一种循环流化床半干法脱硫灰循环系统及控制方法与流程

本发明涉及烟气污染物环保治理领域，尤其涉及一种循环流化床半干法脱硫灰循环系统及控制方法。

背景技术：

循环流化床半干法脱硫工艺是目前主要的烟气脱硫除尘工艺之一，是实现烟气“超低排放”的主要途径。该工艺主要设备为循环流化床脱硫塔和除尘器，工作原理是烟气流经循环流化床脱硫塔文丘里管，把脱硫剂及外循环的脱硫灰流化并送入脱硫塔，进行脱硫半干式洗涤反应。烟气首先进入脱硫塔并在脱硫塔内进行脱硫反应，再通过脱硫塔下游的除尘器，经除尘处理后排放。高含灰烟气中的大颗粒脱硫灰在脱硫塔顶部回流入脱硫塔，形成脱硫灰的内循环方式；烟气经脱硫塔后除尘器分离出的脱硫灰，由脱硫灰循环系统的输送装置回送到脱硫塔文丘里管，形成脱硫灰的外循环方式。

脱硫灰循环系统是循环流化床半干法脱硫工艺的主要系统之一，其与脱硫灰的外循环方式相对应，作用是将从脱硫塔由烟气携带进入除尘器的脱硫灰送回塔内，增大塔内的物料浓度，提高脱硫效率，降低钙硫比。另外，为保证系统的物料平衡，有部分脱硫灰要通过脱硫灰外排系统排出。

目前通常在除尘器的每个灰斗出口处设置分路及附属设备，用于脱硫灰的循环和外排。为了满足脱硫灰循环及外排在系统中的物料平衡，需在循环和外排两路分支上设置大量的控制阀门及仓泵，造成了工艺流程复杂，所需要的设备及控制点多，系统造价高，维护量大等问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明的第一目的在于提供一种循环流化床半干法脱硫灰循环系统，通过该脱硫灰循环系统可精简设备组成，优化系统配置，减少控制点并大幅降低系统造价。

本发明的第二目的在于提供一种根据上述循环流化床半干法脱硫灰循环系统的控制方法，该控制方法在满足系统物料平衡的前提下，可实现对脱硫灰循环及外排的同时控制，有效保证循环流化床内脱硫反应的顺利进行。

本发明提供的一种循环流化床半干法脱硫灰循环系统，包括：

多个除尘器单元，其连接脱硫塔的烟气出口，用于捕集进入所述除尘器单元中的烟气所携带的脱硫灰；

脱硫灰输送单元，用于将从每个所述除尘器单元接收到的脱硫灰汇流，并将汇流后的部分脱硫灰输送回所述脱硫塔；

外排灰单元，其与所述脱硫灰输送单元相连通，用于将所述脱硫灰输送单元中的部分脱硫灰排出。

进一步，所述脱硫灰输送单元包括：

斜槽部，其分别与每个所述除尘器单元的排出口相连通，用于接收从每个所述除尘器单元排出的脱硫灰；

输送部，其包括相互连通的竖直段和倾斜段，所述竖直段与所述斜槽部相连通，所述倾斜段与所述脱硫塔相连通，在所述竖直段将所述脱硫灰汇流后，所述倾斜段将汇流后的脱硫灰输送回所述脱硫塔。

进一步，所述脱硫塔的进口与出口之间安装有压差计，所述脱硫灰输送单元的竖直段上安装有第一流量控制阀，所述压差计与所述第一流量控制阀均电连接控制单元；

当所述控制单元接收到压差低于预设范围的信号时，控制所述第一流量控制阀加大开度，当所述控制单元接收到压差不低于预设范围的信号时，控制所述第一流量控制阀减小开度。

进一步，所述外排灰单元包括相互连通的倾斜段和竖直段，以及仓泵，所述外排灰单元的倾斜段与所述脱硫灰输送单元的竖直段相连通，所述外排灰单元的竖直段与所述仓泵相连通。

进一步，所述外排灰单元的倾斜段与所述脱硫灰输送单元的竖直段之间的夹角不超过30°。

进一步，所述外排灰单元的竖直段安装有第二流量控制阀，所述第二流量控制阀与所述控制单元电连接；

当所述控制单元接收到压差低于预设范围超过一预定值时，控制所述第二流量控制阀关闭。

进一步，每个所述除尘器单元均包括从上至下依次设置的除尘器、灰斗和脱硫灰下沉管道，所述灰斗设置在所述除尘器的下端，所述脱硫灰下沉管道与所述灰斗的排出口相连通，用于接收所述灰斗排出的脱硫灰。

