火电厂湿法脱硫设备优化计算及运行维护管理信息系统研究与应用.pdf

2 0 1 2年 1 2月 第 4 O卷 第 6期 总第 2 2 3期 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r De c ． 2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No．6 Se r ． No． 2 23 火 电厂湿法脱硫设备优化计算及 运行维护管理信息系统研究与应用 Re s e a r c h a n d Ap p l i c a t i o n o n Op t i mi z e d Ca l c u l a t i o n a n d Op e r a t i o n＆ ． Ma i n t e n a n c e M a na g e me nt Sy s t e m f o r W FGD Eq ui p me nt i n Th e r ma l Po we r Pl a n t 郝 竹筠 ， 王 1 ． 吉林省电力有限公 司电力科 学研 究院， 长春 彦 ， 吴春 华 1 3 0 0 2 1 ； 2 ． 大唐向阳风电有限公司， 长春1 3 0 0 3 3 摘 要 针对火 电厂脱硫 系统运 行存 在的管路磨损 、 腐蚀泄漏 、 热工传感器故 障率 高及机组调峰运行方式下脱硫 系 统 附属设备运行 利用 率低等 问题进行 了系统分 析研究 ， 对机组 调峰状态 下脱硫设 备优化 运行参数 进行 了计算 。 建 立 了火 电厂湿法脱 硫设 备运维 管理 系统 ， 并在 吉林 省某 电厂应 用 ， 为火 电 厂脱硫 设施 安全 经济 运行提 供 了重要 保 障。 关键词 湿法脱硫 ； 运 行维护管理信息系统 ； 优 化计 算模型 中图分 类号 X 7 0 1 ． 3 文献标志码 B 文章 编号 1 0 0 9 5 3 0 6 2 0 1 2 0 6 0 0 0 9 0 3 国内电厂脱硫系统技术上存在管路磨损 、 腐蚀、 泄漏 、 浆 液泵转子磨损大 、 热工传感 器故 障率 高、 机组调峰运行方式下脱硫系统附属设备运行利用率 低及电耗大等问题 ； 管理上存在设备管理模式粗放 、 设备状态评价和预警不足、 设备缺陷管理分析深度 不够 、 定期 的化验分析制度不完善等问题 ； 脱硫运行 理论方面缺少从机组负荷 、 煤质、 烟气 、 二氧化硫、 亚硫酸钙、 硫酸钙及吸收塔反应所需碳酸钙和氧气 的计算分析， 缺少体系性的管理指导等问题 ， 使脱硫 设备管理达不到预期状况 ， 对发电企业脱硫设施运 行有一定影响。 因此 ， 有必要建立脱硫设备运维管理 体系， 采用 先进 的信息化技术手段 ， 全面提高脱硫 设备管理水平， 确保脱硫设备安全、 经济运行 。 1 机组调峰状态下脱硫设备优化运行计算 根据机组负荷、 煤质等数据计算出烟气二氧化 硫 、 吸收塔亚硫酸钙、 硫酸钙及吸收塔反应所需碳酸 钙和氧气的量 ， 根据脱硫 附属设备特点得出浆液泵 、 石膏排除泵、 供浆泵等设备优化运行方式 ， 为脱硫设 备优化运行提供数据支持 ， 使脱硫设备管理达到预 期状 况 。 1 ． 