石灰石湿法烟气脱硫控制系统毕业设计详解

河南机电职业学院

毕业论文（毕业设计）

题目：火电厂石灰石湿法脱硫控制技术

所属系部：电子工程系

专业班级：电气自动化技术12-1

学生姓名：王霄飞

指导教师：苗国耀

2015 年06月11 日

毕业论文（实习报告）任务书

指导教师签字：教研室主任签字: 年月日年月日

毕业论文（毕业设计）评审表

目录

1 绪论 (1)

1.1 选题背景及意义 (1)

2 火电厂脱硫系统的工艺原理 (2)

2.1石灰石－石膏湿法脱硫工艺流程 (2)

2.2 吸收系统 (3)

2.2.2工艺水系统和排放系统 (8)

2.3脱硫系统运行控制方式 (9)

2.3.1 启动 (10)

2.3.2停运 (11)

2.3.3 紧急停运 (13)

2.3.4 变负荷运行 (14)

2.3.5 装置和设备保护措施 (15)

3 FGD系统的DCS控制系统的设计 (16)

3.1烟气系统控制 (16)

3.2石灰石浆液制备系统控制 (17)

3.3 石灰石浆液浓度控制 (18)

3.4石灰石浆液箱液位控制 (19)

3.5石膏脱水系统控制 (20)

3.6 FGD系统仪表选型及影响因素 (21)

3.7 流程总图 (23)

3.8 MACSV系统组态设计 (24)

3.8.1数据库总控工程建立 (24)

3.9本章小结 (27)

4结论 (28)

参考文献 (29)

摘要：石灰石湿法烟气脱硫是目前工艺较为成熟、应用最广泛的脱硫工艺，其脱硫过程是气液反应，反应速度快、脱硫效率高，综合经济性能较好，在国内电厂脱硫工艺中被广泛应用。在烟气脱硫系统中，控制系统的设计非常重要，控制系统设计是否恰当直接影响脱硫系统的运行，甚至影响主机系统的长期安全稳定运行。本文设计的脱硫控制系统有完善的热工模拟量控制，并且各项功能在DCS系统中统一实现。

首先简要介绍了石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术及其控制系统的现状、发展趋势、主要工艺设备、工艺流程及原理。接着对脱硫控制系统的控制方案进行了详细设计和研究，主要包括自动调节系统设计、联锁保护条件设计等。最后，对脱硫重要仪表进行了选型和设计。

本文对烟气脱硫工程的自动化控制给出完整、详细的分析和方案。通过国产的HOLLiAS-MACS系统以达到烟气脱硫项目的自动化控制。

关键词：石灰石湿法脱硫脱硫控制

1 绪论

1.1 选题背景及意义

近年来，人民物质生活水平逐步提高，环境问题越来越引起人们的关注。它不但关系着人民群众的生活环境、身体健康，而且还影响国家的形象，甚至制约国家和企业的可持续发展。

二氧化硫是众多大气污染源中最主要的污染源。我国是燃煤大国，一直以来，煤炭占据一次能源的消费总量很高，而且呈不断增长趋势。随着煤炭消费的不断增长，燃煤所排放的污染物二氧化硫也不断增加，导致我国酸雨和二氧化硫污染日益严重。据统计，2007年我国原煤总产量为25.23亿吨，其中用于火力发电的燃煤高达12.82亿吨，电煤占据当年原煤总产量的近51%。因此，控制火电厂二氧化硫的排放，对改善大气环境质量，保障人民群众身体健康，促进火电厂可持续发展显得特别重要。对于二氧化硫的排放控制，我国环保部门先后出台了各种的措施和办法，要求新建的电厂随同主机组同步安装脱硫设施，已建电厂须对现有设备进行改造,增设脱硫装置，从而保证二氧化硫排放量达到国家规定的最高允许排放限值，以减少其对环境造成的严重污染。另外，国家对燃煤电厂脱硫减排情况定期进行环保核查，并据此执行脱硫电价政策。针对在核查中发现的脱硫系统停运、脱硫效率不达标的企业，将严格执行脱硫电价扣减以及处罚规定，并且足额征收二氧化硫排污费。