进一步，还包括用于控制所述灰斗内的料位的料位控制单元，所述料位控制单元包括在所述灰斗上安装的料位计、在所述脱硫灰下沉管道上安装的第三流量控制阀，以及分别连接所述料位计与所述第三流量控制阀的控制器。

进一步，所述除尘器为布袋除尘器、电袋除尘器或者静电除尘器。

一种根据上述循环流化床半干法脱硫灰循环系统的控制方法，包括：通过所述料位计调节所述第三流量控制阀的开度，用以控制所述灰斗内脱硫灰的排出量；

通过所述压差计检测到的所述脱硫塔的进出口压差调节所述第一流量控制阀的开度，以及控制所述第二流量控制阀的状态，用以控制脱硫灰的循环量及外排量。

本发明中的脱硫灰循环系统通过将多个灰斗排出的脱硫灰进行汇总，并将汇总后的脱硫灰进行循环及外排，使系统配置得到优化，大幅减少了在多个灰斗出口处设置的控制阀门及仓泵数量，有效降低了系统的造价。

通过精简系统组成，减少了系统控制点，简化了工艺流程，同时也降低了对设备的维护量，节约人力物力成本。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明中循环流化床半干法脱硫灰循环系统的结构示意图。

图中：1-脱硫塔；2-除尘器；3-灰斗；4-第三流量控制阀；51-空气斜槽；52-输送竖直段；53-输送倾斜段；54-排灰倾斜段；55-排灰竖直段；6-第一流量控制阀；7-第二流量控制阀；8-仓泵；9-压差计；10-料位计。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

为清楚说明本发明的设计思想，下面结合实施例对本发明进行说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在300mw电站机组中，其所配置脱硫布袋除尘器通常有两列，每列有三个灰斗，本申请以单列布袋除尘器的系统配置进行展开说明。

参见图1，根据本发明提供的一种循环流化床半干法脱硫灰循环系统，包括3个除尘器单元，除尘器单元与脱硫塔1的烟气出口连接，用于捕集进入除尘器单元中的烟气所携带的脱硫灰；

脱硫灰输送单元，用于将从每个除尘器单元接收到的脱硫灰汇流，并将汇流后的部分脱硫灰输送回脱硫塔1；

外排灰单元，其与脱硫灰输送单元相连通，用于将脱硫灰输送单元中的部分脱硫灰排出系统。

通过将三个除尘器单元排出的脱硫灰首先进行汇总，然后将汇总后的部分脱硫灰循环送回脱硫塔，并将不需要循环返回的多余脱硫灰通过外排灰单元收集外排。实现了对多个灰斗出口处控制阀门及设备的精简，简化了工艺流程；通过对汇总后脱硫灰的总体控制，减少了原来还需在每个灰斗出口处设置的控制点，极大降低了系统维护量，有效节约了人力物力成本。

每个除尘器单元均包括从上至下依次设置的除尘器2、灰斗3和脱硫灰下沉管道，灰斗3设置在除尘器2的下端，脱硫灰下沉管道与灰斗3的排出口相连通，用于接收灰斗3排出的脱硫灰。

脱硫灰输送单元包括斜槽部及输送部，斜槽部具体为空气斜槽51，空气斜槽51分别与每个灰斗3的排出口相连通，用于接收从每个灰斗3排出的脱硫灰；空气斜槽51可用于对易流态化的粉状颗粒物料进行输送，具体的，空气斜槽51倾斜安装在除尘器单元与输送部之间，空气斜槽51与水平面之间的夹角控制在8-12°，用于将灰斗3排出的脱硫灰输送至输送部进行汇总。空气斜槽51上设置有三个脱硫灰进料口，每个进料口与相对应的灰斗3连接用于接收排出的脱硫灰。

为了使脱硫灰在脱硫灰输送单元得到有效汇总，输送部设置有相互连通的输送竖直段52和输送倾斜段53，输送竖直段52与空气斜槽51相连通，在输送竖直段52将脱硫灰汇流后，输送倾斜段53将汇流后的部分脱硫灰输送回脱硫塔1。输送竖直段52的一端与空气斜槽51的出料口连接，另一端与输送倾斜段53连接，输送部的输送竖直段52能够对空气斜槽51输送过来的脱硫灰进行有效汇总，使脱硫灰能够得到有效沉积，且能够保证脱硫灰在自身重力的作用下顺畅的从输送倾斜段53返回至脱硫塔1内，构成有效循环。

