火电厂烟气脱硫装置自动控制系统分析.docx
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火电厂烟气脱硫装置自动控制系统分析
重庆电力高等专科学校
毕业设计说明书
设计题目：
火电厂烟气脱硫装置自动控制系统分析
专业：
工业热工控制技术
班级：
热控1011
学号：
20100
姓名：
指导教师：
成福群
重庆电力高等专科学校动力工程系
二〇一三年六月
目录
毕业设计（论文）任务书………………………………………………………………………1
引言……………………………………………………………………………………………2
1SO2排放现状及脱硫目的……………………………………………………………………3
1.1我国SO2排放现状……………………………………………………………………3
1.2SO2的危害……………………………………………………………………………3
1.3烟气脱硫的目的……………………………………………………………………4
2发展海水脱硫的必要性……………………………………………………………………4
2.1海水烟气脱硫的前景………………………………………………………………4
2.2国内外烟气脱硫方法的发展情况…………………………………………………6
2.3海水烟气脱硫技术的研究现状……………………………………………………7
3海水脱硫概述………………………………………………………………………………8
3.1海水烟气脱硫原理…………………………………………………………………8
3.2海水脱硫的工艺流程………………………………………………………………11
3.3海水烟气脱硫系统的设备及回路…………………………………………………14
4海水烟气脱硫控制系统……………………………………………………………………16
4.1控制方式……………………………………………………………………………16
4.2控制系统概述………………………………………………………………………16
4.3数据采集系统………………………………………………………………………21
4.4模拟量控制系统……………………………………………………………………22
4.5顺控系统……………………………………………………………………………23
4.6保护连锁系统………………………………………………………………………24
4.7FGD控制系统与单元机组控制系统的关系………………………………………24
5国内海水脱硫实例………………………………………………………………………25
6结论………………………………………………………………………………………29
工作小结……………………………………………………………………………………30
致谢…………………………………………………………………………………………31
参考文献……………………………………………………………………………………32
毕业设计（论文）任务书
一、毕业设计（论文）任务的具体内容与要求
（一）设计任务
电力行业的迅速发展一方面促进了国民经济的发展；另一方面，大量燃煤电厂耗煤量已经占全国总量的40%左右，所带来的煤烟型大气污染对全国的生态环境也产生了严重的影响和损害。
火力发电厂排烟中的SO2的浓度虽然低，但总量极大。
火电厂的SO2排放量均居全国各行业的第一位，SO2排放量占全国排放量的40%～50%。
本课题的主要任务是对火电厂脱硫自动控制方案进行探讨，并结合实例进行分析。
（二）设计成品
1．设计说明书一份：
（1）毕业设计说明书要条理清楚、文字通顺、整齐美观、格式规范；
（2）设计说明书不少于15000字，并有必要的图表，设计图不少于5张；
（三）基本要求
1．能正确分析火电厂脱硫装置热力系统；
2．能正确分析火电厂脱硫装置的控制方案；
3．能正确分析火电厂脱硫装置自动控制系统。
二、推荐的主要参考文献
1．周根来孟祥新编著．电站锅炉脱硫装置及其控制技术[M]．中国电力出版社，2009
2．阎维平编著．电站燃煤锅炉石灰石湿法烟气脱硫装置运行与控制[M]．中国电力出版社，2005
3．西安电力高等专科学校、大唐韩城第二发电有限责任公司编．600MW火电机组培训教材---辅助系统分册[M]．中国电力出版社，2006
4．刘吉臻、白焰主编．电站过程自动化[M]．机械出版社，2007
指导教师（签字）成福群
签发日期2013年4月8日
火电厂烟气脱硫装置自动控制系统分析
摘要：
