路 10 氧化风机 11 石灰石贮仓 12 湿式球磨机 13 石膏浆液旋流器 14 真空皮带脱水机 15 清水池 16 中和池 17 反应池 18 絮凝池 19 澄清池20 石灰 21 有机硫 22 FeClSO4 23 絮凝剂典型的石灰石 石膏烟气脱硫工艺的流程简图 吸收剂制备系统 脱硫氧化塔系统 GGH 石膏脱水系统 废水处理系统 烟气系统 脱硫剂石灰石经过湿式球磨机制备成石灰石浆液 浓度约20 30 然后用供浆泵打入脱硫塔底部的浆液槽 以补充塔内由于脱硫过程消耗的脱硫剂 浆液槽内的脱硫浆液通过循环泵 由喷淋装置的喷嘴喷出 进入脱硫段 在脱硫段 洗涤用的脱硫浆液与烟气中的SO2反应生成亚硫酸钙 锅炉引风机排出的锅炉烟气经脱硫增压风机增压后 首先进入烟气再热器 GGH 实现热量综合利用 然后进入脱硫塔进行脱硫净化 净化后的烟气排出脱硫塔后 再次进入烟气再热器进行升温 而后由烟囱排出 氧化风机将空气鼓入浆液槽中 将亚硫酸钙强制氧化为石膏 生成的石膏浆液排出塔外 首先通过石膏浆液旋流器进行预脱水 浓缩后的石膏浆液进入脱水机 将石膏脱水至水分含量低于10 脱水机滤液返回脱硫塔 或进入吸收剂制备系统回收利用 脱水石膏由卡车运出填埋或综合利用 为控制脱硫塔脱硫浆液中Cl 以及重金属离子的浓度 石膏浆液旋流器的溢流除一部分返回脱硫塔外 其它则进入废水处理系统 脱硫系统的主要影响因素 2 影响脱硫效率的主要因素1 浆液PH值较高的PH值有利于石灰石的溶解 提高SO2的俘获率 但高PH值会增加石灰石的耗量 使得浆液中残留的石灰石增加 影响石膏的品质 应根据每天石膏化验结果 燃料硫份合理调节 一般控制在5 4 5 82 钙硫比 Ca S 钙硫比 Ca S 是指注入吸收剂量与吸收二氧化硫量的摩尔比 它反应单位时间内吸收剂原料的供给量 在保持浆液量 液气比 不变的情况下 钙硫比增大 注入吸收塔内吸收剂的量相应增大 引起浆液pH值上升 可增大中和反应的速率 增加反应的表面积 使SO2吸收量增加 提高脱硫效率 按照脱硫工艺的不同 湿法烟气脱硫工艺的Ca S 1 05脱硫效率 90 循环流化床锅炉Ca S 2 脱硫效率达到 90 烟气循环流化床干法脱硫Ca S 1 5脱硫效率 70 半干法脱硫Ca S 1 3脱硫效率 80 烟气后脱硫 3 石灰石根据吸收塔浆液PH值 烟气中SO2含量及烟气量来调节石灰石的配置和加入 运行中有时PH值异常可能是石灰石中CaO含量引起的 石灰石粒径的大小影响其溶解 进而影响脱硫率 4 液气比 L G 单位 升 立方米L m3 液气比 L G 是指与流经吸收塔单位体积烟气量相对应的浆液喷淋量 它直接影响设备尺寸和操作费用 在其他参数值一定的情况下 提高液气比相当于增大了吸收塔内的喷淋密度 使液气间的接触面积增大 脱硫效率也增大 另一方面 提高液气比将使浆液循环泵的流量增大 从而增加设备的投资和能耗 同时 高液气比还会使吸收塔内压力损失增大 增加风机能耗 L G的计算是脱硫公司的专利技术 具体的数值各公司之间的差别较大 一般为12 20L m3 烟气后脱硫 5 进塔烟温根据吸收过程的气液平衡可知 进塔烟温越低 越有利于SO2的吸收 6 粉尘浓度经过吸收塔的洗涤后 烟气中的粉尘都会留在浆液中 其中一部分通过排放废水 石膏排除 另一部分仍会留在吸收塔中 浆液中粉尘过多会影响石灰石的溶解 导则浆液中PH值降低 脱硫效率下降 这时应开启真空皮带机或增大废水流量 连续排除浆液中的杂质 可以恢复脱硫效率 重视电除尘的管理 提高电除尘的除尘效率是保证脱硫设施安全稳定运行的重要条件之一 脱硫系统的主要影响因素 3 影响石膏质量的主要因素1 吸收塔对石膏质量的影响吸收塔的合理设计可以提高液气比 减小液滴直径 高度恰当可延长接触时间 