1概述
在我国这样一个以火力发电为主的国家，随着大容量火力发电厂的不断建立，火力发电厂所排放的烟气对大气造成的污染越来越严重，减少火力发电厂有毒气体和灰尘的排放量，为人民创造一个清洁、健康的生存和工作环境，已成为我国政府和人民关心的重要问题之一。因此，烟气脱硫系统将成为老电厂主要的改造项目，越来越多的人迫切地想了解脱硫的工艺及其控制系统。
2国内火力发电厂主要脱硫系统及其控制方式和控制水平
2.1喷气鼓泡型石灰-石膏湿法简易烟气脱硫装置
工作原理：烟气在气体冷却器中，由喷成雾状的冷却水加湿冷却，然后，烟气在喷气鼓泡反应器内被喷到吸收液(石灰浆液)内，形成气泡层，脱去SO2，由脱硫装置吸收的SO2被底部的空气氧化，进一步与石灰反应生成石膏。脱硫效率达70%以上。
重庆长寿化工厂自备电站(1×6000kW)即采用这种脱硫装置。整套装置采用就地集中控制方式，就地设脱硫控制室。控制室内布置一台操作员站、一台程控柜和一台针式打印机。
整套装置采用一套可编程控制器系统(PLC)进行控制，在脱硫控制室内通过CRT和键盘完成对整个脱硫系统的启、停操作、模拟量控制和运行参数的监视，并完成相关辅助设备的顺序控制和联锁保护。
这种脱硫装置比较适合在小型机组或自备电站中应用。
2.2电子束烟气脱硫装置
工艺系统主要包括：烟气系统、氨的储存和供给系统、压缩空气系统、SO2反应系统、软水系统、副产品处理系统以及其它辅助系统。脱硫效率一般保持在80%以上，最高可达90%以上。
作为示范工程项目,华能成都电厂(1×200MW)采用这种脱硫装置，整套装置只处理1/3的烟气量。全套装置是日本国株式会社荏原制作所研制生产的设备。
整套装置采用就地集中控制方式，就地设脱硫控制室和电子设备间。控制室内布置PLC程控柜、模拟屏、框架式仪表盘和附接式操作台，框架式仪表盘上布置常规仪表(如指示表、记录仪)、单回路调节器和光字牌。操作台上布置整套装置的正常和紧急启、停按钮及电子束装置的操作面板。
整套装置的开关量部分采用一套可编程控制器系统(PLC)进行控制，模拟量部分采用单回路调节器进行控制，并配以常规仪表、紧急后备操作按钮和模拟盘完成对整个脱硫系统(或单个设备)的启、停操作、模拟量控制和运行参数的监视，并完成相关辅助设备的顺序控制和联锁保护。
主要闭环控制系统有：烟气流量调节、喷水泵出口压力调节、反应塔压缩空气压力调节、窗冷却风机温度调节、冷却塔出口温度调节、反应器出口温度调节、氨气流量调节、氨蒸发器压力调节、氨气储罐压力调节、氨蒸发器液位调节等。
氨的储存和供给系统采用就地控制方式，就地设车间控制室。控制系统有自动和手动两种控制方式。
这种脱硫装置在国内其它电厂还没得到过应用。
2.2湿法脱硫装置
湿法脱硫装置在国内应用比较普遍。脱硫效率95%以上。重庆发电厂21/22机组2×200MW脱硫装置(两台机组一套)、北京第一热电厂#2机组脱硫装置(1×200MW)、重庆半山发电厂都是全套引进德国斯坦米勒公司的湿法脱硫装置，现正在施工的北京第一热电厂#1机组(1×200MW)脱硫装置和北京京能热电股份有限公司#4炉脱硫装置为引进德国斯坦米勒公司的湿法脱硫技术而大部分采用国产化设备的湿法脱硫工艺系统;华能珞磺电厂4×360MW脱硫装置(每台单元机组一套)是引进日本三菱公司的石灰石-石膏湿法烟气脱硫设备。下面章节将重点介绍湿法脱硫工艺及其控制系统。