目前对于大型燃煤火电机组的烟气脱硫，90%以上机组采用的是以石灰石-石膏法为主的湿法脱硫工艺，本文介绍了一种纯海水烟气脱硫工艺，及在火电厂的工业应用。
与目前广泛使用的石灰石-石膏湿法脱硫技术相比，海水烟气脱硫具有脱硫效率高、运行成本低、投资少、系统简单可靠、无添加物、无副产品等明显优势，对于国内及东南亚地区数量庞大的海边电厂来讲，釆用海水脱硫将具是很好的选择。
针对海水脱硫工艺在国内刚起步的现状，简述海水法烟气脱硫工艺的原理、流程。
介绍了烟气脱硫装置的运行参数检测和控制及连锁保护。
特以华能海门电厂1000MW的大机组作为例子集中分析。
经海水处理后的烟气达到国家环保标准，其效率达97.18％。
为海滨燃用低硫煤火力发电厂烟气脱硫系统选择提供依据。
关键词：
海水烟气脱硫；控制；海门电厂
TheAnalysisofAutomaticControlSystemsofFGDforThermalPowerPlant
Abstract:
Atpresentforlargecoal-firedfluegasdesulfurizationofthermalpowerunits,morethan90%oftheunitispredominantlyagypsummethod,limestonewetdesulphurizationprocess,thispaperintroducesakindofpureseawaterfluegasdesulfurizationprocess,andtheindustrialapplicationincoal-firedpowerplant.Withthewidespreaduseoflimestonegypsumwetdesulphurizationtechnologycomparedtoseawaterfluegasdesulfurizationwithhighdesulfurizationefficiency,lowrunningcost,lessinvestment,simplesystemandreliable,noadditives,noby-productsandotherobviousadvantages,forthevastnumberofthecountryandsoutheastAsiaseapowerplant,thecalculationwithseawaterdesulfurizationisagoodchoice.Basedonthestatusofseawaterdesulfurizationtechnologyindomesticstart-ups,brieflydescribestheprincipleofseawaterfluegasdesulfurizationprocess,process.Introducedtheoperationofthefluegasdesulfurizationdeviceparameterdetectionandcontrolandinterlockprotection.Especiallywithhuanenghaimenpowerplant1000mwunitasanexampleofcentralizedanalysis.Afterwatertreatmentinthesmokemeetthenationalenvironmentalstandards,itsefficiencyupto97.18%.Chosenforaseasideburninglow-sulfurcoalthermalpowerplantfluegasdesulfurizationsystemprovidesthebasis.
Keywords:
seawaterfluegasdesulfurization;Control;Haimenpowerplant.
前言
近10多年来，随着我国国民经济增长，对电力方面的需求也越大。
大容量、高参数、高效率的大型机组在我国日益普及。
作为主要电源供应的燃煤发电机组逐年增加，电力工业煤炭的消耗量约为全国原煤产量的40%。
燃煤火力发电装置排放的对人类生存环境构成直接危害的主要污染物有粉尘、二氧化硫、氮氧化物及二氧化碳。
我国火电厂动力用煤的特点是高灰分、高硫分煤的比例较大，而且几乎不经任何洗选等预处理过程，同时，火电厂硫氧化物排放的总量大而且集中。
因此，火电厂的硫氧化物排放控制工作倍受重视。
随着国家对环保工作的日益重视，对于主要大气污染物