也可提高烟气流速 提高脱硫效率 2 溶液中的杂质对石膏质量的影响浆液中杂质或粒径不合理 生成石膏的杂质增多 影响石膏的质量和使用 3 浆液中PH值对氧化反映的影响PH值对亚硫酸钙和硫酸钙的溶解度有较大的影响 PH值低时溶液中含有大量的亚硫酸钙 结晶使石灰石钝化 当PH值低于5时 亚硫酸钙将生成亚硫酸氢钙 当PH值骤然升高时 急速结晶导致结垢 脱硫系统的主要影响因素 4 氧化反映的影响氧化的好坏影响石膏的生成和质量的提高5 溶液中的过饱和度过饱和度太高会引起结垢 6 石膏残留水分影响石膏残留水分的因素有石膏漩流站的运行压力 漩流子磨损 皮带机滤布的清洁程度 皮带机真空度 滤布冲洗水量等等 通过检查石膏的质量可以反映的脱硫的运行状况石膏 CaSO42H2O 的定期化验的项目 含水率 10 Cl 1000ppm碳酸钙 CaCO3 3 半水亚硫酸钙 CaSO3 1 2H2O 1 不溶解酸 3 石膏含量 100 碳酸钙 半水亚硫酸钙 不溶解酸钙硫比 碳酸钙 100 石膏 172 半水亚硫酸钙 129 1 低NOx燃烧技术 1低过量空气燃烧使燃烧过程尽可能在接近理论空气量的条件下进行 随着烟气中过量氧的减少 可以抑制NOx的生成 这是一种最简单的降低NOx排放的方法 一般可降低NOx排放15 20 但如炉内氧浓度过低 3 以下 会造成浓度急剧增加 增加化学不完全燃烧热损失 引起飞灰含碳量增加 燃烧效率下降 因此在锅炉设计和运行时 应选取最合理的过量空气系数 低NOx燃烧技术 2空气分级燃烧基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成 在第一阶段 将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少到总燃烧空气量的70 75 相当于理论空气量的80 使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧 此时第一级燃烧区内过量空气系数 1 因而降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平 因此 不但延迟了燃烧过程 而且在还原性气氛中降低了生成NOx的反应率 抑制了NOx在这一燃烧中的生成量 为了完成全部燃烧过程 完全燃烧所需的其余空气则通过布置在主燃烧器上方的专门空气喷口OFA overfireair 称为 火上风 喷口送入炉膛 与第一级燃烧区在 贫氧燃烧 条件下所产生的烟气混合 在 1的条件下完成全部燃烧过程 由于整个燃烧过程所需空气是分两级供入炉内 故称为空气分级燃烧法 若用空气分级燃烧方法改造现有煤粉炉 应对前墙或前后墙布置燃烧器的原有炉膛进行改装 将顶层燃烧器改作 火上风 喷口 将原来由顶层燃烧器送入炉膛的煤粉中形成富燃料燃烧 从而NOx生成 可降低15 30 新设计的锅炉可在燃烧器上方设 火上风 喷口 低NOx燃烧技术 3燃料分级燃烧在燃烧中已生成的NO遇到烃根CHi和未完全燃烧产物CO H2 C和CnHm时 会发生NO的还原反应 反应式为 4NO CH4 2N2 CO2 2H2O2NO 2CnHm 2n m 2 1 O2 N2 2nCO2 mH2O2NO 2CO N2 2CO22NO 2C N2 2CO2NO 2H2 N2 2H2O利用这一原理 将80 85 的燃料送入第一级燃烧区 在 1条件下 燃烧并生成NOx 送入一级燃烧区的燃料称为一次燃料 其余15 20 的燃料则在主燃烧器的上部送入二级燃烧区 在 1的条件下形成很强的还原性气氛 使得在一级燃烧区中生成的NOx在二级燃烧区内被还原成氮分子 二级燃烧区又称再燃区 送入二级燃烧区的燃料又称为二次燃料 或称再燃燃料 