湿法烟气脱硫技术原理及其运行控制

山西大学 毕业设计（） 目 湿法烟气脱硫技术原理及其运行控制 系 别 专 业 班 级 姓 名 指导教师 下达日期 2013 年 月 日 设计时间自 2013 年 月 日至 2013 年 月 日 毕业设计（论文）任务书 一、设计题目：1、题目名称 湿法烟气脱硫技术原理及其运行控制 2、题目来源 自拟 二、目的和意义 随着经济和社会的发展，二氧化硫排放引起的环境污染日益严重，已经成为全人类共同面临的一大危害，控制二氧化硫的排放刻不容缓。我国电力工业的发展迅速，特别是大型燃煤电厂的大量建设，使电力工业面临的环境保护形势非常严峻。据数据显示，我国空气污染仍以煤烟型排放污染为主，主要污染物是二氧化硫。火电厂采用烟气脱硫(Flue Gas Desulfurization，FGD)是减少SO2排放的一个有效措施，其中以石灰石石膏湿法脱硫技术最为成熟。 三、原始资料 1 、《燃煤电站烟气脱硫脱硝工程技术 》               2 、《湿法脱硫系统安全运行与节能降耗 》               3 、《湿法脱硫装置维护与检修》                四、设计说明书应包括的内容 1、毕业设计（论文）任务书； 2、论文题目（标题）； 3、摘要、关键词（中英文）； 4、目录； 5、引言（前言）； 6、正文； 7、结论（总结）； 8、参考文献； 9、附录。 五、设计应完成的图纸 无 六、主要参考资料 [1] Lance A. Analysis of Relevant Steps in Wet Flue Gas Desulfurization Processes Using Limestone Slurries1 Inter J Environ Studies 1992, 41 (1/ 2). [2] 王健，姜开明. 我国烟气脱硫技术现状综述[J] 中国能源,2004,26(1):29-31. [3] 张哗.中国燃煤电厂烟气脱硫技术现状和前景展望[ J] .工程与技术, 1999, (4) . [4] Behrens GP. Evaluation of atopic acid addition to a bench-scale chiyoda thoroughbred 121 FGD system. Electric Power Research Institute. Coal Combustion Systems Division. (Report) EPRI CS. 1991 [5] 王伟能. 简易湿法石灰-石灰石烟气脱硫工艺设计及实践[J]. 能源环境保护 ,2004，18(1):41-42. [6]曾庭华，杨华，马斌等.湿法烟气脱硫系统的安全性及优化北京.中国电力出版社，2003 [7]郝吉明，王书肖，陆永琪.燃煤二氧化硫污染控制手册北京.化学工业出版社，2001 [8]何苏浩，项光明，姚强等石灰石／石灰石膏湿法脱硫反应塔模型比较.煤炭转化，2001，24(3)：41-44 [9]孙华，施正伦，高翔等喷淋式湿法脱硫装置的试验研究.动力工程2001. 21 (5)：1459- 1463 [10]杨帆燃煤电站锅炉脱硫装置监控系统的开发研究：[硕士学位论文]，天津，天津大学，2003 七、进度要求 1、实习阶段 第 周（ 月 日）至第 周（ 月 日）共 周 2、设计阶段 第 周（ 月 日）至第 周（ 月 日） 第 周（ 月 日）至第 周（ 月 日）共 周 3、答辩日期 第 周（2013年5月20日） 八、其它要求 1、毕业设计论文应由word文档排版，按照统一格式在A4纸上打印； 2、设计内容应独立完成，不可抄袭他人成果 湿法烟气脱硫技术原理及其运行控制 摘要 国外发达国家的大型火电厂已广泛安装了脱硫装置。根据我国环境保护法规和最新火电厂大气污染物排放的有关规定,新建大型火电厂都必须配有烟气脱硫系统。本文主要介绍烟气湿法脱硫技术原理及其运行控制。石灰石/石膏湿法脱硫技术是目前最成熟的脱硫技术之一,在国内得到了广泛应用。由于反应原理大同小异，本文针对石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统（以下简称FGD）进行介绍，其中一些通用的规律基本适用于目前市场上常用的各种湿法烟气脱硫技术，包括喷淋塔、鼓泡塔、液柱塔等。 关键词：烟气湿法脱硫；FGD；运行控制；喷淋塔 Wet flue gas desulfurization technology principle and operation control Abstract Large thermal power plants in developed countries have been widely installed desulfurization devices. According to the relevant provisions of China's environmental protection regulations and the latest thermal power plant air pollutant emission standards, new large-scale thermal power plants must be equipped with a flue gas desulfurization system. This paper describes the principle and operation control in wet flue gas desulfurization technology. Limestone gypsum wet FGD technology is the most mature one of the desulfurization technology has been widely used in the country. Much the same reaction principle for limestone - gypsum wet flue gas desulfurization system (FGD) introduce some basic common law applicable to market a variety of wet flue gas desulfurization technology, including spray tower bubble column, the liquid column tower. Keyword: Wet flue gas desulfurization；FGD；Operational control；Spray tower. 目录 1 绪论 1.1烟气脱硫的背景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1.2烟气脱硫的目的及意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1.3国内外烟气脱硫技术研究及应用现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 2 石灰石—石膏湿法脱硫技术简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 2.1 石灰石—石膏湿法脱硫化学机理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 2.1.1 吸收原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 2.1.2 化学过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 2.2 影响脱硫系统性能的主要因素．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 2.3脱硫系统水平衡问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 2.3.1 FGD系统的水损失．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 2.3.2 FGD系统的补充水．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 2.3.3 FGD系统的水平衡．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 3 石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 3.1石灰石—石膏湿法脱硫系统构成简述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 3.1.1系统简图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 3.1.2系统构成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 3.2烟气系统及设备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 3.2.1 烟气系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 3.2.2 烟气系统主要设备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 3.3 SO2吸收系统及设备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.3.1 SO2吸收系统 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.3.2 SO2吸收系统主要设备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12 3.4 石灰石浆液制备、供应系统及设备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12 3.4.1 石灰石浆液制备及供应系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12 3.4.2 石灰石浆液制备及供应系统主要设备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 3.5石膏脱水系统及设备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 3.5.1 石膏脱水系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 3.5.2 石膏脱水系统主要设备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 3.6 供水系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 3.7 事故浆液储存系统 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 3.8 压缩空气系统与废水处理系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 4 石灰石湿法脱硫的运行与控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 4.1控制功能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 4.2 FGD的联锁保护．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20 4.3 停运启动．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21 5 脱硫系统控制运行存在问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.1 脱硫烟气系统与锅炉烟气系统的控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.2 脱硫系统中测量仪表的选用问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24 致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 外文原文．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 中文译文．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38 1 绪论 1.1烟气脱硫的背景 当今世界上电力产量的60是利用煤炭资源生产的，我国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一。在80年代之前，我国燃煤工业锅炉烟气脱硫的研究及开发，基本上处于停滞阶段。到80年代末或90年代初，由于我国大气SO2污染及酸雨污染日趋严重，研究与开发燃煤工业锅炉烟气脱硫技术便应运而生。许多部门着手研究及开发燃煤工业锅炉烟气脱硫技术。1995年8月，我国修改后的《中华人民共和国大气污染防治法》的正式出台，SO2在法规上定义为我国重要的必须治理的大气污染物，SO2污染防治及酸雨污染防治纳入法律条文，以法规形式确保SO2污染防治和酸雨污染防治。随着《中华人民共和国大气污染防治法》的贯彻和执行，在很大程度上促进了燃煤工业锅炉烟气脱硫的研究与开发。我国相当多的高等院校，中国科学院的院所，各部委的科研机构，地区的科研部门，环保局的科研院所，以及民营科研机构等，对燃煤工业锅炉烟气脱硫技术纷纷进行研究与开发。参加研究与开发的单位之广，人数之多，时间之长，在我国历史上实属罕见。燃煤工业锅炉烟气脱硫以其存在问题多，治理难度大，而成为我国当今令人关注的热点。由中国环境科学学会发起和主办的三届务实和卓有成效的“全国燃煤锅炉烟气脱硫技术交流会”，把我国燃煤工业锅炉烟气脱硫技术研究与开发，从引进、学习、消化、模拟阶段推进到独立自行研究与开发阶段，进一步推进到富有独创的研究与开发阶段。三届技术交流会，极大地促进了科研单位之间烟气脱硫技术的交流与学习，沟通了科研单位和用户之间的产销关系，促进了烟气脱硫技术及设备进入燃煤工业锅护的市场。 1.2 烟气脱硫的目的及意义 锅炉燃料中的硫在燃烧过程中与O2反应生成氧化物（主要是SO2和SO3），脱硫工艺所要脱除的就是锅炉尾气中的有害气体SO2和SO3。采用湿法烟气脱硫工艺之后，排放的大气污染物SO2、烟尘排放量及排放浓度均明显减小，从而降低了电厂大气污染物对当地环境的影响程度，将极大地改善区域大气环境质量，环境效益十分显著。同时根据国务院《排污费征收使用管理条例》国务院令第 369 号及《排污费征收标准#管理办法#》国家计委、财政部、国家环保局、国家经贸委令第 31 号，实施烟气脱硫后每年可减少大气中二氧化硫的排放量，这对人类可持续发展十分有利。因此本课题主要研究目的为烟气脱硫除尘系统进行系统的设计，使排放烟气中的SO2及烟尘达到国家排放标准，有效地控制当地空气污染物，改善空气质量，提高居民生活质量，该课题是具有实际意义和具有一定必要性的。 1.3国内外烟气脱硫技术研究及应用现状 在日本及欧美发达国家，钢铁工业控制SO2的排放措施是实行源头和末端双重治理。一方面，实行节能降耗，提高铁资源利用效率，采用含硫低的铁矿石和煤等措施减少SO2的生成，如对烧结工序，通过降低原料和煤中的硫含量可以使SO2的排放浓度< 500 mg/m³；另一方面，建设各种脱硫装置，降低SO2的排放。欧盟是通过降低原料中的硫含量使SO2的排放浓度< 500 mg/m³时，再利用湿法脱硫，可使SO2的排放浓度< 100 mg/m³。奥钢联工业设备制造公司(VAI)设计出一种WETFIE系统，能将来源于烧结和球团装置、废物焚烧炉以及玻璃熔炉等的排放物净化到很高的水准。该系统包括一个洗涤塔和一个湿式静电除尘器，后者能除去烟气流中的细尘、碱性的氯化物颗粒、二恶英/呋喃(PCDD/F)和SO2等气体。日本在烧结烟气脱硫技术方面居于世界领先地位，日本烧结烟气都建设脱硫装置，其中80%以上使用石灰石-石膏法脱硫，如JFE公司和神户制钢公司；有部分烧结厂活性炭法和Mg(OH)2，如新日铁公司采用对烧结烟气脱硫，脱硫方式多为湿式吸收法，脱硫率在95%以上，入口SO2浓度在370 -940mg/m³ 之间，排放浓度可以达到300mg/m³以下[1]。 在我国，高炉-转炉流程的烧结过程中SO2排放总量大，控制烧结生产过程的SO2排放是钢铁企业控制污染的重点。 我国钢铁企业由于受资金和脱硫技术问题困扰，烧结烟气脱硫研究和应用方面基本上还处于起步状态。 国内有些学者对烧结过程进行过脱硫技术研究，台湾中钢公司在研究铁矿烧结过程脱硫、脱硝技术和武汉科技大学研究人员在降低铁矿石烧结过程SO2排放量的研究中，通过向烧结混合料中添加少量的某种化学物质，使SO2与添加剂分解生成的NH3反应生成固态硫酸盐，从而大幅度减少废气中的SO2浓度[2]。