本发明中的外排灰单元包括相互连通的排灰倾斜段54和排灰竖直段55，以及在排灰竖直段55末端连接的用于将脱硫灰从系统中排出的仓泵8。通过该种设置方式，将现有的在每个除尘器2出口处设置的分别用于循环及外排的支路进行整合，通过将汇总后的部分脱硫灰通过共用的外排灰单元进行外排，在满足脱硫灰循环返回脱硫塔1的前提下，将并不需要循环返回的多余的脱硫灰通过排灰竖直段55以及在排灰竖直段55末端连接的一个总的仓泵8进行外排，有效减少了每个除尘器2上的设备组成及控制点，使整体系统的配置更加优化，极大降低了设备成本及系统维护量。

为了保证脱硫灰在输送部上排放至外排灰单元的顺畅度，外排灰单元的排灰倾斜段54与脱硫灰输送单元的输送竖直段52相连通，且外排灰单元排灰倾斜段54与脱硫灰输送单元输送竖直段52之间的夹角不超过30°，在该种条件下，能够满足脱硫灰的有效外排，避免脱硫灰在输送部上出现积存。

脱硫灰在脱硫塔1上的循环是通过烟气在脱硫塔1进出口之间的压差进行控制的，其中，在脱硫灰输送单元的输送竖直段52上安装有控制脱硫灰循环量的第一流量控制阀6，该流量控制阀的作用是通过调节其开度大小来控制从脱硫灰输送单元进入脱硫塔1内脱硫灰的循环量。在脱硫塔1的进口与出口之间安装有压差计9，该压差计9与第一流量控制阀6均与控制单元(图中未示出)电连接，通过压差计9将得到的烟气在脱硫塔1进口与出口之间的压差发送给控制单元，然后使控制单元基于接收到的压差数值向第一流量控制阀6发送控制指令，控制第一流量控制阀6的开度大小，从而控制脱硫灰的循环量。第一流量控制阀6与压差计9构成控制回路，其开度大小可在0-100％之间进行调节，根据压差计9反馈的压差数据进行实时调节，满足实时调整脱硫灰循环量及脱硫塔1内物料浓度的工艺需要。

从脱硫灰得到汇总后再经外排的角度出发，排灰倾斜段54在输送竖直段52上的引出端设置在第一流量控制阀6的上游，该种设置方式同时兼顾了脱硫灰在系统内部的循环及外排，使两种工况互不影响。

同时为了更进一步的控制脱硫灰在系统上的总体外排，在外排灰单元的排灰竖直段55上安装有控制脱硫灰外排的第二流量控制阀7，该流量控制阀与控制单元电连接。第二流量控制阀7具体安装在仓泵8的上游，包括开启或者关闭两种状态，能够使仓泵8在对脱硫灰最终外排之前，使脱硫灰更加优先的在系统内进行循环，从根本上保障脱硫系统的正常运行。

在具体运行时，输送部汇总后的脱硫灰在脱硫塔1内的循环返回要优于系统外排，正常情况在脱硫灰循环量较少时，输送竖直段52内部会积存一定高度的料位，只有当料位高度到达排灰倾斜段54在输送竖直段52上的连接位置时，才会达到脱硫灰的外排条件。输送竖直段52内脱硫灰优先通过第一流量控制阀6进入脱硫塔1，只有当第一流量控制阀6的开度较小而输送竖直段52中的物料无法全部或者大部分通过第一流量控制阀6时，才通过第二流量控制阀7送入仓泵8外排。

本实施例中灰斗3内的脱硫灰通过料位控制单元进行排放，料位控制单元包括在三个灰斗3上分别安装的用于检测灰斗3内脱硫灰料位的料位计10，分别在脱硫灰下沉管道上安装的控制脱硫灰排出量的第三流量控制阀4，以及分别连接料位计10与第三流量控制阀4的控制器。

通过该种设置方式，将原来的每个灰斗3出口处的分别用于循环及外排的系统配置进行优化，使每个灰斗3内脱硫灰的循环及外排规整为首先对脱硫灰进行汇总，使汇总后的脱硫灰分别进行总的循环及外排，有效简化了在每个灰斗3处的设备组成及系统控制点，极大降低了设备成本及后期维护量，并且在满足正常运行的前提下，使工艺流程更加优化。