1 脱硫设备优化运行计算模型构成 在机组满负荷 和脱硫 化学反应充分完 全条件 下， 由煤质热值和机组负荷确定锅炉燃煤量， 根据燃 煤量和煤含硫量确定产生的二氧化硫量 ， 由二氧化 硫量确定可生成 的亚硫酸量钙量 ， 进而确定可生成 的硫酸钙量 ， 根据二 氧化硫量可确定完全反应下所 需的碳酸钙量 ， 根据 亚硫酸钙量可确定完全反应所 需的氧气量或空气量 ， 脱硫主要参数系统控制量见 图 1 机组负荷 燃煤量 煤 质 灰分 锅 炉 吸 收 塔 图 1 脱 硫 系统 备 主 要 参 数 控 制 量 构 成 机组脱硫设计是以机组额定负荷下的工况为 主， 兼顾其他工况 ， 但在实际调峰运行方式 下， 由于 机组负荷波动大 ， 脱硫附属设备的投入方式选择缺 乏脱硫运行理论计算数据支持 ， 运行处于非有序状 态 ， 缺乏设备状态评价等因素 ， 使调峰状态下机组的 脱硫附属系统仍处于额定负荷方式运行 ， 造成设备 收 稿 日期 2 0 1 2 - 1 0 1 0 作者简 介 郝竹筠 1 9 6 4 一 ， 女， 高级 工程 师， 从事 电力科技信 息技 术工作。 9 圊 一 一 一 一 一一 一 ～ ～ 一 2 0 1 2年 1 2月 第 4 0卷 第 6期 总第 2 2 3期 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r De c ． 2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 6 S e r ． NO ． 2 2 3 磨损加大 ， 运行成本提高 。 机组调峰方式下的脱硫设备优化运行计算模型 是基于调峰方式下机组负荷、 燃煤量 、 二氧化硫量 、 亚硫 酸钙 量 、 硫 酸钙 量 、 脱硫 反应 所需碳 酸钙 量和 氧 量等理论计算量 ， 考虑机组的脱硫效率 、 各种物质纯 度 ， 根据浆液泵 、 氧化风机、 供浆泵 、 石膏排出泵等各 附属设备运行能力、 控制指标及安全要求选出优化 的附属设备运行模式。 1 ． 2脱 硫反 应机 理 煤 中硫在炉膛中与氧气反应 ， 生成二氧化硫 ， 湿 法脱硫系统是利用石灰石 C a C O。 作为吸收剂 ， 吸 收并除去烟 气 中的二氧化 硫， 生 成石膏 C a S O 2 H O 。该方法运行可靠性高， 脱硫效率高 ， 能够适 应大容量机组、 高浓度二氧化硫含量的烟气条件， 工 业 应用 中脱 硫效率 可达 9 5 9 ／ 6 以上， 同时吸收剂价 廉 、 易得且利用率高 ， 副产品石膏具有综合利用 的商 业价值 。 1 ． 3 优化计算模型 1 ． 3 ． 1 化学反应 1 0 0 ％参加反应平衡计算模型 M s o 2 M c a c o 3 一 一 M ca s o 4 2 H 2 0 1 十一 ‘I J s 2 mca CO 3 mo 2 mc a S O4 2 H 2 O 式 中 为 S O 摩尔 质量 ； m s n 为 S O 质量 ； Me c 为 C a C O。 摩尔质量； c 为 C a C O。 质量 ； 为 0 2 摩 尔 质 量； m 为 02 质 量 ； Mc s ． 2 为 C a S O4 2 H2 O摩尔质量 ； mc s 【 】 _ ． 2 H 为 C a S O 2 H2 O质量 。 1 ． 3 ． 2 F G D 湿法脱硫 系统各控制量模型 1 ． 3 ． 2 ． 1 S O 产生 量模 型 W s 一2 B S K 2 式 中 为 S O 排放量 ； B 为锅炉燃煤量 ； ， 为燃 煤中的硫分 ； K 为烟气中 S O 转化份额 。 1 ． 3 ． 2 ． 2 F GD入 口烟气量模型 F GD入 口烟气量与锅炉 的蒸发量 和燃煤 中的 灰分有关 ， 据此建立如下模型 G一 3 b一1丽干 一 L 式 中 G为 F GD入 口烟气量； W 为锅炉的蒸发量 ； A 为燃煤 中的灰分 。 