从实验数据分析来看，加入脱硫剂后，对烧结成品率、转鼓指数、产量和煤耗几乎没有影响。该脱硫技术在烧结领域的应用研究是最近几年开始的，但未见工业化应用报道。 国内有几台小烧结机安装了烟气脱硫设施，但运行不正常，基本处于闲置状态，如广钢2台24 m2烧结机采用双碱法烟气脱硫工艺，临汾钢厂利用烧结烟气处理焦化废水等。正在技入使用的烧结烟气脱硫工程的厂家有柳钢、包钢、济钢和石钢。柳钢正在建设烧结机烟气 脱硫工程，采用氨-硫酸铵法脱硫工艺，将焦化厂生产过程中产生的高氨废水(不够部分用外购液氨补充)与烧结机头含硫烟气进行反应，吸收其中的SO2生产硫酸铵。该工程于2007 下半年投用。氨-硫酸铵法脱硫效率高，达到95%以上，又利用了焦化副产品氨水，但工艺操作不当会造成气氛逸出使排气不达标，液氮或高浓度的氨水属于危险化学品，安全要求高，在脱硫过程中有大量过程废水需要处理，如果不处理，则会造成二次污染。包钢自产矿含氟高，早在20世纪50年代就在烧结烟气净化上采用了湿法脱硫除氟净化工艺，但在后来的生产运行中发现这种工艺净化效率低、用水量大、运行费用高。为此，包钢从2000年开始与北京科技大学联创冶金技术有限公司合作[3]，对国内外热电厂通用的烟气半干法除硫技术进行创新，并于2001年进行了工业试验，2005年在其炼铁厂三烧车间烧结机上应用。实际使用效果表明，系统的脱氟率和脱硫率分别达到95%和75%以上，耗水量仅为湿法的1/20，耗电量仅为湿法的1/4，无废水排放，反应产物为干粉，管道不腐蚀和结垢;净化烟气水份含量少，无需干燥即可外排，不形成酸雨漂落，大大减轻了包钢烧结生产烟气外排形成酸雨对周边环境及设备的损害。但半干法脱硫率和吸收剂利用率低，在硫分高时，运性费用高。济钢在120m2烧结机新建了一套循环流化床下半干法脱硫设施，2007年底装置投入运行。该方法具有系统简单，占地面积小，运行可靠，对煤种适应性强，高、低浓度的SO2烟气都可以处理，节能，无废水，系统基本无腐蚀，此外还可以有效控制氮氧化合物的生成。但烟气量的不稳定变化会影响到吸收剂的硫化状态不稳定，导致脱硫效果以随烟气量的变化而影响，为了维持高的循环倍率，设备磨损比较严重。石钢现有四台烧结机，在其中的52m2和68m2烧结机上采用密相干塔烟气脱硫工艺，建设了两套相同的烟气脱硫装置，装置于2007年初投入试运行。 由于我国目前排放烟气的SO2浓度与国家炉窑排放标准大体相当，故绝大多数以高炉-转炉为主的钢铁企业至今尚未开展烧结机烟气脱硫工作。随着我国环境质量要求的提高以及总量控制的需要，对烧结机外排烟气中的SO2浓度和排放量必将进行限制，务必采用相应的处理措施予以治理。 2 石灰石-石膏湿法脱硫技术简介 2.1 石灰石-石膏湿法脱硫化学机理 2.1.1 吸收原理 吸收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（CaSO4·2H2O）。 为了维持吸收液恒定的pH值，石灰石被连续加入吸收塔，同时吸收塔内的吸收剂浆液被搅拌机、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。 2.1.2 化学过程 吸收塔的主要功能是利用碳酸钙浆液从烟气中脱除二氧化硫（SO2）。吸收塔反应箱用来促使碳酸钙分解、强制氧化。 发生在吸收塔的整个反应情况为： SO2 + CaCO3 ® CaSO3 + CO2 还发生了许多中间反应步骤。在含水浆液中形成钙离子。 CaCO3(s) ® CaCO3(aq) CaCO3(aq) + H2O ® Ca2+ + HCO3- + OH- 在吸收塔中烟气/浆液接触面形成SO32-阴离子。 SO2(g) ® SO2(aq) SO2(aq) + H2O ® H2SO3 ® HSO3- + H+ HSO3- ® H+ + SO32- 在原地强制氧化环境中形成主要沉淀物石膏。 SO32- + 1/2 O2 ® SO42- Ca2+ + SO42- + 2H2O ® CaSO4·2H2O(s) 亚硫酸盐离子也与钙离子结合形成半水亚硫酸钙沉淀物。 Ca2+ + SO32- + 1/2H2O ® CaSO3·1/2H2O(s) 除了二氧化硫之外，吸收塔也从烟气中脱除氯化氢和氟化氢。碳酸钙与这些物质发生反应生成溶解盐。 2HCl + CaCO3 ® CaCl2 + H2O + CO2 2HF + CaCO3 ® CaF2 + H2O + CO2 2.2 影响脱硫系统性能的主要因素 湿法脱硫工艺涉及一系列的化学和物理过程，脱硫效率取决于多种因素，在原材料方面，工艺水品质、石灰石粉的纯度和细度；在工艺控制方面，石灰石浆液浓度、石膏漩流站工作状况等都与脱硫率有关，而FGD关键设备的运行和控制方式将取决于脱硫效果和石膏品质；机组参数，如温度、SO2浓度、含氧量、粉尘浓度等都将不同程度的影响脱硫效率。以下只简要列出对脱硫系统性能产生关键影响的因素： （1） FGD入口烟气温度 （2） FGD入口烟气流量 （3） FGD入口SO2浓度 （4） FGD入口含氧量 （5） FGD入口粉尘浓度 （6） FGD运行中浆液的PH值的设定 （7） FGD反应剂：石灰石的纯度 （8） FGD反应剂：石灰石的细度 （9） FGD反应剂：石灰石的活性 （10）FGD反应剂：石灰石浆液的浓度 （11）石膏旋流器的工作状况 （12）FGD系统GGH的漏风率 （13）吸收塔的液位 2.3 脱硫系统水平衡问题 石灰石-石膏湿法FGD系统是利用足够量的浆液来洗涤进入吸收塔的烟气，脱除烟气内的SO2，SO2与石灰石（CaCO3）发生多步反应，最终形成副产品石膏（CaSO4.2H2O），从而达到烟气脱硫的目的。 2.3.1 FGD系统的水损失 整个FGD系统的水损失，由以下3部分组成： （1）烟气蒸发水量，当带有一定温度的烟气通过吸收塔时，会有大量的水分蒸发，以水蒸汽形式随着饱和烟气经烟囱排出，蒸发水量会随烟气参数（烟气量、烟气温度、烟气水分）不同而不同，一般占总损失水量的70%以上[4]； （2）排出石膏带水量（石膏内结晶水和湿石膏内自由水）； （3）FGD系统排出的废水（排废水目的是为了保持系统内氯离子的平衡，同时保证石膏内氯离子含量低于一定值，保证石膏品质）。 2.3.2 FGD系统的补充水 FGD系统补充水以不同的方式进入FGD系统，大概分析如下： （1）大量进入系统的补充水是以除雾器冲洗水的方式补充到吸收塔内。 （2）FGD系统设备冷却水，尽量按照闭式循环设计，不进入FGD系统，本文也按照无设备冷却水源进入系统来讨论。否则应考虑本部分水量的影响。 （3）泵机封水，国外一般要求无注水型机械密封，目的是为了减少进入FGD系统的水量。但目前国内泵采用无注水型机械密封，经常导致机封烧坏，普遍采用注水型机封，这部分水量不大，一般直接进入系统。 （4）皮带脱水机水环真空泵的工作液补充水，进入系统，用于滤布、滤饼冲洗。 （5）浆液泵、管道冲洗，pH计、密度计等仪表正常冲洗 （6）不考虑其他混杂水源对系统的影响，例如：雨水、地面冲洗水、系统内冲洗水阀门内漏水等，实际上，有时这些水量会对系统水平衡产生重要的影响。但因其数量无法估算，本文忽略他们的影响，按照无上述水源进入系统来讨论。 2.3.3 FGD系统的水平衡 一方面，FGD系统损失水量的决定因素是烟气蒸发水量，烟气携带水蒸汽量会随进入FGD的烟气量降低而大量减少；另一方面，为了保证除雾器冲洗，进入系统的水量不能随进入FGD负荷降底而成比例减少。最终导致FGD补充水量大于FGD系统损失水量，从而出现系统内水量过多的问题，这是目前国内湿法FGD系统普遍存在的现象。 对于脱硫系统的水平衡问题，实际运行时，如果机组长期运行在低负荷，由于烟气量减小，带走的水分减少，而一些机封水、设备管道冲洗、除雾器冲洗、仪表定期和不定期冲洗等水量并不按负荷大小成比例减小，因此要特别注意水平衡问题，如操作不当或其他原因短时间不能控制液位时，可采取向事故浆液箱排放，以保证除雾器的正常冲洗。必要时，浆液需要强行外排。 对于无GGH系统的水平衡问题，由于蒸发量更大，更易实现水平衡，需要补大量水。就国外脱硫行业状况来看，多年来，国外也在不断的寻求尽量减少进入FGD系统的多余水量，以便使更多的水通过除雾器进入吸收塔来保证除雾器的冲洗。其中一项明显的措施就是将所有FGD系统泵的水密封改为机械密封，可以说这一改进，对于系统水平衡来说起到了非常重要的作用。 3 石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统介绍 3.1石灰石—石膏湿法脱硫系统构成简述 3.1.1 系统简图 典型的石灰石/石灰－石膏湿法烟气脱硫工艺流程如图3-1所示，实际运用的脱硫装置的范围根据工程具体情况有所差异。 图3-1典型湿法脱硫系统工艺流程 3.1.2系统构成 典型FGD整套系统由以下子系统组成： （1）烟气系统，主要设备：烟道挡板门、增压风机（BUF）、烟气换热器（GGH）等。 （2）SO2吸收系统，主要设备：吸收塔本体（含吸收塔浆池）、浆液循环泵、吸收塔搅拌器、氧化风机及其附属系统、浆液喷淋层、除雾器及其冲洗系统等。 （3）石灰石浆液制备及供应系统： 湿磨制浆系统主要设备：石灰石上料及储存系统、（受料斗、给料机、斗式提升机、石灰石仓）、称重给料机、湿式磨机、磨机浆液循环箱、磨机浆液循环泵、石灰石浆液旋流器、石灰石浆液箱及其搅拌器、石灰石浆液泵等； 干磨制浆系统主要设备：石灰石上料及储存系统（受料斗、给料机、斗式提升机、石灰石仓）、称重给料机、干式磨机、选粉设备、石灰石粉仓及其底部流化和卸料设备、石灰石粉仓顶部除尘设备、石灰石浆液箱及其搅拌器、石灰石浆液泵等。 外购石灰石干粉制浆系统主要设备：石灰石粉仓及其底部流化和卸料设备、石灰石粉仓顶部除尘设备、石灰石浆液箱及其搅拌器、石灰石浆液泵等。 （4）石膏脱水系统，主要设备：石膏旋流站、真空皮带过滤机、真空泵、滤布冲洗水箱、滤布冲洗水泵、滤液水箱及搅拌器、滤液水泵、石膏饼冲洗水泵、废水旋流站给料箱、废水旋流站给料泵、废水旋流站、石膏输送机、石膏库。 （5）供水系统，主要设备：工艺/工业水箱、工艺/工业水泵、除雾器冲洗水泵等。 （6）排放系统，主要设备：事故浆液箱及其搅拌器、事故浆液泵、地坑及其搅拌器、地坑泵等。 （7）压缩空气系统，主要设备：空压机（视具体情况增设）、压缩空气干燥及过滤设备（视具体情况增设）、杂用压缩空气储罐（视具体情况增设）、仪用压缩空气储罐等。 （8）废水处理系统，主要设备：脱硫装置废水处理系统设备、化学加药系统设备、污泥脱水系统设备。 3.2烟气系统及设备 3.2.1烟气系统 从锅炉来的烟气经过脱硫系统洗涤后进入烟囱排放。烟气系统一般有如下几种形式： （1） 锅炉来烟气→FGD入口挡板→增压风机→GGH原烟气侧→吸收塔→GGH净烟气侧（加热至80℃以上）→FGD出口挡板→主烟道→烟囱，带旁路烟道及挡板门。如图3-2所示。 图3-2带有增压风机，GGH，旁路挡板的烟气系统（一炉一塔） （2） 锅炉来烟气→FGD入口挡板→增压风机→吸收塔→FGD出口挡板→主烟道→烟囱，带旁路烟道及挡板门。如图3-3所示。 图3-3带有增压风机，旁路挡板的烟气系统（一炉一塔，无GGH） （3） 锅炉来烟气→吸收塔→主烟道→烟囱（或冷却塔），无旁路烟道及挡板门。（烟塔合一，无旁路的烟气系统）如图3-4所示。 图3-4无增压风机，无GGH，无旁路挡板的烟气系统（一炉一塔，可烟囱，冷却塔合并） 3.2.2烟气系统主要设备 （1）增压风机系统 增压风机用于克服FGD烟气系统的阻力。对于300MW及以上机组，增压风机宜选用轴流风机[5]。如图3-5所示。 增压风机形式：静叶可调增压风机、动叶可调增压风机。 图3-5 增压风机系统图 增压风机系统包含：增压风机本体、增压风机电机、油站系统、密封风系统。不同厂家设备配置大同小异，有些设备厂家的动调风机油站分为润滑油站、液压油站，有些厂家将两油站合并。 （2） 气—气换热器（GGH）系统 GGH系统简图3-6所示。 图3-6 GGH系统简图 脱硫系统一般设有一套 气－气热交换器（GGH）系统，进入GGH的未处理烟气传递热量给GGH旋转换热元件，被冷却后的烟气进入吸收塔，经吸收塔浆液洗涤后烟气重新进入GGH，旋转换热元件传递其热量至净烟气流，加热后净烟气进入烟囱。 对于有GGH的系统，当FGD投运时，GGH必须处于运行状态。 GGH形式有多种，但大型机组常用的是圆盘式再热器。不同设备制造厂家，GGH驱动形式有所不同，可分为：中心驱动式、围带驱动式。 GGH系统由四个子系统组成，详细描述如下： · GGH转子驱动系统 · GGH密封空气系统 · GGH防低泄漏系统 · GGH吹灰器及其冲洗系统 （3）烟道挡板门系统 烟气系统一般设有：位于增压风机入口侧的FGD进口挡板门，FGD出口挡板门和FGD旁路挡板门。进、出口挡板门和旁路挡板门均由电动/气动执行机构控制完成。均通过DCS来控制挡板的打开或关闭。每个挡板门均配有全开和全关位置开关，其开关状态信号引入到DCS，以实现远程位置显示。其中旁路挡板门为调节型挡板，设有模拟量位置反馈。此外，档板还安装有密封空气系统，当某挡板门关闭时，该系统提供密封空气至该挡板门。 挡板门系统主要系统：挡板门本体、密封风系统（密封风机、加热器）。 （4）烟气系统检测仪表 烟气仪表（温度、压力和烟气分析）分布在FGD系统的烟道中，描述如下。 A 烟气温度 烟气温度检测需在烟道几个位置中设置： · FGD入口 · GGH(热侧)入口 · 吸收塔入口 · 吸收塔出口 · GGH（冷侧）出口 · 烟囱入口 对于FGD入口位置，设有三取二冗余测温元件。每个温度被显示并在DCS加以记录。 GGH周围的烟气温度测量应由操作员监视，这样可以评估GGH运行状态。 B 烟气压力 烟气压力监测在以下几个烟道位置设置： · FGD系统入口 · GGH（热侧）入口 · 吸收塔入口 · 吸收塔出口 · GGH(冷侧)出口 对于FGD入口位置，三取二冗余压力变送器被设置。每个压力显示并在DCS加以记录。 C烟气分析 烟气成分分析设置在烟道几个位置，如下： · 增压风机入口 (SO2); (O2); (Dust)；烟气流量通过测量动叶增压风机的差压计算得到) · 烟囱入口(NOX); (SO2); (O2) ;（Dust）;（H）;（Flow）;（P）; （T） 每个分析仪变送器接入DCS系统中，可以显示、记录和产生高报警。 D测点连接 几套100mm测点被设置在烟道系统的几个位置，如下： · 增压风机入口测点 · GGH（热侧）入口测点 · 吸收塔入口测点 · 吸收塔出口测点 · GGH（冷侧）出口 · 烟囱入口 在FGD系统启动时，这些测点被各种仪表使用，从而检测吸收塔性能。 3.3 SO2吸收系统及设备 3.3.1 SO2吸收系统 本系统是二氧化硫脱除的核心。 本文主要针对喷淋塔，烟气由进气口进入吸收塔的吸收区，在上升过程中与吸收塔浆液逆流接触，烟气中所含的污染气体绝大部分被洗涤进入吸收塔浆液，与浆液中的悬浮石灰石微粒发生化学反应而被脱除，处理后的净烟气经过除雾器除去水滴后进入烟道。 喷淋塔简图如下3-7所示（图SO2吸收系统）: 图3-7 喷淋塔系统简图 3.3.2 SO2吸收系统主要设备 SO2吸收系统主要设备： · 吸收塔本体 · 吸收塔浆池 · 浆液循环泵 · 吸收塔搅拌器 · 氧化空气喷枪 · 浆液喷淋层 · 除雾器及其冲洗系统。 3.4石灰石浆液制备、供应系统及设备 3.4.1 石灰石浆液制备及供应系统 本系统负责整个FGD系统吸收剂的制备及供应。一般分为以下三种方式：石灰石湿磨制浆系统、石灰石干磨＋石灰石干粉制浆系统、外购石灰石干粉制浆系统。 3.4.2 石灰石浆液制备及供应系统主要设备 石灰石浆液制备及供应系统主要设备，按照制浆方式不同，配备的设备也不相同，分述如下： （1）石灰石湿磨制浆及供应系统主要设备： 石灰石上料及储存系统（石灰石卸料斗（含插板阀）、振动给料机、皮带输送机、斗式提升机、石灰石贮仓、仓底插板门、仓底振动给料机、卸料间布袋除尘装置、石灰石贮仓布袋除尘器） · 称重给料机 · 湿式磨机 · 磨机浆液循环箱 · 磨机浆液循环泵 · 石灰石浆液旋流器 · 石灰石浆液箱及其搅拌器 · 石灰石浆液泵 （2）石灰石干磨＋石灰石干粉制浆及供应系统主要设备： 石灰石上料及储存系统（石灰石卸料斗（含插板阀）、振动给料机、皮带输送机、斗式提升机、石灰石贮仓、仓底插板门、仓底振动给料机、卸料间布袋除尘装置、石灰石贮仓布袋除尘器） · 称重给料机 · 干式球磨机 · 选粉设备 · 流化风机 · 螺旋（带式）输粉机 · 脉冲袋式收尘器 · 石灰石粉仓及其底部流化和卸料设备 · 石灰石粉仓顶部除尘设备 · 石灰石浆液箱及其搅拌器 · 石灰石浆液泵 （3）外购石灰石干粉制浆系统主要设备： · 石灰石粉仓及其底部流化和卸料设备 · 石灰石粉仓顶部除尘设备 · 石灰石浆液箱及其搅拌器 · 石灰石浆液泵 3.5石膏脱水系统及设备 3.5.1 石膏脱水系统 机组FGD所产生的20Wt％左右浓度的石膏浆液由吸收塔下部布置的石膏浆液排出泵送至石膏浆液旋流器。石膏旋流站底流自流进入真空皮带脱水机[6]。