排放的重点行业一火电厂，根据环保法规的要求，火力发电厂均必须安装烟气脱硫装置。
在锅炉炉膛内的燃烧环境下，几乎煤中所有的可燃硫分均会迅速转化成为SO2。
对占绝大多数的常规燃煤粉电站锅炉，其炉内燃烧温度很高，现在尚没有可以在炉内燃烧过程中高效脱除SO2的可行技术，也不可能通过改进炉内燃烧过程来抑制SO2的生成，所以尾气脱硫成了大多数电厂选择的脱硫方法。
近年来，大量的脱硫装置投入运行，绝大多数脱硫工艺采用的是石灰石-石膏湿法脱硫技术,而对于为数众多的海边电厂来讲，与石灰石-石膏湿法脱硫技术相比，海水脱硫工艺具有脱硫效率高、运行成本低、投资少、系统简单可靠、无添加物、无副产品等明显优势，釆用海水脱硫将是海边电厂的很好选择。
目前运用海水脱硫的海滨电厂有华能海门电厂、深圳妈湾电厂等。
1SO2排放现状及脱硫目的
1.1我国SO2排放现状
我国是燃煤大国，一次能源中燃煤约占75%，而S02排放量的90％来自燃煤。
在S02排放中，燃煤发电厂占总量53.3%工业锅炉占38.8%，工业蜜炉占7.97%。
电力、化工、冶金、建材等工业是排放S02的主要工业群。
我国已探明的一次能源储备中，煤炭约占总储量的90%。
在我国一次能源的生产和消费构成中，煤炭约占2/3，是我国能源工业的支柱。
2004年，我国原煤产量接近17亿t，预计2005年我国的原煤产量将达到20亿t。
我国的经济发展需要长期依赖煤炭提供可靠的能源供应，以煤炭为主的能源格局在今后相当长的一段时间内不会改变。
1.2SO2的危害
SO2是当今人类面临的主要大气污染物之一，其2/3以上来源于人类的生产活动，其余来源于天然污染源。
SO2的污染属于低浓度、长期的污染，对人类的健康、自然生态环境、工农业生产等方面均造成很大的危害。
一、SO2对人体健康的危害
SO2是一种无色具有强烈刺激性气味的气体，易溶于人体的体液和其他黏性液中，长期的影响会导致多种疾病，如：
上呼吸道感染、慢性支气管炎、肺气肿等，危害人类健康。
SO2在氧化剂、光的作用下，会生成使人致病、甚至增加病人死亡率的硫酸盐气溶胶，据有关研究表明，当硫酸盐浓度在10μg/m3左右时，每减少10%的浓度能使死亡率降低0.5%。
二、SO2对植物的危害
研究表明，在高浓度的SO2的影响下，植物产生急性危害，叶片表面产生坏死斑，或直接使植物叶片枯萎脱落；在低浓度SO2的影响下，植物的生长机能受到影响，造成产量下降，品质变坏。
三、SO2对金属的腐蚀
大气中的SO2对金属的腐蚀主要是对钢结构的腐蚀。
据统计，发达国家每年因金属腐蚀而带来的直接经济损失占国民经济总产值的2%～4%。
由于金属腐蚀造成的直接损失远大于水灾、风灾、火灾、地震造成损失的总和。
且金属腐蚀直接威胁到工业设施、生活设施和交通设施的安全。
四、对生态环境的影响
SO2形成的酸雨和酸雾危害也是相当的大，主要表现为对湖泊、地下水、建筑物、森林、古文物以及人的衣物构成腐蚀。
同时，长期的酸雨作用还将对土壤和水质产生不可估量的损失。
1.3烟气脱硫的目的
减少二氧化硫的排放，从而减少酸雨对人体健康的危害，减少对植物的危害，减少对金属的腐蚀，减少对生态环境的影响，维持我国社会和经济的健康可持续发展。
2发展海水脱硫的必要性
目前用于脱硫的方法有石灰石-石膏法烟气脱硫、旋转喷雾干燥烟气脱硫、海水脱硫、电子束法脱硫、氨水洗涤法脱硫、烟气循环流化床脱硫、炉内喷钙尾部增湿烟气脱硫、磷铵肥法烟气脱硫等，其中石灰石-石膏法脱硫是应用最广泛的一种脱硫技术。
与目前广泛使用的石灰石-石膏湿法脱硫技术相比，海水脱硫具有脱硫效率高、运行成本低、投资少、系统简单可靠、无添加物、无副产品等明显优势，对于国内及东南亚地区数量庞大的海边电厂来讲，釆用海水脱硫将具是很好的选择。
2.1海水烟气脱硫的前景
一、石灰石-石膏脱硫在发达国家的应用现状
经验表明,石灰石-石膏脱硫技术是一种最成熟的脱硫工艺,占所有脱硫技术的36.7%左右,这与一些发达国家的地理、资源状况息息相关。
如烟气脱硫装置相对占有率最大的日本,其煤资源、石膏资源匮乏,而石灰石资源极为丰富,烟气脱硫的石膏产品在日本得到广泛的应用。
而美国内陆电厂多,天然石膏和硫磺资源也相当富余,而且其地理幅员辽阔,其脱硫后的副产品大多采取抛弃堆存。
二、脱硫石膏资源综合利用在我国存在的问题
目前,石灰石-石膏脱硫的副产品石膏,只要质量稳定、价格合理还是有销路的,但我国脱硫石膏资源综合利用存在以下问题:
1、石膏是一种用量大、运输量大而价格低廉的产品,往往运输费用大大超过石膏本身的价格,因而运费在很大程度上决定脱硫石膏能否代替天然石膏。
2、我国除了浙江、福建、黑龙江三省外,所有地区都有非常丰富的天然石膏资源,已探明的天然石膏储量大约为570×
t,居世界首位,年产10×
t以上的大型矿山有50多个。
3、脱硫石膏往往颜色偏深,质地优良的脱硫石膏是纯白色的,但常见的脱硫石膏是深灰色或带黄色,作为粉刷石膏和装饰石膏将影响外观,这与脱硫石膏中特定的氯和飞灰含量有很大的关系,而且目前我国脱硫石膏的深加工技术落后也严重制约了脱硫石膏的利用。
这些原因导致我国脱硫石膏综合利用率不高,如果因此而设立专门的储存场,不仅投资大,占用大量土地资源,而且对周边环境会造成不利的影响。
三、海水脱硫是否对环境造成影响
我国具有3.2万公里的海岸线，所以海水脱硫在我国具有先天的条件。
沿海城市一般经济都比较发达，环境也污染比较严重。
而海水脱硫普遍关注的是脱硫后的海水回流对海洋环境的影响。
经过海水脱硫工艺系统后的海水,其海水水质的变化主要表现在
质量浓度增加,海水pH值下降,化学耗氧量（COD）增加,溶解氧（DO）下降,水温略有升高,低浓度飞灰和痕量重金属元素有所变化。
表1石灰石-石膏脱硫与海水脱硫性能比较
发电厂名称
沙角A厂
妈湾电厂
脱硫方法
FGD
海水法
厂家
美国ECE
ABB
脱硫效率/%
95
90
燃煤硫分/%
0.91
0.63
钙硫物质的量比
1.03
0
吸收剂
石灰石粉
海水
操作条件
复杂
一般
总投资额/万元
27374
17600
单位投资/（元
）
913
587
脱硫单位成本/（元
）
57189
49252
每度电增加成本/（元
）
00389
00182
注:
沙角A厂和妈湾电厂同为300MW级机组,应用在这两个发电厂的脱硫方法的成熟度相同,都投入了商业化运行。
FGD脱硫工艺相对海水脱硫工艺较复杂,其燃烧适应的煤种不限,海水脱硫只能燃烧低硫煤种,两种脱硫方法所用设备的占地面积大,海水脱硫法尤甚。
海水脱硫法如果采用海水加氢氧化钠,则脱硫率可达95.1%。
但分析比较了脱硫系统引入及排出海水水质,未发现明显的变化。
排放海水中增加的微量元素主要来自飞灰,其含量远低于排放标准,不影响海水环境。
挪威BERGEN大学雨系和海洋生物系对采用海水脱硫的StatiolMongstad炼油厂所在海域进行了长达5年（1989-1994）的跟踪监测,没发现海水脱硫工艺的排放物对海洋生物造成任何影响和危害。
监测结果如下:
（1）重金属方面。
在各采样点和各采样周期,重金属含量的变化由泥土自然变化产生。
对此区域富集动物群调查表明,在排放口附近没有重金属沾积的迹象,且观测值对环境看来没有影响。
（2）海底生物群方面。
采样调查证明海底生物具有良好的环境条件。
自1989年以来生物种类及个体数量均有增加。
生物种类的多样性和均匀性在渐升高。
对深圳西部电厂4号机组海水脱硫系统监测分析结果也表明:
海水脱硫后的回流水对电厂周边海域的影响微乎其微。
四、结论
石灰石-石膏脱硫应用范围广,对于200MW级或以上的机组都可采用,并且对各种含硫率的燃煤机组都适应,在湿法烟气脱硫应用中所占比例最大。
对我国的海滨电厂而言,因地制宜采用海水脱硫装置,其系统可靠,不会出现象石灰石-石膏脱硫装置出现的结垢或堵塞现象,具有极高的系统利用率,不产生任何固态或液态废弃物,无须采购、运输、制备其他添加剂,最大程度地减少烟气脱硫装置对环境带来的影响;还具有投资省,运行费用低的特点。
利用丰富的海水资源进行烟气脱硫是一种既经济可行又能够实现自然资源综合利用的有效方法,采用海水脱硫也符合国家可持续发展的环保政策,这对我国的海滨电厂有较大的投资吸引力。
2.2国内外海水烟气脱硫方法的发展情况
海水脱硫与其它烟气脱硫技术相比，具有脱硫效率高，运行成本低，系统简单、投资少等特点。
早在上个世纪60年代末，美国加州伯克利大学就研究了利用海水中天然碱度来吸收烟气中SO2的工艺原理。
在此基础上，上个世纪70年代，挪威ABB-Flakt公司和Norsk-Hydro公司合作，经实验台装置成功运行后，确立了Norsk-Hydro工艺，在挪威广泛用于炼油厂及工业窑炉的烟气脱硫。
挪威以ALSTOM（阿尔斯通）技术（曾称为ABB）为主流，世界上已经投产项目中，采用ALSTOM技术的占有率达到80%，其它技术还有德国比绍夫和日本富士化水。
近年來有30多套海水脱硫装置投入或即将投入运行，例如：