1 ． 3 ． 2 ． 3 F GD人 口S O2 模型 F G D入 口二氧化硫浓度和锅炉蒸发量 、 燃煤中 的硫分及入 口烟气量有关 ， 据此建立模型如下 p s o 2 1 O 4 式 中 』 D s 为 F GD人 口S O2 质量浓度 ； G为 F G D人 口烟气量。 1 0 1 ． 3 ． 2 ． 4 浆 液流量 模 型 石灰石浆液 的流量主要 由浆液 p H值 、 石灰石 浆液浓度和烟气量来决定 Q 1 0 0 C 1 X G 2 X 1 0 - p H 1 。 5 式 中 Q为石灰石浆液流量 ； 为流量系数 1 ； C 为石灰 石 浆液 质 量分 数； C 为石 灰 石浆 液 的 密度 。 1 ． 3 ． 2 ． 5 石 灰石 量模 型 脱除烟气中 S O。 需纯度为 Ac ㈤ 的石灰石量 的 模 型 c 【 一 s Xk c ／ s c 6 式 中 m 为 去 除 S O 所需 石 灰 石 质 量 ； ， n 为烟 气中 S O 质量 ； k c a ／ s 为钙硫比， 取 1 ． 0 2 ； A ． 】 为石灰 石纯 度 。 1 ． 3 ． 3 吸收塔各调整量关系曲线 a ． F GD系统脱硫效率与入 口二氧化硫质量浓 度关系曲线见图 2 。 根据化学反应动力学， 其吸收过 程是可逆的， 各组分浓度受平衡浓度制约 。在 C a ／ S 摩尔 比一定 的条件下， 随着 S O 质量浓度增加 ， 受 液相吸收能力的限制 ， 脱硫效率将下降。 、 博 誉 人口二氧化硫质量浓度 ／ m g 11 1 图 2 F G D 系统脱硫效率与入 13 二氧化硫质量浓度关 系的 曲线 b ． F GD系统脱硫效率 与石灰石浆液质量浓度 的关系曲线见图 3 。随着烟气与脱硫剂反应 的进行 ， 吸收塔 的浆液密度不断升高， 当密度达到一定值时 ， 浆液 中 C a s O 2 H O对 S O 的吸收有抑制作用 ， 脱硫率会有所下降。 C ． F GD系统脱硫效率与浆液 p H值的关系曲线 见图 4 。低 p H 值有利于石灰石 的溶解和 C a S O。 1 ／ 2 H o的氧化 ， 高 p H值则有利 于 S O 的吸收 ， 因 此 ， 选择一合适的 p H值对烟气脱硫反应至关重要 。 吸收塔浆液 p H值通常选择在 5 ． 0 ～6 ． 0 之 间， 通过 调整石灰石浆液流量进行控制。 2 0 1 2 年 1 2月 第 4 0卷 第 6期 总第 2 2 3期 吉 林 电 力 J i l i n E l e c t r i c P o we r De c ．2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 6 S e r ． No ． 2 2 3 组调峰方式下的脱硫设备优化运行计算， 给出优化 运行建议 ； 文档管理包括标准库、 管理制度 、 技术标 准、 作业指导书、 案例库 、 理论经验、 设 备说 明书 ； 组 织信息包括工作职责 、 人员档案 ； 系统维护包括编码 维护 、 判 据维护、 系统 配置、 基本信息维护 、 权限维 护、 设备类型维护、 用户管理 ； 帮助文档即问题指南。 1 O 4 O 1 0 8 0 1 1 2 0 1 1 6 0 1 2 0 0 浆 液 质 量 浓 度 m 3 脱硫设备运行 维护管理信息 系统 的应用 图 3 F GD系统脱硫 效率与石灰石浆液质量浓度关 系曲线 、 堪 娶 5 ． 