简图如3-8所示： 图3-8 石膏脱水系统简图 3.5.2 石膏脱水系统主要设备 石膏脱水系统包括以下设备： · 石膏旋流站 · 真空皮带过滤机 · 真空泵 · 滤布冲洗水箱 · 滤布冲洗水泵 · 滤液水箱及搅拌器 · 滤液水泵 · 石膏饼冲洗水泵 · 废水旋流站给料箱 · 废水旋流站给料泵 · 废水旋流站 · 石膏输送机 · 石膏库 3.6 供水系统 从电厂供水系统引接至脱硫岛的水源，提供脱硫岛工业或工艺水。根据工艺水水质情况，确定工艺水和工业水是否合用水源。 工业水主要用户为： · 真空泵密封水 · 增压风机油站冷却水 · 磨机油站冷却水 · 氧化风机中冷器冷却水、油箱冷却水 · 其他设备冷却水 工艺水主要用户为（不限于此）： · 除雾器冲洗水 · 石灰石浆液制备用水； · 烟气换热器的冲洗水； · 所有浆液输送设备、输送管路、贮存箱的冲洗水。 供水系统主要设备： · 工艺水/工业水箱 · 工艺水/工业水泵 · 除雾器冲洗水泵 3.7 事故浆液储存系统 排放系统一般包括事故浆液箱系统、地坑系统等。 FGD岛内设置一个公用的事故浆液箱，事故浆液箱的容量应该满足单个吸收塔检修排空时吸收塔最低液位时浆液量和其他浆液排空的要求，并作为吸收塔重新启动时的石膏晶种。 吸收塔浆池检修需要排空时，首先将吸收塔浆液排至脱水系统脱水，到最低液位后，吸收塔的石膏浆液输送至事故浆液箱。事故浆液箱内浆液最终可作为下次FGD启动时的晶种。 FGD装置的浆液管道和浆液泵等，在停运时需要进行冲洗，其冲洗水就近收集在各个区域设置的集水坑内，然后用泵送至事故浆液箱或吸收塔浆池[7]。 排放系统主要设备： · 事故浆液箱及其搅拌器 · 事故浆液泵 · 地坑及其搅拌器 · 地坑泵 3.8 压缩空气系统与废水处理系统 脱硫岛压缩空气系统包括仪表用气和杂用气，仪表用汽主要用于仪表管路的吹扫、除尘器布袋反吹扫等，压力一般为0.6Mpa左右；杂用气主要用于GGH吹扫，压力一般为0.85Mpa左右。 根据项目全厂统一考虑，确定是否设置空压机和压缩空气过滤设备。 压缩空气系统主要设备： · 空压机 · 压缩空气干燥及过滤设备 · 杂用压缩空气储罐 · 仪用压缩空气储罐 脱硫废水处理系统主要是处理脱硫系统排出的废水，使处理后的排水水质达到相关标准要求或技术协议内排放指标要求。 废水处理系统主要包括以下三个子系统[8]：脱硫装置废水处理系统、化学加药系统、污泥脱水系统。 （1） 脱硫装置废水处理系统 工艺流程：脱硫废水→中和箱(加入石灰乳)→沉降箱(加入FeClSO2和有机硫)→絮凝箱(加入助凝剂)→澄清浓缩池→清水pH调整箱→达标排放 主要设备： · 三联箱 · 澄清浓缩池及其搅拌器 · 污泥泵 · 出水箱 · 出水泵 （2） 化学加药系统 脱硫废水处理加药系统包括：石灰乳加药系统（或NaOH加药系统）；FeClSO2加药系统；助凝剂加药系统；有机硫化物加药系统；盐酸加药系统等。 A 石灰乳加药系统 石灰乳加药系统流程如下：石灰粉→石灰粉仓→制备箱→输送泵→计量箱→计量泵→加药点 主要设备：石灰粉仓、给料机、石灰乳制备箱、计量箱、石灰乳计量泵。 B FeClSO2加药系统 FeClSO2加药系统流程如下：FeClSO2→FeClSO2搅拌溶液箱→FeClSO2计量箱→FeClSO2计量泵→加药点 主要设备：FeClSO2制备箱、计量箱、加药计量泵。 C 助凝剂加药系统 助凝剂加药系统流程如下：助凝剂→助凝剂制备箱→助凝剂计量箱→助凝剂计量泵→加药点 主要设备：助凝剂制备箱、计量箱、加药计量泵。 D 有机硫化物加药系统 有机硫化物加药系统流程如下：有机硫化物→有机硫制备箱→有机硫计量箱→ 有机硫计量泵→加药点 主要设备：有机硫制备箱、计量箱、加药计量泵。 E 盐酸加药系统 盐酸加药系统流程如下：盐酸计量箱→盐酸计量泵→加药点 主要设备：盐酸储罐、盐酸计量箱、加药计量泵。 （3） 污泥脱水系统 污泥处理系统流程如下： 浓缩污泥 污泥贮池 压滤机 滤饼 堆场 滤液 滤液平衡箱 中和箱 澄清池底的浓缩污泥中的污泥一部分作为接触污泥经污泥回流泵送到中和箱参与反应，另一部分污泥由污泥输送泵送到污泥脱水装置，污泥脱水装置由板框式压滤机和滤液平衡箱组成，污泥经压滤机脱水制成泥饼外运倒入灰厂，滤液收集在滤液平衡箱内，由泵送往第一沉降阶段的中和槽内。 主要设备：压滤机及其配套设备。 4 石灰石湿法脱硫的运行与控制 4.1 控制功能 主要参数检测: 烟气系统:FGD进口烟气压力、原烟气SO2浓度、O2浓度、烟尘浓度;净烟气SO2浓度、认浓度、NOx浓度、烟尘浓度;增压风机进出口压力;FGD进出口烟气温度;旁路挡板差压等。其中重要的参数如烟气压力采用3取2，确保测量的准确。 石灰石制备系统: 石灰浆液箱液位、浆液密度;石灰石仓料位等。 吸收塔系统:吸收塔液位、浆液pH值等。 石膏处理系统:石膏浆密度、石膏浆pH值等。 烟气成分分析测量等。 主要运行控制对象及功能: 增压风机进口烟气压力:增压风机的压升用来克服脱硫系统的压力损失，增压风机为动叶可调式。控制系统设置增压风机进口侧压力控制回路，将FGD进口段的烟气压力控制在±0Pa，烟囱自然抽力满足FGD的压力损失，通常增压风机进口压力定值根据保证旁路烟气挡板前后差压为零来设定，保证旁路挡板动作时炉膛烟气压力波动较小，不影响锅炉的正常运行[9]。 控制系统引入锅炉负荷、总风量作为风机体调节的前馈信号，减小增压风机调节对锅炉运行的影响，为获得更好的动态响应特性，可以引入引风机的状态信号。 吸收塔液位控制:吸收塔的液位随着塔内热烟气冷却、饱和蒸发带走部分水分以及石膏排出泵运行带走的游离水和洁晶水而降低，同时塔内除雾器的工艺冲洗水进行补充，而冲洗水是定时顺控方式运行，所以除雾器的冲洗顺控与塔内液位控制目标是关联控制。 除雾气冲洗水量的控制是通过烟气量和吸收塔液位的函数关系计算出所需的冲洗间隔时间，与实际累计的间隔时间比较，累计间隔时间达到设定值，除雾器冲洗自动启动，同时间隔时间累计值复置为零，重新计时。 石灰石供浆流量调节:石灰石浆流量控制回路是以控制吸收塔内浆液的pH值为目标，通过调节吸收塔的石灰石浆液补充量，维持塔内pH值在5.4-6.2，保证吸收塔内SO2吸收反应完全。 调节回路采用串级PID控制，主调节器控制pH值，副调节器控制石灰石浆液供给量。主调节器输入原烟气量前馈及SO2浓度等化学量修正后，作为副调节器石灰石浆液流量的设定值，与实测并经密度计算后得出的石灰石浆液量比较偏差，输出控制石灰石浆液调节阀，响应FGD负荷变化，稳定塔内pH值。 吸收塔石膏浆排出密度调节:吸收塔排出石膏浆液密度调节实际是控制石膏旋流器投入运行的数量及旋流器回流阀开度。 旋流器运行数量通过在线密度计测量的吸收塔浆液密度进行控制，密度值低于设定值，减少旋流器运行数量，同时旋流器回流阀增大开度，石膏产量减低;密度值高，增加旋流器运行数量，减小回流阀开度，石膏产量增加。 石灰石浆液浓度调节:石灰石浆液浓度浓度调节实际是两级调节:第一级，石灰石通过称重皮带给料机连续的输入湿式球磨机研磨，保持与过滤水按设定量成配比供料，完成粗调;第二级，测量湿式球磨机出口石灰石浆液密度，控制磨再循环箱过滤水量，实现细调。 真空皮带石青滤饼厚度运行调节:首先控制因供浆流量异常变化或其他原因导致的石膏滤饼厚度偏移，将石膏滤饼厚度控制在真空皮带脱水机有效工作厚度内。根据测厚仪测得的滤饼厚度调节皮带转速:厚度小，使滤布慢速运行;厚度大，使滤布快速运行。 石青浆排出盆运行控制:石膏排出量是由旋流器的双向导流阀的流向和开阀时间控制的。因为石膏排出量与石灰石浆液供给量之间是确定的比例关系，通过石灰石浆液闭环控制即可确定石膏排出量，经过吸收塔出口浆液浓度修正后换算成时间值，控制双向导流阀的流向和时间。 废水处理系统闭环控制: 1)至中和絮凝箱废水流量闭环控制; 2)中和絮凝箱pH值闭环控制; 3)净水箱液位闭环控制; 4)絮凝加药闭环控制; 5)加药回路闭环控制; 4.2 FGD的联锁保护 FGD的联锁保护功能主要表现在两方面;一是FGD本身的安全，主要是防止超温联锁保护、停运时石灰石浆液的沉积结垢;二是FGD故障影响锅炉机组安全运行，主要是烟气阻力。 FGD自保护动作条件: 1) 进口烟气温度异常; 2) 进出口烟气压力异常; 3) 脱硫增压风机故障; 4) GGH(烟气换热器)故障; 5) 吸收塔循环浆泵故障; 6) 烟气进口挡板或出口挡板动作异常; 7) 吸收塔底部搅拌器全部停运; 8) 石灰石浆泵全部停运; 9) 工艺水系统停运; 10)、吸收塔浆液浓度超限且石膏排出泵全部故障; 锅炉至FGD保护动作条件: 1) 锅炉MFT; 2) 锅炉火检信号; 3) 油枪投入状态; 4) 静电除尘器投入状态; FGD动作时，烟气旁路挡板迅速开启，脱硫增压风初月胜闸，进口烟气挡板关闭，切除FGD。同时保持冲洗水、各搅拌器运行，防止石灰石浆液沉积、结垢。视停运时间考虑是否投入事故浆罐系统。 4.3 停运启动: FGD装置典型启动曲线如下图4-1所示[10]： 4-1 FGD装置典型启动曲线 短时停运启动:停运几小时，不必停止FGD系统全部装置。将烟气系统切换至旁路运行，吸收塔循环浆泵停运，脱硫增压风机停运，石灰石浆液泵停运、放空，冲洗管线浆液，氧化风机停运。 启动方案 :按顺序依次启动吸收塔循环浆泵，切换烟气系统至FGD，启动脱硫增压风机，氧化风机，启动石灰石浆液输送系统。 中长期停运启动:停运几天以上，除保留搅拌器及冲洗系统运行一定时间外，其余设备全部停运，投入事故浆罐系统。 启动方案:程序中的保持回路或开关中的适当延时确保启动时维持正常的顺序。由于各种设备设施并列启动，所以需要的启动时间较短。 5 目前脱硫系统控制运行存在问题分析 5.1 脱硫烟气系统与锅炉烟气系统的控制 增压风机与引风机串联调节问题:脱硫系统投入运行后，锅炉烟气系统和脱硫烟气系统合并成了一个大的烟气系统，在目前的设计方案中，引风机和增压乒切1为串联布置在烟气系统中的两个调节设备(包括其动叶、调节门)，其控制的对象分别是烟气系统的分段:引风机控制锅炉炉膛压力，增压风机控制进口烟气压力。锅炉烟风系统流量变化时，引风机的动作和增压风机的动作必然存在祸合关系，增大了调节动荡不稳定性。建议将脱硫系统设计与主机系统设计一体化考虑，可采用增大引风机容量，使引风机出力满足锅炉系统阻力和脱硫系统阻力，单一引风机变频调节控制方式;或者适当增大引风机容量，减小增压风机容量，FGD投运时让增压风机保持定容量运行，单一引风机调节方式。增大引风机容量和调节能力带来的另外收获是减少了烟气挡板切换时锅炉炉膛压力波动。 调节方案的选择应根据FGD的投运率、设备购置费用、费用运行进行综合经济技术分析。 脱硫烟气系统对锅炉运行的扰动:脱硫烟气系统对锅炉运行的扰动主要体现在切换脱硫与主系统挡板门时，锅炉炉膛压力的波动，可能会引起锅炉MFT动作。对脱硫挡板门、旁路门动作引起的炉膛压力变化超限，适当延时MFT的动作时间，一般设定时间大于挡板门、旁路门全程开度时间，是解决办法的一种。另外对挡板门、旁路门的 动作应进行单独调试，测定各工况下挡板门和旁路门各自开度、动作时间对应的系统阻力，确定挡板门和旁路门开度关系，保证锅炉炉膛压力的稳定。 5.2 脱硫系统中测量仪表的选用问题 脱硫系统中因为浆液的腐蚀、磨损、悬浮固体的沉积、结垢等特性都对测量仪表有特殊的要求。 pH值测量:在湿式脱硫系统中pH计实际上是用来测量电极的电压表，它将每个特定温度下的电压转化为pH值并对异常的值进行纠正，pH计的工作依赖于正确的标定和校准。 pH计的传感器受两方面的影响;一是由于浆液的冲蚀或结垢受到污垢和老化的影响，必须对其进行冲洗;二是温度的影响，可采用自动温度补偿修正。 吸收塔液位测量:吸收塔的液位因为在搅拌器的作用下，会产生较大的波动，通常的测量方法 (如超声波、电容法)都不能满足要求。而采用差压测量方式可以解决液面波动问题，但是可能由于液位处浆液密度不均而导致测量不准，而且由于与浆液直接接触，容易堵塞。 浆液密度测量:石灰石浆液密度与石膏浆液密度是湿式脱硫系统中重要的两个参数，必须长期在线，因为浆液的摩性和辐射性一般采用非接触式测量。现通常采用丫射线放射吸收测量计，缺点是环保性育会鉴，在发达国家已经开始受到限制，而且一旦管内出现固体沉积或结垢将出现错误信号，需对其进行日常人工取样校验。 结 语 石灰石／石膏湿法烟气脱硫工艺因其高脱硫效率、低的运行成本和高循环利用率，成为火电厂锅炉烟气脱硫的主流工艺，目前在国内大、中型火电厂已普遍采用和推广。但尽管如此，湿法烟气脱硫通常存在废液难以处理、结垢和堵塞、腐蚀和磨损等棘手问题。这些问题如解决得不好，便会造成二次污染、运转效率低下或不能运转等 （1）废液的处理（碱液吸收SO2所产生） （2）除 雾（脱硫后的水雾） （3）排烟温度 （4）结垢和堵塞 （5）腐蚀及磨损 以上存在一些问题，严重的影响它的总体效率及利用范围，所以找出合理的方法来解决这些问题势在必行。 总之，湿法烟气脱硫作为一种较成熟的脱硫工艺，已在很多国家广泛应用，要完全做到高效、稳定、经济、可靠地运行，还有许多方面值得研究和改进。 致谢 历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师杜老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最衷心的感谢!感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。 　　感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正! 参考文献： [1] Lance A. Analysis of Relevant Steps in Wet Flue Gas Desulphurization Processes Using Limestone Slurries1 Inter J Environ Studies 1992, 41 (1/ 2). [2] 王健，姜开明. 我国烟气脱硫技术现状综述[J] 中国能源,2004,26(1):29-31. [3] 张哗.中国燃煤电厂烟气脱硫技术现状和前景展望[ J] .工程与技术, 1999, (4) . [4] Behrens GP. Evaluation of atopic acid addition to a bench-scale chiyoda thoroughbred 121 FGD system. Electric Power Research Institute. Coal Combustion Systems Division. (Report) EPRI CS. 1991 [5] 王伟能. 简易湿法石灰-石灰石烟气脱硫工艺设计及实践[J]. 能源环境保护 ,2004，18(1):41-42. [6]曾庭华，杨华，马斌等.湿法烟气脱硫系统的安全性及优化北京.中国电力出版社，2003 [7]郝吉明，王书肖，陆永琪.燃煤二氧化硫污染控制手册北京.化学工业出版社，2001 [8]何苏浩，项光明，姚强等石灰石／石灰石膏湿法脱硫反应塔模型比较.煤炭转化，2001，24(3)：41-44 [9]孙华，施正伦，高翔等喷淋式湿法脱硫装置的试验研究.动力工程2001. 21 (5)：1459- 1463 [10]杨帆燃煤电站锅炉脱硫装置监控系统的开发研究：[硕士学位论文]，天津，天津大学，2003 外文原文： Wet Flue Gas Desulfurization (WFGD) Slurry Spray Header Design System J.W. Santavicca The Babcock & Wilcox Company Barberton, Ohio, U.S.A. Presented to: ASME Power April 5 - 7, 2005 Chicago, Illinois, U.S.A Abstract The Babcock & Wilcox Company (B&W) has developed a ruledrivendesign (RDD) computer application to speed the design ofits wet flue gas desulfurization (WFGD) slurry spray header system including support steel. The application, written using theRuleStream RDD system, captures the talents of the many people involved in the spray system’s design, including those involved in process engineering, design engineering technology, structural mechanics, and technical design. B&W.s design standards and best practices are blended with fabricator capabilities and industry standards to form the application rules. Third-party software (for example CAESAR II) and proprietary computer programs are leveraged by the application courtesy of the Rule Stream RDD architecture. The application seeks to automate the routine first 80% of the design, while providing interfaces to complete the design or explore. what-if. situations. Interfaces allow the evaluation of spray coverage, pipe velocities, pressure drop, physical clearances, weights, and stresses. The application generates drawings, a solid model, and a bill of material for fabrication. Using the application, repeatable, consistent results are achieved. There is a higher confidence in the generated design and a reduction in design cycle time. This saved time may be allocated to exploring alternative designs, pursuingfabricator quotes, performing contract level analysis in the proposal phase, or may be applied to other areas of the WFGD design. Introduction Wet Flue Gas Desulfurization The Babcock & Wilcox Company (B&W), is a major supplier of steam generation and environmental equipment for the power generation industry. Included in B&W.s environmental control equipment offerings is the wet flue gas desulfurization (WFGD) scrubber.