1974年成功地应用于Porsgurnn的工业燃油锅炉烟气脱硫；1988年在挪威Husnes炼销厂实施了F-FGD（FlueGasDeesulfurization）工艺；同年印度塔塔（TaTa）电厂位于海边河口地区的Trombay（特罗姆贝）电厂5号机组（500MW）部分烟气脱硫分期实施了厂F-FGD工艺，其中第一期125MW烟气脱硫采用预冷却器，这是世界上第一台用海水进行火电厂FGD的装置，第二期125MW容量烟气脱硫改用气-气热交换器（GGH），1994年投产，1995年，西班牙UNELCO电厂在4台80MW机组安装；1999年印度尼西亚Paition电厂4×335MW使用海水脱硫投入运行；马来西亚发电厂2×700MW机组于2002~2003年先后投入运行;英国苏格兰电力公司地处重要生态保护区的Lorrgannet电厂4×600MW燃煤发电机组的海水脱硫装置于2005年建设;其它如：
日本炼油厂270MW，塞浦路斯130MW也都在建设之中。
国内海水脱硫工程也以挪威的ALSTOM（原称入ABB）的技术为主。
最早，深圳市能源集团妈湾发电总厂西部电厂4号机组（300MW）从挪威引进1套ALSTOM纯海水脱硫系统，于1998年底竣工，并于1999年3月8日通过72h的连续运行并移交生产。
通过运行实践证明：
该装置系统及设备运行状况良好,各项性能指标达到或优于设计要求，脱硫效率稳定在92%，工艺排水pH值大于6.7。
同时，被国家环保总局部署为海水脱硫示范工程。
2004年2月23曰，西部电厂5、6号机组（2×300mw）海水脱硫装置建成投运，2004年9月，5、6号机组海水脱硫通过国家环保总局的竣工验收。
以后相继共建成6套300MW海水脱硫装置。
2.3海水烟气脱硫技术的研究现状
海水烟气脱硫技术是湿法脱硫技术的一种，适用于建于海边、釆用海水冷却的电厂，由于海水脱硫工艺中使用电厂冷却水作为脱硫剂，不产生任何废弃物，系统运行可靠，相比其他湿法脱硫工艺其具有非常低廉的运行成本，目前全世界约有30%的燃煤电厂建于海边，使海水脱硫技术的发展具有很大的需求推动。
发展到今天，海水烟气脱硫已有40多年的历史，早在20世纪60年代，美国加州波克利大学就进行了海水脱硫的工艺机理研究，海水烟气脱硫装置最早作为炼铝厂、炼油厂等非燃煤工业的配套设施而被广泛应用，在欧洲的挪威、英国、荷兰、西班牙、塞浦路斯等国有数十套海水烟气脱硫装置投运，但目前海水烟气脱硫工艺在海边电厂的应用还比较少，在国内尚处于起步阶段，国内投运的海水脱硫机组见表2。
表2我国火电厂海水烟气脱硫汇总
电厂名称
装机容量
技术支持方
S02浓度，mg/Nm
脱硫效率
备注
深圳西部电厂
4×300MW
阿尔斯通
含硫量0.63%
90%
已投运
漳州后石电厂
6×600MW
富士化水
820ppm（6%
）
90%
已投运
青岛发电厂一期
2×300MW
阿尔斯通
2732（6%
）
90%
已投运
青岛发电厂二期
2×300MW
阿尔斯通
2732（6%
）
90%
已投运
厦门嵩屿电厂
4×300MW
东方锅炉
1517（6.31%
）
95%
已投运
黄岛电厂
2×660MW
阿尔斯通
1788（6%
）
90%
已投运
日照电厂
2×350MW
阿尔斯通
1788（6%
）
90%
已投运
日照电厂
2×600MW
阿尔斯通
1788（6%
）
90%
已投运
秦皇岛电厂
1×300MW
阿尔斯通
1788（6%
）
90%
已投运
在国外，印度TaTa电厂于1988年和1995年建成二套纯海水烟气脱硫工艺装置，各用于该厂500MW发电机组的1/4烟气量脱硫。
印尼LAWAPation电厂二期2×600MW机组海水烟气脱硫装置于1999年建成投产。
沙特YanbuRoyal电厂135MW机组海水烟气脱硫装置于2002投产年。
印度尼西亚东爪哇电厂#7机组（660MW）于1998年投运，马来西亚的MANJUNGTNBJanamanjingSdnBhd电厂3×700MW机组分别于2002、2003年投运。
除此之外，马来西亚TANJUNGBIN电厂1号〜3号（3×700MW燃煤机组，单台机组烟气量265×104N
/h）机组于本年投产，马来西亚JTMAH电厂1号、2号机组（2×700MW燃煤机组，单台机组烟气量265×104N
/h）说预计于2008年投运。
2005年3月，美国杜康公司中标沙特阿拉伯Jeddah一台燃重油电厂550MW机组海水烟气脱硫
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