在上述电厂中，石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统的整套装置都采用就地集中控制方式，就地设脱硫控制室、工程师站和电子设备间。
整套装置采用一套分散控制系统(DCS)进行控制，在脱硫控制室内以CRT和键盘为核心，并配以少量的紧急后备操作按钮完成脱硫系统的启、停操作、模拟量控制和运行参数的监视，并完成相关辅助设备的顺序控制和联锁保护。
对重庆发电厂的脱硫控制系统，还配有模拟屏。对华能珞磺电厂的脱硫系统还配有常规框架式仪表盘，其上布置脱硫装置所有开关设备的启停按钮和状态指示灯等设备。
下文针对某电厂，论述了湿法脱硫系统的工艺及其仪表和控制系统。
3湿法脱硫主要工艺系统
湿法脱硫系统主要流程图如图3-1。
3.1湿法脱硫核心装置─吸收塔及其脱硫原理
吸收塔的作用是用来去除烟气中的SO2、SO3、氟化氢、氯化氢和尘土。
在不断添加新鲜石灰石浆液的情况下，石灰石浆液、过程副产品和水的混合物在吸收塔再循环箱与喷林层之间循环流动。石灰石浆液在喷嘴被雾化成规定直径的液滴，当这些液滴返回再循环箱时，与从吸收塔下部进入吸收塔容器而在吸收塔内上升的烟气形成对流，这样，烟气中的SO2、SO3、氟化氢、氯化氢和尘土等就被吸收和中和了。被吸收的SO2与浆液中的石灰石反应生成亚硫酸根离子HSO3-，亚硫酸根离子HSO3-在再循环箱中氧化并结晶成石膏沉积在吸收塔的底部。
吸收塔基本上可分为下列三个区：
(1)洗涤区
在此区，主要是SO2、SO3的酸成分被吸收和溶解在浆水中，吸收SO2成为亚硫酸HSO3-，随后被氧化成SO42-，最后与石灰石反应。
(2)再循环箱
其用途如下：
·亚硫酸氧化成硫酸
·新鲜石灰石的溶解
·硫酸与溶解的石灰石反应形成石膏
·石膏晶体的长大
(3)烟气区
在吸收塔的上部,烟气通过水平安装的除雾器以使夹带的液滴减少到最小程度。除雾器的清洗水可满足吸收塔所需用水。
·SO2、SO3、氯化氢的吸收
烟气中的SO2、SO3溶解于浆液水滴并按下式反应：
SO2+H2O—HSO3-+H+
SO3+H2O—H2SO4
亚硫酸H2SO3和硫酸H2SO4将被迅速中和,以便保持有效吸收SO2、SO3与石灰石的反应
CaCO3+2H++HSO3-—Ca2++HSO3-+CO2↑+H2O
CaCO3+H2SO4—CaSO4+CO2↑+H2O
CaCO3+2HCL—CaCL2+CO2↑+H2O
上述反应是在溶液中进行的离子反应。与石灰石的反应在再循环箱中进行。
·氧化反应
由氧化风机吹入再循环箱的空气用来将亚硫酸H2SO3和硫酸H2SO4。
—氧化：
2Ca2++2HSO3-+O2—2CaSO4+2H+
—石膏的结晶：
CaSO4+2H2O—CaSO4+2H2O
结晶主要在再循环箱中进行。
再循环箱中的PH值由石灰石定量给料控制，大约为5.7。
此PH值为石灰石反应速度和总石灰石化学计数系数(标准在1.02的范围)的函数。
吸收塔为单闭开喷雾塔,在再循环箱的搅拌区装有强迫氧化系统。
由于空气在液体中的精细分布和均匀分布，搅拌器空气喷射系统改善了往洗涤液的氧量输送。