(Fig. 1.) The WFGD scrubber reduces sulfur dioxide (SO2)emissions from steam generator flue gas. This is achieved by spraying water-limestone (slurry) mixture onto the flue gas. The slurry’s carried by a piping system to strategically placed nozzles that perform the spraying. The limestone slurry absorbs the SO2 before the flue gas exits the tower. Fig. 1 Wet FGD scrubber Site-specific requirements dictate an engineered-to-order product; therefore, significant time is spent designing and planning for each customer site installation. In addition, legislative action aimed at reducing SO2 emissions has greatly increased the demand forego scrubbers. These factors have led B&W to consider methods of reducing design time while increasing accuracy and repeatability of the design. The need for these improvements is acute in the proposal design phase, where quick turn-around and flexibility to respond to change are most necessary. The slurry spray system (Fig. 2) has typically required significant time to design by hand. Also, the resulting design is characterized to some extent by the preferences of the individual designer. The slurry spray system is also a key system affecting significant aspects of the overall WFGD scrubber design. These other aspects include the overall height of the tower, the external piping layout, pump sizing, internal support steel and, tower internal weight. Fig. 2 Slurry spray system. Rule Driven Design B&W has a 15 year history of applying rule-driven design(RDD) computer solutions to engineered-to-order design problems.RDD computer applications capture product design knowledge and engineering best practices structured as relationships. These of relationships contained in the application is referred to as theapplication.s .rule base.. Application development in an RDDenvironment follows the concepts similar to programming spreadsheet cell relationships. RDD software is typically integrated with computer aided design (CAD) or solid-modeling software to represent the design solution. When the rule base is applied against a setoff input requirements, the resulting design is referred to as a model.B&W has used several RDD software platforms. The most recent is the Rule Stream software system. Rule Stream is integrated with the Solid Works solid-modeling software. Rule Stream RDD models are persistent, in that all information about the design is contained in database and/or Solid Works models even when the RDD application isn’t active. This information may be accessed by the RDD application, the solid modeler’s inherent features, or external applications. Slurry Spray System RDD Application Design In an effort to reduce the proposal phase design time, RDDtechnology was applied to the critical slurry spray system. When applying RDD technology to any engineering problem, a decision must be made as to where on the analysis-design spectrum the solution should be aimed. On one end of the spectrum is a pure analysis application. An analysis application receives a proposed design as input. The application then evaluates the input design and outputs the design’s suitability as measured against theapplication.s rule base. While reducing the time spent checking design, the pure analysis RDD application does nothing to assist the more labor-intensive processes of developing the design. Since the design is performed outside the RDD application, the issue design repeatability is not addressed. A pure-design RDD application is often thought of as a .pushbutton. application, where design requirements serve as theapplication.s input and the application output is a complete design. The pure-design RDD application addresses the labor-intensive design development process and eliminates the need for checking, since the output design has already been measured against the suitability requirements contained in the rule base. Design repeatability’s also assured, since the application will always produce the same design from identical requirements. There are no variations based on designer preference. Unfortunately, a pure-designed application is inflexible. Special requirements or exceptions must be programmed into the application on a case-by-case basis. The result is a rule base that contains rules specific to a particular proposal that will likely never be applied again or may be inappropriately applied to a future proposal. Also, a pure-design RDD application requires a large programming effort. The time and money spent constructing the application are less likely to be recouped as engineering design span/cost savings. Given the competing analysis and design philosophies, it is necessary to decide where on the analysis-design spectrum an application should reside. Factors affecting the decision include the completeness of engineering design rules, maturity of the product design, availability of programming resources, and a forecast of the likelihood of special requirements. Based on these criteria, the Slurry Spray System RDD application was aimed at about 80% along the analysis-design spectrum. The idea is to perform 80% of the engineering design in a .pushbutton. fashion using the results of a functional analysis as input. Interfaces built into the RDD application would then allow the designer to complete the last 20% of the design in an iterative fashion. As the application is used over time, commonly performed design operations can be replaced by additions to the rule base, thus drawing the application further toward the design end of the spectrum. Using the Slurry Spray System RDD Application Beginning a Design When starting to design a new slurry spray system, customer specifications and the results of a functional analysis serve as requirements for the RDD application. To complete 80% of the design, as discussed in the previous section, relatively few inputs are required. These inputs include the tower diameter, the slurry flow rate, the proposed number of nozzles, a choice of piping layout options, and the piping material. Other inputs that may be specified at the onset of a design are usually variations on default design constraints, such as the maximum and minimum slurry velocity (to prevent erosion and sedimentation respectively). Using this sparse set of information, the program can generate a model containing an 80% complete design in a matter of minutes. The resulting