国家环保减排规定和环保核查要求越来越严格，脱硫设施数据监测是否准确、脱硫设备控制情况是否稳定，将决定着环境控制的质量管理以及总量控制。国家环保部规定，所有脱硫设施必须安装分散式控制系统(DCS系统)，用以实时监控脱硫系统设备运行情况。要求DCS系统能随机调阅脱硫设备运行参数及历史趋势，相关数据必须至少保存六个月以上。分散控制系统是当前控制技术领域的重要控制方式，它的最大优点是信息处理快速，计算和逻辑处理准确性和可靠性比较高，信息存储方式灵活多样，存储容量较大，而且存储的信息易于传递。随着计算机技术的飞速发展，分散控制系统也越来越完善。关于脱硫设备的分散控制系统选型，应该遵循成熟、可靠的原则，控制系统必须具备数据来集与处理、自动控制、保护、联锁等多项功能[5]。

2 火电厂脱硫系统的工艺原理

2.1石灰石－石膏湿法脱硫工艺流程

石灰石-石膏法脱硫装置的工艺图如图2-1，其主要包括烟气系统、吸收系统、石膏脱水系统、制浆系统、工艺水系统、排放系统等。石灰石浆液通过喷嘴雾化喷入吸收塔，分散成细小的液滴并覆盖吸收塔的整个断面。这些液滴与塔内烟气逆流接触，发生传质与吸收反应，烟气中的SO2、SO3及HCl、HF 被吸收。SO2吸收产物的氧化和中和反应在吸收塔底部的氧化区完成并最终形成石膏。

为了维持石灰石浆液的pH值恒定并减少石灰石耗量，石灰石被连续加入吸收塔，同时吸收塔内搅拌器、氧化空气和吸收塔循环泵不停地搅动，以加快石灰石在浆液中的均布和溶解。

图2.1石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺流程图

2.2 吸收系统

如图2-2，吸收系统是FGD的核心装置，烟气中的SO2在吸收塔内与石灰石浆液进行接触，SO2被吸收生成CaSO3，在氧化空气和搅拌器的作用下最终生成石膏，产生的石膏浆液通过石膏浆液排出泵抽出，送至石膏水力旋流器浓缩，浓缩后的石膏浆液再送至二级脱水系统。主要设备是：

图2.2 吸收系统

1、吸收塔（以喷淋吸收塔为例）

喷淋吸收塔又称空塔或喷淋塔，塔内不减少、结垢可能性小，阻力低，是湿法脱硫FGD装置的主流塔形，通常采用烟气与浆液逆流接触方式布置。

浆液喷淋系统包括喷淋组件及喷嘴。一个喷淋层由带连接支管的母管制浆液分布管道和喷嘴组成，喷淋组件及喷嘴的布置设计对称、均匀，覆盖吸收塔的横截面，并达到要求的喷淋浆液覆盖率，使吸收浆液与烟气充分接触，从而保证在适当的液气比下可靠地实现95%的脱硫效率，且在吸收塔的内表面不产生结垢。

喷嘴是喷淋吸收塔的关键设备之一。一般脱硫浆液的入口压力为0.05-0.2MPa，流量为30-170m3/h，喷嘴喷雾角为90°左右，大部分液滴直径为500-3000μm，并要求尽量均匀。喷嘴喷出的液滴的直径小、比表面积大、传质效果好、在喷雾区停留时间长，均有利于提高脱硫接的利用率。

吸收塔顶部布置有放空阀，正常运行时该阀是关闭的。当FGD装置走旁路或停运时，放空阀开启以排除塔内的湿气，消除吸收塔氧化风机还在运行时或停运后冷却下来时产生的与大气的压差。

2、吸收塔浆液循环泵

浆液循环系统采用单元制设计，每个喷淋层配一台浆液循环泵，每台吸收塔配三或四台浆液循环泵，由于浆液循环泵的运行介质为低pH值浆液，且含