本发明还提供了一种采用上述循环流化床半干法脱硫灰循环系统的控制方法，包括：通过料位计调节第三流量控制阀的开度，用以控制灰斗内脱硫灰的排出量；通过压差计检测到的脱硫塔的进出口压差调节第一流量控制阀的开度，以及控制第二流量控制阀的状态，用以控制脱硫灰的循环量及外排量。

具体的，本实施例中第三流量控制阀全开时计开度为100％，全关时计开度为0，其开度分别以料位计检测到的灰斗料位为控制参数，通过控制器控制第三流量控制阀限定在几个特定的开度状态。灰斗料位包括预设的高高料位值hh、高料位值h、低料位值l、低低料位值ll，灰斗料位对灰斗出口流量控制阀的控制方法具体如下：

1)当三个灰斗的料位均处于低低料位值ll与高高料位值h之间时，每个第三流量控制阀的开度为66.7％；

2)当某一灰斗料位高于预设的高料位值hh时，则对应的第三流量控制阀开度为100％，其余两个第三流量控制阀开度为50％；直至这个灰斗料位降至高料位值h，恢复至1)；

3)当某两个灰斗料位高于预设的高料位值hh时，则对应的第三流量控制阀开度为100％，其余一个第三流量控制阀开度为0；直至这两个灰斗料位降至高料位值h，恢复至1)；

4)当三个灰斗料位均高于预设的高料位值hh时，则对应的第三流量控制阀开度全部为100％；直至这三个灰斗料位降至高料位值h，恢复至1)；

5)当某一个灰斗料位低于预设的低低料位值ll时，则对应的第三流量控制阀开度为0，其余两第三流量控制阀开度为100％；直至这个灰斗料位升至低料位值l，恢复至1)；

正常运行不存在两个或三个灰斗料位低于预设的低低料位值ll的情况。

通过脱硫塔的进出口压差控制脱硫灰的循环量及外排量的工艺原理如下：

在系统正常运行时，当控制单元接收到压差低于预设范围的信号时，说明脱硫塔内的脱硫灰含量较少，则需要增大塔内脱硫灰的物料浓度，控制单元控制第一流量控制阀加大开度以增多循环用的脱硫灰的量；反之，当控制单元接收到压差不低于预设范围的信号时，说明脱硫塔内的脱硫灰含量较多，则需要降低塔内脱硫灰的物料浓度，控制单元控制第一流量控制阀减小开度以减少循环用的脱硫灰的量。

本发明中的控制单元，除了控制第一流量控制阀的开度实现控制脱硫灰的循环量，同时也控制外排灰单元中第二流量控制阀的开关状态，该流量控制阀在正常运行时是处于常开状态，但是在脱硫系统启动的床层建立过程中，为了使脱硫塔内脱硫灰达到正常运行时所需的物料浓度，需要控制单元对外排灰单元中第二流量控制阀进行关闭，将汇总的脱硫灰都循环返回至脱硫塔以建立系统正常运行所需的工况条件。在床层建立过程中，一般对脱硫塔进出口之间的压差计设置一个预设值，在压差达到该预设值后，脱硫系统才能正常运行，在压差计检测到的脱硫塔进出口之间的压差低于上述预设值200pa以上时，第二流量控制阀处于关闭状态，实现将汇总后的所有脱硫灰进行循环，从而使整体系统尽快满足开启条件。

通过本发明中的控制方法，能够在满足系统物料平衡的前提下，可实现对脱硫灰循环及外排的同时控制，有效保证循环流化床脱硫塔内脱硫反应的顺利进行。

需要重点指出，通过本发明中的循环流化床半干法脱硫灰循环系统及控制方法，能够有效减少仓泵及控制阀门的数量，以300mw发电机组为例，仓泵数量由12台减少为4台，极大降低了系统造价；随着设备及系统控制点的减少，系统故障率也随之降低，有效节约了人力物力成本；仓泵数量的减少，缩减了系统装置所需的布置空间，有效缓解了在机组改造过程中受到固有占地局限性的影响。

说明的有，除尘器与单列灰斗的对应数量可根据具体实际进行调整，相应的仓泵数量也会得到精简；除了采用布袋除尘器，除尘器的种类还可为电袋除尘器或者静电除尘器，同样也应该在本申请的保护范围内，不再赘述。

最后，可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。