design establishes preliminary locations for the nozzles and the locations and sizes of the slurry supplying pipes. Fig. 3 shows a typical model represented by the RDD application as a sketch. Completing 80% of the design in a few minutes allows time for investigating alternative designs. For instance, a designer can look at models using different numbers of piping headers, alternative piping materials, and various nozzle vendors. Also, the locations and sizes of the pipes piercing the tower shell are unlikely to change as the design is completed. This information can be fed to designers whose function is to design elements outside the tower walls. Rule-Based Composition The 80% complete design reflects a rule base comprised of the following: Company design standards: These are documented design rules found in B&W.s corporate standards manuals. They are maintained by product technical representatives (PTRs), who are design experts responsible for B&W.s core technologies. These rules are garnered from internal publications and included in the RDD application as programmed rules or as values in a standards database that is accessed by the RDD application. Examples of database standards are the aforementioned minimum and maximum velocities for slurry pipes. Company best practices: These are undocumented design rules developed by the engineering designers. These rules are often based on economic or manufacturability decision making and must be harvested from the designers directly, usually through an interview process. Unfortunately, designers are often unable to articulate their best practices in a form that can be translated into a RDD application. During the course of building this RDD application, designs output by the program were presented to the designers for constructive criticism. This method precipitated many of the .best practice .rules eventually incorporated in the program. A particular example involved the rules for sizing the pipes of a given header. Abiding flow velocity constraints, a header may be sized starting at either the large end or at the small end and proceeding toward the opposite end. Either method produces a design acceptable to the company’s design standards. However, sizing headers from the small end results in more consistent pipe sizes across all headers. More consistent pipe sizes results in lower fabrication cost. This best practice was discovered when a designer questioned a preliminary model’s numerous pipe sizes during a solicitation for constructive criticism. Fig. 3 Slurry spray system sketch. By capturing the company’s design standards and best practices, the RDD application becomes a repository for a majority of the engineering knowledge for the product line. This repository hedges against lost experience due to employee turnover and a retiring workforce. The RDD application also servers as a train in tool for new employees by guiding them through the design process. Fabricators. Materials: The slurry header system is a sublet fabricator item. To design for manufacturability, the materials used by B&W.s fabricators are made known to the program. These materials may include industry standards like alloy piping sizes or fabricator-specific materials such as fiberglass reinforced plastic (FRP) pipe sizes. The RDD application was developed to accommodate multiple vendors. material information. Generally, this information is included in a database that can be maintained by PTRs who are in contact with B&W.s sublet fabricators. Updating this information does not require programming resources. Fabricator constraints: Each fabricator maintains specific manufacturing constraints. These include clearances between physical equipment and minimum and maximum sizes. The RDD application accommodates fabricator-specific constraint rules in a manner similar to accommodating fabricator-specific materials. Rule-Based Contributors As mentioned in the preceding section regarding the rule-based composition, the RDD nature of the application allows numerous people to be leveraged during its development. These include: Engineering Analysts: The engineering services staff offers a concentration in scientific programming. They are responsible for codifying most of the application’s rule base and often perform the task of interviewing the people in charge of the company’s standards and best practices. Success has also been achieved by .embedding. The engineering analyst in the design area where collaboration with designers is more effective. Embedding also promotes the constructive criticism process often necessary to acquire best-practice rules. CAD Specialists: These are the people who generally support B&W.s draftsmen. They are skilled in traditional CAD and solid modeling software. They are responsible for developing solid and sketch model templates that will be assembled and parametrically driven by the RDD application. They also create drawing templates used with the solid-modeling software to generate fabrication drawings and bills of materials. Product Technical Representatives (PTRs): PTRs are responsible for maintaining the company’s standards and supplying any changes to the engineering programmers for inclusion in the RDD application. In addition, the ability exists for PTRs to inspect the individual rules in the application’s rule base. They also maintain the standards and fabricator databases. Technical Designers (draftsmen): For the slurry spray system, the draftsmen were the creators of the “by-hand” designs. They resource of the best-practice rules. They also possess knowledge of how fabricator materials and constraints affect design. Evaluating the RDD Application’s Design Once the initial 80% design is complete, the RDD application presents multiple interfaces used to evaluate and modify the model: Numerical Output: A high-level evaluation can be performed even before looking at a graphical representation of the model. This information includes nozzle concentrations, header centerline locations, the number of nozzles per header, and spray coverage percentages. Piping and Nozzle Layout: Recall that the RDD software is integrated with solid-modeling software. This software presents a sketch for examining the piping and nozzle layout. An example can be found in Fig. 3. The designer can check the appropriateness of nozzle locations, the ability of the application to fit reducers between nozzles, etc. A sketch, as opposed to a solid model, is used while evaluating the design. The sketch is generated and adjusts to design changes much more quickly than a solid model. In fact, the sketch is dynamically tied to the RDD application’s inputs. As the designer makes changes to input requirements or design aspects, the sketch automatically updates. Spray Pattern: As each nozzle sprays slurry, the pattern of spray takes the form of a cone. The cones’ projected circles on a plane some depth below the pipe centerlines is referred to as the spray pattern. The RDD application employs a numerical integration technique to calculate spray coverage percentages at various depths below the pipe centerlines (measured as the percent of the tower’s cross-sectional area covered by spray). The RDD application calculates spray coverage percents in just minutes and is automatically updated to reflect any model changes made by the designer. In addition to covering a desired