喷入吸收塔反应罐的氧化空气将亚硫酸HSO3-完全氧化成硫酸根离子SO42-。
如上所述，当吸收SO2时，石灰石CaCO3在与释放出的氢离子H+作用下溶解：
CaCO3+2H+→Ca2++H++HCO3-
Ca2++H++HCO3-→Ca2++H2O+CO2↑
二氧化碳一旦生成，首先溶解于洗涤液，然后会由于洗涤液的冲气和搅拌而游离。与烟气中的二氧化碳含量相比，游离的二氧化碳可忽略不计。
3.2石灰石的供应和制浆系统
碎石灰石用卡车送到现场，经过磁性分离器和振动给料机送到破碎机内，在破碎机的下游，螺旋输送机把经过预破碎的石灰石输送斗式提升机，再经过水平皮带输送机送到石灰石仓供湿式球磨机制浆用。制成的浆液自流至湿式球磨机的再循环箱，经旋流器站分离，分离后的石灰石浆液送至石灰石浆液箱，再由石灰石浆液泵连续不断地送入吸收塔。
主要检测仪表：石灰石浆液箱液位、石灰石浆液密度、再循环箱液位、石灰石仓料位等。
3.3烟气系统
来自锅炉引风机出口后的烟气，通过脱硫增压风机以及换热器降温后，送入吸收塔，烟气在吸收塔内进行脱硫、除雾，净化后的烟气从吸收塔顶部引出，经换热器升温(温度由50℃升高到80℃)后，通过原有烟囱排入大气。为了使锅炉的工作不受脱硫装置的影响，可使锅炉的烟气在通过吸收塔时，还通过旁路烟道(已有的管道)绕过脱硫装置送到烟囱。
烟气管道系统配有档板装置。用密封风机向这些档板提供密封空气，可以在锅炉工作时在脱硫装置内进行维修和检验。
主要检测仪表：FGD出入口烟气压力、原烟气SO2浓度、原烟气O2浓度、净烟气SO2浓度、净烟气O2浓度、净烟气NOX浓度、净烟气烟尘浓度、增压风机出入口压力、FGD出入口烟气温度以及旁路档板差压等。
3.4SO2吸收系统
进入吸收塔的烟气立即冷却到露点温度，然后逆流通过喷雾层，在喷雾层与由吸收塔再循环泵循环并经吸收塔喷淋层雾化的石灰石、石膏和水组成的浆液接触，进行二氧化硫吸收的物理和化学反应。氧化风机向吸收塔下部的再循环箱送入足够的空气，使亚硫酸钙氧化为硫酸钙，最终生成石膏，再用石膏抽出泵将石膏浆排出送入脱水系统进行脱水处理。
主要检测仪表：吸收塔液位等。
3.5石膏制备与抛弃系统
作为湿法脱硫系统的副产品─石膏浆液，主要由石膏、盐(氟化钙、氯化钙)、石灰石和粉尘组成。为了产生石膏，在初级的石膏旋流站脱水设备以后安装了采用真空皮带脱水机的次级脱水设备。
·石膏脱水─初级
石膏浆液用石膏抽出泵从吸收塔再循环箱送到石膏旋流站。石膏旋流站把石膏分成溢流和底流两部分。溢流中的主要部分含有较细的固体颗粒(细石膏颗粒、细石灰石、石灰石的不溶解的杂质和飞尘)，这些固体颗粒在重力作用下返回吸收塔再循环箱内，而溢流中的废水在重力作用下离开脱硫系统。主要含有粗的石膏颗粒的浓缩的旋流器底流直接进入石膏浆液罐或回到吸收塔集水坑。
石膏浆液在石膏浆液罐内经处理后用石膏浆液泵送到皮带脱水机。
石膏抽出泵始终是100%运转，和脱硫装置的负荷无关，所有石膏旋流器都是工作的。石膏旋流站的底流根据吸收塔内石膏浆液的密度(表示石膏浆液中固体含量的值)用一个两路分配器通过重力作用送到石膏浆液罐或送回吸收塔。
·石膏脱水─次级
石膏旋流站底部流出的石膏浆液在石膏浆液罐内被加到一层规定厚度的滤布上，以保证稳定的参数和脱水性能。通过在脱水机滤布的背面加上真空对这一层脱水。