0 5 ．2 5 ． 4 5 ． 6 S 8 6．0 石灰石浆液 p H值 图 4 F G D 系统脱硫效 率与浆液 p H值关 系曲线 2 脱硫设备运行维护管理信息系统 脱硫设备运行维护管理信息系统可 以对脱硫设 备台账、 缺陷、 材料分析、 运行检修 、 运行参数、 设备 供应商等进行数据管理和分析 ， 实现缺陷发现 、 处理 方案、 消缺及验收的闭环管理， 同时可以从设备缺陷 到设备 台账、 备品备件 、 供应商等联 动分析 ， 了解供 应商的设备总量 、 缺陷状态和家族缺陷 ， 加强备品备 件的采购改进 。通过对运行维护中的设备问题综合 统计分析 ， 实现脱硫设备优化。 信息系统根据机组 调峰状况下负荷 、 煤质等数 据计算出产生的二氧化硫量 、 亚硫酸钙量 、 硫酸钙量 及所需 的碳酸钙和氧气量 ， 根据脱硫附属设备特点 得出浆液泵、 氧化风机 、 石膏排出泵、 供浆泵等设备 优化运行方式， 供运行人员参考。 脱硫设备运行维护管理信息系统功能主要包括 1 1 项内容 。 基本信息包括电厂信息、 设备 台帐、 变更 记录、 设备履历 ； 运维数 据包括定期 工作 、 工作周期 管理、 定期维护记录、 定期检修记录、 注油记录； 缺陷 闭环包括缺陷记录、 家族缺陷管理 ； 技术管理包括缺 陷统计分析、 设备更换分析、 缺陷次数统计、 设备更 换次数统计 、 注油记 录查询、 定期维护提醒 ； 供应商 管包括供应商信息 、 供应商供应供货统计 、 供应商设 备及缺陷统计 ； 备品备件包括仓库布置管理、 备 品备 件入库 、 备品备件 出库、 库存统计 ； 优化计算包括机 脱硫设备运行维护管理信息系统在吉林省某电 厂 2台 6 7 0吨锅炉湿法脱硫设备进行了应用 。系统 通 过输入的数据 ， 可计算出运行情况下需要 的石灰 石量 、 氧气量以及生成的石膏量 ， 根据计算结果来对 浆液循环泵、 氧化风机 、 皮带脱水机提出相应的优化 建议 ， 为达到设备的经济运行提供了技术支持 。 通过 系统实现了缺陷闭环管理 ， 如某运行人员巡视时发 现石膏脱水系统的石膏旋流器底流减小 ， 上报上级 后 ， 给出“ 停止石膏排出泵运行 ， 人工清洗旋流器及 管道 ， 联系检修人员前来处理， 更换相应部件 ” 的处 理 意见 ， 检修人员根据处理意见及设备实际运行情 况 ， 清洗旋流器， 相关单位验收合格后 ， 重新启动石 膏排出泵投入运行 。系统实现对脱硫设施运行和停 备期间检查 、 维护、 保养工作 ， 到期时间和责任部门 进行有效提醒 ， 进一步提高设备运行可靠性 ， 降低设 备故障发生率 ， 能够及时发现设备运行或备用状 态 的故障和隐患 ， 及时采取有效的防范措施 ， 对设备做 到可知、 可控 ， 以有效防止设备隐患的积累而导致事 故 的发生 ， 保证设备安全稳定运行。 4 结论 脱硫设备运维管理信息系统通过对机组调整峰 状态下脱硫设备优化运行计算 ， 给出 F GD 烟气脱 硫 系统浆液循环泵等转 动设备在不同负荷和煤质 的情况下合适运行方式 ， 可有效提高脱硫效率 、 降低 脱硫系统耗 电率 ， 使脱硫系统经济运行。同时， 脱硫 设备运行维护管理信息系统利用计算一体化数据挖 掘技术 ， 实现脱硫设备缺陷分析、 设备更换分析 、 定 期工作实现提醒， 使设备运行管理更加系统化 、 规范 化 ， 降低了设备故障率 ， 提高设备运行的可靠性 。 编辑韩桂春 舛 褂餐缮鼙 ％ 舛 ∞