percentage, the spray pattern must address the issue of “quality of coverage.” If there are gaps in the coverage, it is preferable to have many small gaps rather than to have the uncovered percentage concentrated in large areas. The application provides the ability to simulate the spray cone pattern. When viewed from above, the covered and uncovered areas can be inspected. See Fig. 4. Velocities: Since slurry velocity in the pipes plays a crucial role in designing the spray system, there is a tabulated interface that allows the designer to inspect the entering and exiting velocities of the each pipe. The velocities are compared to the minimum and maximum velocities allowed by the standard, and the results are presented in a column of check boxes. When checked, a pipe has a velocity violation that must be fixed. Using the violation check-box column, the designer can quickly scan for errors. Fig. 4 Spray coverage. Nozzle Clearances: Similar to the pipe velocity inspection interface, there is a tabulated interface that allows the user to check each nozzle for clearance problems. A nozzle may experience one of the following violations: it may be too close to the header that supplies it, too close to its opposite header, or too close to another nozzle. These clearances are an example of incorporating fabricator constraints. Again, the user can quickly scan for errors by examining columns of checked boxes. Pressure Balance: The Rule Stream software used by B&W to develop RDD applications allows leveraging existing in-house applications. B&W has a FORTRAN program that performs pressure drop and flow balance calculations on piping systems. Rules were added to the RDD application to formulate input to the external program, run the external program, and retrieve the results. These results include velocities calculated for each pipe and nozzle, pressure drop across each nozzle, and the pressure at each header inlet. Before the RDD application, the time necessary to formulate the input would have been days due to the complexity of the WFGD slurry piping system. Therefore, in the previous by-hand design methodology, only a single pressure drop calculation, without a flow balance, was performed on a representative header to determine an approximate worst-case pressure at the inlet. This calculation would generally require a full day’s work. Due to the time involved, this analysis was reserved for the contract design phase. By interfacing the RDD application with the external pressure drop/flow balance program, an iterative analysis can be performed to determine the predicted pressures and velocities for all pipes and nozzles. This iteration validates calculated flows against the assumed values used for design. Because this takes only a few minutes, the analysis can be performed in the proposal design phase. Solid Model: A full 3D solid model can also be generated (see Fig. 5).This solid model is used to generate bills of materials from the solidmodelingsoftware. It is also used for marketing purposes. Iterating the Design within the RDD Application Once the design has been evaluated, it may be necessary or desirable to modify the design. The application includes several interfaces for iterating/modifying the design. Because the RDD application is programmed as relationships, the effects of any changes introduced by the designer are communicated throughout the entire design, changing it as required. This prevents a designer from missing an important modification necessitated by a change. As an example, by moving a header’s centerline, the header may determine a new number of nozzles it can accommodate at a given nozzle spacing. Because there is a change in the entire spray system’s number of nozzles, the total slurry spray is redistributed across all nozzles on all headers. Because the flow rate to each nozzle has been affected, the sizes and number of all pipes may potentially be redesigned. If the pipe sizes change, the distances between the nozzles and their supplying pipes may change due to clearance constraints. With the by-hand method of designing, these cause-and-effect relationships must be maintained and tracked manually. This type of modification would necessitate several hours or days to perform. But using the RDD application, this type of change can be evaluated in a matter of minutes while maintaining confidence that all effects of a change have been accommodated. Gross changes in the design can be affected by modifying high-level inputs – for example, the number of headers and the default header and nozzle spacing. Changes made to high-level inputs ripple through the design all the way down to individual nozzles. Making high-level changes is especially useful when evaluating alternative designs. More localized changes can be made by modifying parameters that affect a header’s location, the lengths of individual pipes, the locations of reducers, and the locations of individual nozzles. Note: the “ripple” effect discussed earlier applies in all directions. Because the dependencies between all aspects of the design are maintained, not only do high-level changes affect low-level aspects of the design, but low-level changes can affect higher level aspects of the design. Fig. 5 WFGD slurry piping system solid model. Companion RDD Applications B&W has developed two other RDD applications that address WFGD scrubber design. The first is a companion application to the slurry spray system design application and is used to analyze the slurry piping support steel. The second application seeks to design and analyze the WFGD scrubber tower shell. Slurry Piping Support Steel Design Application The slurry piping support steel RDD application is actually an application integrated with the slurry spray system design application that allows a mechanical engineer to design the steel supports for the slurry spray headers by viewing the design through a different set of interfaces. The steel design application falls more toward the analysis end of the analysis-design spectrum. B&W uses a third-party package(CAESAR II) that analyzes piping stresses and steel forces and moments. To leverage existing technology, the RDD application was interfaced with CAESAR II in a manner similar to interfacing with the pressure drop/flow balance program. For the steel design, the mechanical engineer begins with the slurry spray header model created earlier. The mechanical engineer then interactively arranges the steel and header supports. Database tables for material properties and steel section properties are accessed by the RDD application. The RDD application sends the header and steel designs to CAESAR II, which then integrates the designs. CAESAR then generates the header stresses and compares those stresses to the allowable stresses calculated by the RDD application. The steel forces and moments are fed back to the RDD application (since CAESAR II does not calculate the steel stresses).The RDD application converts the forces and moments into stresses and compares them to the allowable stresses it has calculated. A future RDD application enhancement will be to make recommendations as to alternative shapes/materials if the allowable are not met. Using the RDD application to generate the CAESAR II input file greatly reduces the time required to design the steel. Also, any changes to the CAESAR II input data resulting from