在再燃区中不仅使得已生成的NOx得到还原 还抑制了新的NOx的生成 可使NOx的排放浓度进一步降低 一般 采用燃料分级可使Nox的排放浓度降低50 以上 在再燃区的上面还需布置 火上风 喷口 形成第三级燃烧区 燃尽区 以保证再燃区中生成的未完全燃烧产物的燃尽 这种再燃烧法又称为燃料分级燃烧 在采用燃料分级燃烧时 为了有效地降低NOx排放 再燃区是关键 因此需要研究在再燃区中影响Nox浓度值的因素 低NOx燃烧技术 4烟气再循环目前使用较多的还有烟气再循环法 它是在锅炉的空气预热器前抽取一部分低温烟气直接送入炉内 或与一次风或二次风混合后送入炉内 这样不但可降低燃烧温度 而且也降低了氧气浓度 进而降低了NOx的排放浓度 从空气预热器前抽取温度较低的烟气 通过再循环风机将抽取的烟气送入空气烟气混合器 和空气混合后一起送入炉内 再循环烟气量与不采用烟气再循环时的烟气量之比 称为烟气再循环率 烟气再循环法降低NOx排放的效果与燃料品种和烟气再循环有关 经验表明 烟气再循环率为15 20 时 煤粉炉的NOx排放浓度可降低25 左右 NOx的降低率随着烟气再循环率的增加而增加 而且与燃料种类和燃烧温度有关 燃烧温度越高 烟气再循环率对NOx降低率的影响越大 电站锅炉和烟气再循环率一般控制在10 20 当采用更高的烟气再循环率时 燃烧会不稳定 未完全燃烧热损失会增加 另外采用烟气再循环时需加装再循环风机 烟道 还需要场地 增大了投资 系统复杂 对原有设备进行改装时还会受到场地的限制 低NOx燃烧技术 5低NOx燃烧器煤粉燃烧器是锅炉燃烧系统中的关键设备 不但煤粉是通过燃烧器送入炉膛 而且煤粉燃烧所需的空气也是通过燃烧器进入炉膛的 从燃烧的角度看 燃烧器的性能对煤粉燃烧设备的可 性和经济性起着主要作用 从NOx的生成机理看 占NOx绝大部分的燃料型NOx是在煤粉的着火阶段生成的 因此 通过特殊设计的燃烧器结构以及通过改变燃烧器的风煤比例 可以将前述的空气分级 燃料分级和烟气再循环降低NOx浓度的大批量用于燃烧器 以尽可能地降低着火氧的浓度适当降低着火区的温度达到最大限度地抑制NOx生成的目的 这就是低NOx燃烧器 低NOx燃烧器得到了广泛的开发和应用 世界各国的大锅炉公司 为使其锅炉产品满足日益严格的NOx排放标准 分别开发了不同类型的低NOx燃烧器 可达到NOx降低率一般在30 60 低NOx燃烧技术 层燃炉降低NOx排放的方法我国使用最普遍的层燃炉是链条炉 链条炉燃料层燃烧过程本身存在着类似于空气分级燃烧的特点 其NOx排放比煤粉炉低得多 在450mg Nm3以下 可以采用适用于煤粉炉的低NOx燃烧技术 如采用低过量空气系数 可降低20 如在除尘器后将再循环烟气引入炉膛内 可降低20 采用燃料分级燃烧时 可降低50 在线监测 固定污染源烟气排放连续监测系统简称CEMS 标准的监测项目为8个参数 二氧化硫量 SO2 氮氧化物量 NOx 颗粒物量 烟尘 3个污染物参数和对应的湿基流量 包含流速 温度 压力 3个排放参数 以及换算干基用的氧量 O2 湿度 RH 2个参数 监测方法按采样方式可分为直接抽取法 稀释抽取法和直接测量法 在线监测 烟气排放连续自动监测系统由现场监测子站和中心站监控系统组成 监测子站安装在污染源现场 中心站安装在企业或上级管理部门的计算机上 子站连续24小时对烟气排放情况进行自动监测 并将结果保存在现场计算机上 烟气分析仪通过分流器一路进入DCS系统 一路通过数据采集卡进入在线监测电脑进行显示记录 一路上传运城市环保网 直接与地方环境监理系统联网 将监测数据实时准确地传送到环保管理部门中心站通过有线或无线方式将现场监测数据采集到本地计算机上 并对数据进行整理 报表 打印 发布等处理 在线监测存在的问题 CEMS存在的主要问题 1 标准