为了产生合格的石膏，必须保持石膏的氯化物含量低于一定的极限值。因此，在脱水过程中，用清工艺水清洗滤饼，把氯化物含量降低到要求值。
由石膏浆液和清洗水组成的滤液用滤液分离器和真空气流分离后，被收集在滤液箱内，其中的水由滤液泵送到湿磨再循环箱内和送到球磨机的入口。
从真空皮带脱水机排出的剩余含水率不大于10%(重量)的石膏直接被皮带脱水机送到石膏仓内。
主要检测仪表：石膏浆密度、石膏浆PH值等。
3.6废水处理系统
根据具体情况可设置废水处理系统，也可不设置废水处理系统，而将系统产生的废水自流至冲灰沟，并由灰浆泵排至电厂灰场。由于废水处理系统与脱硫系统关系不大，此处不详细论述。
3.7工艺水系统
工艺水主要由系统补充水和石膏清洗水两部分组成。
·系统补充水
锅炉送出的热烟气在吸收塔内冷却到饱和温度，饱和的冷烟气离开吸收塔以及随石膏、废水或到除灰系统的石膏浆液等由此引起的脱硫装置损失的水，必须通过加入适量的工艺水来补充。其余大部分的工艺水将用于除雾器冲洗以后直接回到吸收塔。
·石膏清洗水
为了减少石膏中氯化物的浓度必须提供石膏清洗水，工艺水直接由工艺水泵送到皮带脱水机上。
石膏清洗后，清洗水作为滤液的一部分储存在滤液水箱内。这些水将用于石灰石预处理。这样，就大大减少了水的消耗。
3.8排放系统
排放系统由浆池和冲洗系统组成。在脱硫装置正常工作期间，某些装置停运或关闭后，要进行清洗处理。例如：如果热烟气中二氧化硫的含量要求停掉一台循环泵，这个泵和其循环管道系统内的石膏浆液将排出到排放系统。
石灰石浆液预处理区的排放物被收集在石灰石浆液预处理装置坑内。在整个装置都排空的情况下，石灰石浆液罐和湿磨循环箱中多余的石灰石浆液将被泵送到吸收塔区集水坑。再从这个坑直接送到吸收塔或事故浆池。在正常工作期间，石灰石浆液预处理装置的集水坑的排放物将被送到石灰石浆液罐。
吸收塔区集水坑的排放物被送到吸收塔或事故浆池。在正常工作期间，这个坑用于排空吸收塔循环管道系统。
主要检测仪表：吸收塔区集水坑液位、事故浆池液位等。
4仪表和控制
4.1闭环调节回路(MCS)
4.1.1增压风机入口压力控制
为保证锅炉的安全稳定运行，通过调节锅炉引风机后的增压风机导向叶片的开度进行压力控制，保持增压风机入口压力的稳定。为了获得更好的动态特性，可引入锅炉负荷和引风机状态信号作为辅助信号。在FGD烟气系统投入过程中，需手动协调控制烟气旁路挡板门及增压风机导向叶片的开度，保证增压风机入口压力稳定;在旁路挡板门关闭到一定程度后，压力控制闭环投入，关闭旁路挡板门。为保证系统的可靠，增压风机入口压力采用三通道测量。
4.1.2石灰石浆液浓度控制
石灰石浆液制备控制系统必须保证连续向吸收塔供应浓度合适的足够的浆液。设定恒定石灰石供应量，并按比例调节供水量。通过石灰石浆液密度测量的反馈信号修正进水量进行细调。
4.1.3脱硫塔pH值及塔出口SO2浓度控制
测量吸收塔前未净化和塔后净化后的烟气中SO2浓度、烟气温度、压力和烟气量，通过这些测量可计算进入吸收塔中SO2总量和SO2脱除效率。根据SO2总量，并测量浆液的总流量和密度(固体成份)来计算控制加入到吸收塔中的固态石灰石量。通过改变石灰石浆液流量调节阀的开度来实现石灰石量的调节。而吸收塔排出浆液的PH值作为SO2吸收过程的校正值参于调节。