changes to the piping or steel design are managed by the RDD application, thus preventing input errors. Using the RDD application, the time required to perform the support steel design has been reduced by one week, and the analysis is more complete. The slurry piping support steel design RDD application has been the driving force for acceptance of the other RDD applications. Due to the time savings and increased accuracy enjoyed while designing the support steel with the RDD application, mechanical engineering personnel have demanded slurry spray system RDD models for all support steel designs. This has gone as far as reproducing slurry spray system designs created before the implementation of the RDD application. WFGD Scrubber Tower Shell Design The WFGD scrubber tower shell RDD application (see Fig. 6) seeks to design the shell plate, ring stiffeners, and vertical stiffeners necessary to support the scrubber shell. This application accepts information from the slurry spray system and slurry piping support steel RDD applications including the size and location of the pipes piercing the tower shell and the weights of the piping and steel systems. As other RDD applications are built to design other WFGD scrubber internal systems, the scrubber tower shell application will be modified to accept design information from them. However, the nature of RDD applications easily allows such “placeholders to be used for manual entry of information. To ensure design acceptability, the plate and stiffener designs are applied against a matrix of load combinations resulting in a comprehensive force and moment analysis along with detailed reports of stress and stress ratios. As with the slurry piping support steel, the RDD application tracks large amounts of information while propagating any design changes. This frees the mechanical engineer from a time consuming design and analysis process while reducing the chances for error. In addition to incorporating mechanical engineering standards and best practices, the scrubber tower shell RDD application also contains construction rules. Also included are rules that allow B&W.s construction company to economically partition the design for shipping and erection. This reduces costs beyond engineering man-hours, materials, and sublet fabrication. Customers of the Slurry Spray Piping RDD Application Designs The enhanced volume and portability of information contained in the RDD application slurry spray piping designs facilitates data transfer to other technologies involved in a WFGD project. Plant Design Those responsible for the designing and laying out the equipment outside the WFGD tower are especially interested in the locations and sizes of the pipes that pierce the tower shell. It is possible to report this information early in the slurry spray header design process since the RDD application provides a high degree of confidence that the locations and sizes will not change as the interior of the slurry spray header design is refined. Purchasing Once a slurry spray piping design is complete, the resulting solid model may be applied against drawing templates constructed for the RDD application. The RDD application maintains part information on the solid model that can be used to generate a bill of material (BOM). The solid-modeling package employed by B&W,SolidWorks, has an automatic BOM feature that can either generate a BOM table on the drawing or export the BOM to a spreadsheet. This BOM is linked to the drawing by tag numbers that are automatically placed on the drawing by the solid-modeling software. Before the RDD application, the sublet fabricator received a scaled drawing from which the fabricator had to perform his own material take-off. With the scaled drawing and accompanying BOM, the fabricator’s estimating effort is reduced, resulting in more accurate and timely estimates. Fig. 6 WFGD scrubber tower shell RDD application interface. Conclusions RDD has allowed B&W to capture the talents of the many people involved in a design process for an engineered-to-order product. The design standards and best practices of all technologies are combined with fabricator capabilities and industry standards to produce an application that automates 80% of the design. Repeatable, consistent results are achieved in minutes, allowing a designer to quickly evaluate alternative designs, explore “what-if” situations, or leverage the design cycle time savings during supply chain interaction. Using the slurry spray piping RDD application, the time to generate the header layout for a proposal has been reduced from 1- 3 days to 4 - 8 hours. Importantly, the locations and sizes of the pipes piercing the tower shell are known early in the design and with a high degree of confidence. Recall that pipe sizes and locations are important information for the designer responsible for the equipment external to the tower. Fig. 7 examines the design process both before and after the adoption of the RDD applications. With the reduced time required to generate the slurry spray piping design, a request for quote (RFQ) may be submitted to the sublet fabricator earlier. Including the tagged drawing and associated BOM in the RFQ reduces time and effort for the sublet fabricator and increases the accuracy of the quote. Being able to access an external program from the RDD application allows the pressure drop/flow balance analysis to be performed in the proposal phase instead of waiting until after contract award. The time required for pressure drop and flow balance calculations has been reduced from up to a day to minutes. In addition, the pressure drop and flow balance analysis will be a more accurate depiction of the performance of the system instead of an approximation. Also reduced are the design and analysis times required for the slurry piping support steel and the scrubber tower shell. The resulting overall reduced time frame afforded by RDD technology creates time for other important – but often neglected activities including: • Additional scope definition • Investigating alternative designs • Optimizing designs • Supply chain interaction Fig. 7 WFGD scrubber proposal timeline. 中文翻译： ASME Power April 5—7,2005 Chicago，Illinois，USA 湿法烟气脱硫（湿法）油浆喷雾头设计系统 JW Santavicca 巴威公司，巴伯，俄亥俄，美国 摘 要 巴威公司（B＆W）开发设计的ruledriven（RDD）电脑应用，以加速其湿法烟气脱硫（湿法）泥浆喷淋头系统，包括支持钢铁设计。该应用程序，编写使用RuleStream的RDD系统，在喷射系统的设计过程中涉及许多人，包括工艺工程，设计工程技术，结构力学，那些参与设计和技术人才。 B＆W公司的设计标准和最佳做法与制作者的能力和行业标准，形成混合应用程序规则。第三方软件（例如凯撒II）和专用计算机程序由RuleStream的RDD架构提供。该应用程序的目的，是自动完成前80％的设计，同时提供接口，以完成设计或探讨“假设”的情况。接口允许喷涂覆盖面，管速度，压降，物理间隙，重量和应力。应用程序生成图纸，实体模型，以及用于制造物料清单。使用应用程序，重复多次的运行后，结果得以实现。有较高的信心所产生的设计，会使设计周期时间缩短。节省下来的时间可以分配给其他设计过程，追求制作者报价​​，履行合同中的层次分析，也可以应用到其他领域的湿法烟气脱硫设计 关键词 湿法烟气脱硫（湿法）油浆喷雾头设计系统 简介 湿法烟气脱硫 巴威公司（B＆W），是蒸汽发电及发电行业的环保设备的主要供应商。巴威公司（B＆W）的环境控制设备的产品是湿法烟气脱硫（湿法）洗涤。（图—1）。湿法烟气脱硫洗涤器的降低二氧化硫烟气蒸汽发生器（SO2）的排放量。在烟气通过时喷洒水—石灰石（浆）的混合物。矿浆管道是由一个系统，利用喷嘴进行喷涂。石灰石浆液吸收烟气中的进入塔内的二氧化硫。 现场的具体要求决定了一个产品的设计到订购。因此，必须花费大量时间为每个客户设计和规划现场安装。此外，立法要求减少二氧化硫的排放量，大大增加了对湿法烟气脱硫洗涤器的需求。这些因素导致B＆W必须考虑缩短设计时间，同时提高设计精度和重复性。对这些需要改进的建议体现在设计阶段，需要快速灵活的周转以应对相应变化是最必要的。 图—1 湿法烟气脱硫洗涤器 水泥浆喷淋系统（图—2）通常需要大量的时间来手工完成设计。另外，由此产生的设计特点是在一定程度上由设计师个人决定。水泥浆喷淋系统也是一个关键系统，它是影响湿法烟气脱硫洗涤器设计的重要方面。其他方面包括塔的总高度，外部管道布置，泵上浆，钢铁和内部支持，塔内部的重量。 图—2 水泥浆喷淋系统 驱动的设计 B＆W有一个拥有15年历史的运用于规则驱动设计（放射性散布装置）的计算机解决方案设计。RDD计算机应用知识和产品设计是作为结构工程的最佳实践。在应用程序中包含的关系设置被称为应用程序的“规则的基础”。放射性散布装置中的应用开发遵循类似于电子表格单元格的关系。放射性散布装置软件通常是用集成计算机辅助设计（CAD）或固体建模软件来表示设计方案。规则库是针对输入的要求而设置的应用，由此产生的设计被称为一个模型。 B＆W的已经使用了几种放射性散布装置软件平台。最近一次是RuleStream软件系统。 RuleStream集成了SolidWorks的固体建模软件。 RuleStream的RDD模式是持久的，因为所有有关的设计资料是包含在一个数据库和SolidWorks模型，即使在RDD应用程序处于非活动状态时。这个信息，可以访问应用程序的放射性散布装置，固体Modeler的固有特点，或外部应用程序。 泥浆喷淋系统放射性散布装置的应用设计 为了减少设计阶段的时间，放射性散布装置技术应用于关键的泥浆喷淋系统。放射性散布装置技术应用于任何工程问题，解决方案的目的是必须针对分析—设计反应谱做出决定。分析应用程序接收一个建议的设计作为输入。然后，应用程序设计，评估输入和输出的设计是否适合作为对应用程序的规则库计量。同时减少用于检查设计的时间。单纯的分析放射性散布装置的应用无助于协助开发设计更多的劳动力密集的过程。由于设计是应用程序之外的RDD，重复性的设计问题并没有解决。 一个纯设计的RDD应用通常被认为是一个“按钮”应用程序，如设计要求，应用程序的输入和输出的应用程序是一个完整的设计服务。纯设计放射性散布装置的应用解决了劳力密集的设计开发过程，消除了对检查的需要,因为输出的设计已经对规则库中所包含的适用性要求做出了衡量。设计的重复性同时也是保证，因为应用程序总是会产生相同的要求，相同的设计。在设计师的偏好上没有变化。不幸的是，一个纯粹的放射性散布装置的应用设计是不灵活的。特殊要求或异常必须被编入一个逐案基础上的应用。其结果是规则库包括具体规则针对特定的规则提案，将可能永远不会被再次应用或可能不适当地适用于未来的建议。此外，一个纯粹的放射性散布装置的设计应用需要大量的编程工作。花费时间和金钱构建的应用程序不太可能在工程设计跨度/节约成本中收回。由于分析和设计理念的竞争，决定一个应用程序应该在设计—反应谱上什么地方停留是必须的。影响决策的因素包括工程设计规则，成熟的产品设计，编程资源的完整性，以及对特殊要求的可​​能性预测。根据这些标准，泥浆喷淋系统放射性散布装置的应用设计的目的在于80%沿线的分析—设计反应谱。这样做是为了执行80％的工程设计在“按钮”被广泛使用作为输入功能分析的结果。内置入放射性散布装置的应用接口使设计者能轻松地完成剩下的20% 的设计任务。由于应用程序随时间的推移被广泛应用，经常执行的设计操作可取代增加的规则库。绘图应用程序从而进一步朝着频谱设计发展。 泥浆喷淋系统放射性散布装置的应用 设计开始 当开始设计一个新的泥浆喷射系统，客户规格和功能分析的结果作为对放射性散布装置的应用需求。要完成80％的设计，在上一节所讨论的，相对较少的投入是必需的。这些投入包括塔直径，浆料流速，喷嘴的数量，管道布局选项的选择和管道材料。可在一个指定的其他投入设计开始，通常在默认设计约束的变化，如最大和最小浆速度（分别防止侵蚀和沉淀）。使用这种稀疏信息集，该程序可以生成一个模型，包含在几分钟内完成设计的80％。由此产生的设计确立了喷嘴的位置和大小以及供应管道泥浆初步位置。图。 3显示了一个典型的应用为代表的RDD草图。 在几分钟内完成80％的设计给其他设计充足的调查时间。例如，设计者可以看看使用管道接头，配管的替代材料，各种喷嘴的供应商不同的数字模型。此外，在设计完成后塔壳管尺寸和位置不可能再改变。这些信息可以反馈给设计人员，他们的职能是设计塔墙外的元素。 图—3泥浆喷淋系统示意图 基于规则的组成 80％的设计反映了规则库以下组成： 公司的设计标准：这些都记录在B＆W的手册，企业标准中的设计规则。它们是维持产品的技术代表（PTRs），对B＆W来说专家设计的核心技术工作。这些规则是囊括从内部出版物和程序规则的RDD的应用程序或数据库中的一个标准，放射性散布装置应用程序的价值包括在内。 数据库标准的例子是上面提到的最低和最高速度浆管道。 公司的最佳做法：这是由工程设计人员开发的设计规则。这些规则往往是基于经济或制造的决策，必须从设计师那里直接获得。不幸的是，设计师往往无法明确表达一个可以应用到RDD的自己的最佳做法。在建立这种放射性散布装置的应用的过程中该方案设计被提交给设计师，让他们提出建设性的。这种方法积累下来的“最佳实践” 规则最终被纳入。一个具体的例子所涉及的某一管道大小的规则。守法流速限制，一开始，可在任意的大底或在小头，向另一端进行。这两种方法产生一个可以接受的设计标准。然而，最终结果小头更符合管径尺寸要求。结果是更一致的管道尺寸降低制造成本。设计师提出具有建设性的意见时发现了这种最佳实践方法，最终确定众多管道的型号大小。通过获得公司的设计标准和最佳做法，放射性散布装置的应用成为大多数产品线的工程知识信息库。这个信息库能够满足没有经验的员工，减轻员工工作压力。作为新员工的培训工具的RDD应用程序还能通过服务器指导他们完成设计过程。 加工原材料：浆头系统是一个转租的项目。为了设计制造，由B＆W的制作者使用的材料是众所周知的程序。这些材料可能包括合金管道的尺寸或具体材料，如玻璃纤维增​​强塑料（FRP）管大小的标准。该放射性散布装置应用的开发，以适应众多厂商的不同材料要求。一般来说，这些信息包含在一个可以被PTRs与B＆W的分租制造者所能接触到的数据库中。更新这些信息不需要编程资源。 制作者的限制：每个制作者维持具体生产上的限制。这些措施包括物理设备之间，最小和最大规模的清拆行动。放射性散布装置应用可容纳制作者的具体约束同样容纳制作者的具体材料要求。 基于规则的贡献者 正如在前面的有关规则为基础的组成部分中提到，在该应用程序的发展过程中，很多人都能利用它。这包括： 工程分析师：工程服务人员提供了一个专业的科学规划。他们负责编纂应用程序的规则库和经常走访公司的标准和最佳做法负责人的任务。在设计领域，“嵌入” 也取得了成功，与设计师合作进行工程分析是非常有效的做法。在获取最佳实践规则 的过程中，嵌入也促进了建设性意见的提出。 CAD专家：他们普遍是B＆W的绘图员。他们精通传统的CAD软件技术和solidmodeling软件。他们负责运用放射性散布装置组装和参数化驱动发固体和素描模型。他们还负责创建绘图模板和建模软件生成加工图纸和物料清单。 产品技术代表（PTRs）：PTRs负责维护公司的标准和向程序员提供任何列入RDD更改的申请。此外，PTRs拥有检查应用程序的规则库的个别规则的权利，他们还保持的标准和制作者的数据库。 技术设计（绘图员）：对于泥浆喷射系统，绘图员都是手工设计。他们是最好的实践规则的来源。他们还拥有影响制作者的材料和设计知识的能力。 评价RDD应用程序的设计 一旦最初的80％的设计完成后，应用程序就会显示放射性散布装置用于评估和修改模型的多个接口： 数字输出：一个高层次的评估可以在该模型的图形表示之前就能得出来。这些信息包括喷嘴浓度，中心线位置，喷嘴数量，喷雾覆盖百分比。 管道和喷头布置：记住放射性散布装置软件与固体建模软件集成的。这个软件提出了一种用于检查管道和喷头布置的草图。在图—3可以找到一个例子。设计人员可以检查喷嘴的位置是否恰当，应用程序的能力，以便适应喷嘴减速器，等等。一个草图，而不是一个实体模型，用于评估设计。该草图生成并调整到设计变化比一个实体模型更迅速。事实上，草图是动态绑定到的RDD应用程序的输入。作为设计师，对输入的要求或设计方面进行更改，草图能自动更新。 喷雾模式：由于每个喷头都要喷洒泥浆，喷雾模式需要一个圆锥体的形式。锥体，预计在一个上圆下方的平面的管道中心线下方被称为喷雾模式。放射性散布装置的应用集成技术采用了数字集成技术计算低于管道中心线的不同深度的（计量塔的横截面面积百分之喷雾覆盖）喷雾覆盖百分，并自动更新，以反映设计者所作的任何模型的改变。除了覆盖所需的百分比，喷雾模式必须解决的问题是“覆盖质量”。 如果有在覆盖方面的差距，最好是有许多小的差距，而不是发现有大面积的比例集中。该应用程序提供了能够模拟喷雾锥的模式。当从上面观察，未覆盖地区或者覆盖地区，都可以进行检查。见图—4。 图—4 喷涂覆盖 速度：由于浆管道速度在设计喷淋系统时起着至关重要的作用，有一列接口，允许设计者检查每个管道进入和退出的速度。速度允许的标准，最低速速和最高速度，其结果体现在一个复选框列里。选中后，每一个管道的限制速度必须是固定的。使用复选框列，设计师可以快速扫描出错误 喷嘴间隙：类似速度检查管道接口，有一列接口允许用户检查每个喷头间隙问题。喷嘴可能会遇到下列违规行为之一：它可能过于接近支撑它的头，太接近它的对立面头，或者太靠近另一个喷嘴。这些间隙被纳入制作者的限制范围。同样，用户可以通过列的检查框快速扫描出错误。 压力平衡：B&W公司使用RuleStream软件开发的RDD应用程序允许利用现有的内部应用程序。B＆W有一个FORTRAN程序能在管道系统上执行压降和流量平衡的计算。规则被添加到RDD应用程序来制订输入到外部的程序，用来运行外部程序，并检索结果。这些结果包括：每个管道和喷嘴的计算速度，每个喷嘴的压降，每个喷头的进口压力。在放射性散布装置应用之前，由于湿法烟气脱硫浆管道系统的复杂性，时间的制定输入需要好几天的时间。因此，前面的手工设计方法，只有一个压降要计算，没有流量平衡，对一个代表性的喷头进行计算大约最坏情况下的压力。这种计算一般需要一整天的工作。由于所涉及的时间，这种分析保留在简单的设计阶段。通过接口，RDD应用程序与外部压力降/流量平衡方案，一个反复的分析可以决定所有管道和喷嘴的压力和速度的预测。针对本次计算，在验证设计流程中使用假设值。因为这往往只需要几分钟，在方案设计阶段，可以进行分析。 实体模型：一个完整的三维实体模型也可以产生（见图—5）。这个实体模型用于从solidmodeling软件生成材料清单。它也可用于市场营销 图—5 湿法烟气脱硫浆液管路系统的实体模型 重复的RDD应用程序的设计 一旦对设计进行了评估，有可能对设计进行修改。该应用程序包括多个接口来迭重复/修改设计。因为RDD应用程序被编成为关系，设计师的任何改变所产生的影响表现在整个的设计中，必须根据需要改变它。这可以防止设计师遗漏一个重要的修改而产生的必要的改变。例如，通过移动喷头的中心线，喷头可确定一个新的喷嘴型号，它可以容纳一个给定的喷嘴间距。因为在整个喷淋系统中喷嘴数量有变化，总泥浆喷射系统需要重新分配所有的喷嘴。由于每个喷嘴流量受到影响，所有的管道数量以及尺寸可能会被重新设计。如果管道尺寸变化，喷嘴和它们的供应管道之间的距离可能由于间隙限制而发生该变。随着手工设计，这些原因和结果之间的关系必须保持和手动追踪。这种类型的修改，将需要几个小时或几天来执行。但是利用RDD应用程序，这种类型的更改，可以在几分钟内完成同时保证所有的变化产生的影响已被解决。 在设计中总的变化可以通过修改高的输入来产生影响。例如，喷头数和默认的喷头数以及喷嘴间距。高的输入产生的影响波及整个设计从整体到个别喷嘴。当评估不同的设计方案时，高层次的变化特别有用。更多的位置的变化，可通过修改参数来影响一个喷头的位置，个别管道的长度，减速器的位置，和个别喷嘴的位置。注意：“波动”影响适用于前面讨论的所有方向。因为在设计的各个方面的关系是相互依存的，不仅高层次的变化会影响低层次的设计问题，而低层次的变化也可以影响到更高层次的设计方面。 同伴放射性散布装置的应用 B＆W公司已经开发了两个其他放射性散布装置，解决湿法烟气脱硫洗涤器设计应用。第一个是同伴应用程序，泥浆喷射系统的设计应用软件，用于分析泥浆管道支钢。第二个应用程序的目的，是设计和分析的湿法烟气脱硫洗涤塔外壳。 泥浆管架钢结构设计中的应用 矿浆管道支持钢铁放射性散布装置的应用实际上是与水泥浆喷淋系统设计中的应用，能够允许机械工程师通过查看不同的接口设计泥浆喷头的钢支撑。 该钢设计应用程序倾向于最终的分析—设计反应谱。B&W公司使用第三方软件包（凯撒ii）对该管道进行应力，钢力和力矩的分析。充分利用现有的技术，放射性散布装置应用程序与恺撒II在接口方式与压力降/流量平衡程序接口上有相似的地方。 对于钢结构的设计，机械工程师最早从创建水泥浆喷淋头模型开始，然后以机械工程师以交互的方式安排钢和喷头的支持。材料性能和钢截面特性的数据库表通过放射性散布装置中的应用实现。放射性散布装置的应用把喷头和钢结构的设计发送给凯撒II，然后凯撒II集成设计。凯撒II生成喷头的应力，并与放射性散布装置应用计算出来的允许的应力值相比较。钢力和力矩反馈到放射性散布装置应用（因为恺撒II不计算钢强度）。放射性散布装置的应用把力和力矩转换成压力并和它计算出来的允许值相比较。未来的放射性散布装置应用将会提出建议如果替代形状/材料不符合允许的情况。 放射性散布装置的应用使凯撒II生成的输入文件大大减少了钢结构的设计时间。而且，任何凯撒II从管道或钢的设计变更带来的变化所导致的结果都是由放射性散布装置应用来管理，从而防止输入错误。使用放射性散布装置的应用，需要执行钢铁支撑设计的时间已减少了一周，而且分析更加完整。 矿浆管道支持钢铁设计的放射性散布装置被其他放射性散布装置验收作为原动力。由于节省时间和提高精度，在钢材设计的放射性散布装置应用程序的支持下，机械工程人员都要求水泥浆喷淋系统的放射性散布装置应用程序支持持钢铁设计模型。这已经尽可能复制泥浆喷射系统设计创建前的放射性散布装置应用。 湿法烟气脱硫洗涤塔外壳设计 湿法烟气脱硫洗涤塔的外壳放射性散布装置应用（见图—6）旨在壳板设计，加强环，和必要的垂直加强支持洗涤器外壳。此应用程序接受来自泥浆喷淋系统和管道支钢的放射性散布装置的应用的水煤浆信息，这包括管道穿孔的大小和位置，塔外壳和管道系统的重量和钢结构系统。像其他的放射性散布装置应用程序构建湿法烟气脱硫洗涤器设计其他内部系统一样，洗涤塔的外壳应用程序将从它们之中接受设计信息来修改设计。然而，应用程序的性质的放射性散布装置很容易使这种“站位符” 用于手动输入的信息 为了保证设计能被接受，板和加强筋设计应用于针对负载组合，全面有效的矩阵，并且矩分析的同时伴随着压力和应力比的详细报告。正如泥浆管道支钢，任何设计的更改在放射性散布装置应用程序中都有着大量的信息改变。这将机械工程师从耗时的设计和分析过程中解放出来，同时减少犯错误的机会。 除了结合机械工程标准和最佳做法，在洗涤塔外壳的放射性散布装置应用程序还包含建造规则。还包括一条规则，允许B＆W的建筑公司以经济分区的运费和建设中的设计。这将减少工程工时，降低材料成本，减少转租制造。 图—6 湿法烟气脱硫洗涤塔外壳的RDD应用程序接口 泥浆喷淋管道的放射性散布装置客户应用程序设计 泥浆喷涂应用的放射性散布装置管道设计中信息数量的增多和便携性方便数据传输到湿法烟气脱硫项目所涉及的其他技术中。 工厂设计 那些负责设计和布置湿法脱硫塔的外设备的人感兴趣的是管道的位置和大小。报告此信息早在水泥浆喷淋头的设计过程中是有可能的，由于放射性散布装置的应用提供了高度的信心，位置和尺寸不会改变，像泥浆喷头内部设计是高度精密的。 采购 一旦泥浆喷管道设计完成后，由此产生的实体模型可以应用于绘图模板，对在放射性散布装置中的应用。在放射性散布装置的应用程序中一部分在于实体模型，可用于生成物料清单（BOM）信息。固体建模的组建受雇于B&W公司。SolidWorks，有一个BOM表的自动生成功能，可以在绘图的BOM表或导出到电子表格的BOM。这BOM是联系在一起的绘图标记，会自动放置在图纸固建模软件中的数字。在放射性散布装置的应用之前，转租者收到的缩放绘图从该制作者使用自己的材料开始。随着规模和所附图纸的BOM，制作者的估算过程减少，更准确和及时的估计结果。 结论 放射性散布装置使B＆W公司得到很多在设计过程中精心设计的按订单生产的人才。设计标准和所有技术的最佳做法结合制作者的能力和行业标准完成生产自动化80％的设计。可重复的，一致的结果得在几分钟内实现。允许设计人员快速评估替代设计，探讨“假设”情况，或利用在设计周期内的供应链互动节省时间。 使用管道水泥浆喷放射性散布装置的应用，生成喷头布局的时间已从1到3天减少至4到8小时。更重要的是，塔壳外部管道的位置和尺寸在设计初期就已知道。管的大小和位置是负责设计塔外部设备的设计者所掌握的重要信息 图—7 检查之前和之后的放射性散布装置申请领养的设计过程 图—7 湿法烟气脱硫除尘方案的时间表 随着泥浆喷淋管道设计所需时间的减少，转租制作者尽早的知道报价请求。报价中的有标记的图纸和相关的BOM减少了转租制作者的精力和时间并且提高了报价的准确性。 能够访问放射性散布装置的应用外部程序能允许压力降/流量平衡分析在在提案阶段进行而不是等到合约批出以后。压降和流量平衡所需要的计算时间从几天减少到几分钟。另外，压降和流量平衡分析将使该系统的性能描述更加准确，而不是一个近似值。 料浆管道钢铁支持和洗涤塔壳需要的设计时间也大大的减少。 放射性散布装置技术节省下来的时间能够运用到其他重要的环节—但往往被忽视—包括以下环节： •额外的范围定义 •调查其他设计 •优化设计 •供应链的相互作用 指导教师评语表 评 语： 这次毕业论文的设计,除全部阅读指导教师指定的燃煤电厂锅炉水处理工艺系统分析的相关知识参考资料、文献外，还能阅读一些自选资料，按要求按时完成外文翻译，译文质量较好。而且自己也学会了对一些必备的办公软件的熟练应用。如Word、Excel等。同时在设计的过程中,自己明白了做事情要认真细心“千里之堤毁于蚁穴”的道理。最后要感谢老师的在论文设计过程中的悉心指导，使自己能够及时发现自己的错误并改正，完成这次毕业论文的设计。 是否具备答辩资格 具备 指导教师签名： 年 月 日