4.1.4吸收塔液位控制
吸收塔石灰石浆液供应量、石膏浆排出量及烟气进入量等因素的变化造成吸收塔的液位波动。根据测量的液位值，调节除雾器冲洗时间间隔，实现液位的稳定。
4.1.5石膏浆排出量控制
根据吸收塔石灰石浆液供应量，并用排出石膏浆的密度值进行修正，以此改变三通阀开关方向，调节浆液排至石膏浆罐和返回吸收塔之间的时间比，控制石膏排出量。
4.1.6除上述主要闭环控制回路外,还有旁路档板差压控制、吸收塔供浆流量控制、石灰石浆液罐液位控制、石膏抽出泵出口浓度控制等。
4.3主要顺序控制(SCS)功能组
包括脱硫系统启动、停止顺序控制、除雾器清洗、石灰石破碎输送系统、石灰石制浆系统顺序控制、石膏脱水系统以及浆液管道冲洗顺序控制功能组等。
4.4主要联锁保护
4.4.1FGD装置的保护动作条件包括FGD进口温度异常、进口压力异常、出口压力异常、增压风机故障、换热器故障、循环浆泵投入数量不足、热烟气和冷烟气档板打不开等。当发生上述情况时，旁路档板立即打开，通过烟气脱硫装置的烟气通道由于增压风机的停运和热烟气档板的关闭而被阻断。
4.4.2来自机组的FGD保护条件包括锅炉状态(MFT、火焰、吹扫等)、油燃烧器投入状况、煤燃烧器投入状况、电除尘电场投入状况等。
4.4.3为保证测量可靠，重要的保护用过程信号、状态等采用三取二测量方式。FGD保护动作时自动快速开启旁路挡板门，切除FGD。控制室设手动按钮，在紧急状态时强制动作旁路挡板门，保证锅炉安全运行。
4.4.4设计完善的联锁功能，如备用设备启停联锁、箱罐液位联锁、管道设备冲洗联锁等，使控制系统能对运行工况变化自动及时作出反应，保证系统稳定运行。
4.4.5在装置停机期间,装置中不同的管道系统中装有浆液,必须对这些管道系统进行冲洗,防止固体材料的沉淀。在储罐中的搅拌器仍保持工作。在短时间停机期间，吸收塔搅拌器、石膏储存罐搅拌器、集水坑搅拌器等必须保持工作。
4.5烟气测量
测量原烟气成份中的SO2、O2以及净烟气中的SO2、O2、NOX含量及烟尘浓度等。分析测量采用多组份气体分析仪，测量信号进入DCS并在FGD控制室中进行监测和控制。分析设备为操作全自动化，即包括校正程序，冷凝液排放等全自动控制，应具有压力、温度补偿功能等。
烟气分析测点安装在吸收塔上游和下游的烟道内，并在入口和出口间保持距离。
4.6脱硫系统对相应机组运行的影响
为克服FGD装置的阻力，在锅炉引风机后增设了一台脱硫增压风机。在增压风机入口设置压力变送器，在控制系统中设置增压风机入口压力控制回路，通过调节增压风机导向叶片的开度进行压力调节，保持增压风机入口压力的稳定。如果为了获得更好的动态特性，可引入锅炉负荷和引风机状态信号作为辅助信号。在FGD装置投入运行后，引风机出口压力基本稳定在FGD装置投入前的数值，引风机仍在原工况下运行，不影响锅炉的运行。
通过设计完整的保护逻辑、安装紧急操作按钮、采用独立电源等措施，保证在需要切除FGD装置时，快速开启旁路档板门，保证锅炉安全运行。旁路档板门关闭时，其前后压力基本相同，因此，在开启过程中，引风机前后压力不会剧烈波动。
脱硫其它辅助系统的运行相对独立，除增加耗电量、耗水量等指标外，与锅炉无其它关联，因此，不会影响锅炉的运行。