湿法脱硫系统动态水平衡优化技术

湿法脱硫系统动态水平衡优化技术

脱硫系统水平衡的失控易引发吸收塔液位异常、石膏品质下降、设备腐蚀结垢、废水排放量超标等问题，因此精准把控进出系统水量的动态匹配，对降低运行成本、提升环保效益具有重要意义。

 

一、脱硫系统水平衡原理

脱硫系统水平衡是指进入系统的总水量与排出系统的总水量在运行过程中保持动态匹配，即：

总进水量 = 总损失水量

1. 进水量构成（按来源分类）

（1）原烟气携带水：

随烟气进入系统的气态 / 液态水分，取决于烟气湿度与温度；（2）工艺用水：参与脱硫反应或服务于反应过程的核心用水（含制浆、冲洗、调整用水等）；

（3）工业用水：大型辅机设备的冷却用水（如增压风机、循环泵冷却水）；

（4）其他补充水：氧化风增湿水、药剂制备用水、设备密封水等。

2. 损失水量构成（按去向分类）

（1）烟气蒸发携带水：脱硫后饱和烟气带走的气态水，占总损失水量的90% 以上，是水平衡管控的核心靶点；

（2）石膏关联水：包括石膏结晶水（CaSO??2H?O 中的结晶水）与表面附着水（脱水后残留水分）；

（3）外排废水：为控制浆液中氯离子、氟离子及重金属浓度而排出的废水；

（4）其他损失：设备泄漏、冲洗水无效排放、取样排水等。

由于烟气蒸发损失受原烟气参数（成分、温度、湿度、流量）制约，运行中难以主动调整，因此水平衡控制的核心逻辑是：根据系统实际损失水量，精准调控进水量，实现 “以出定入” 的动态匹配。

二、湿法脱硫系统（FGD）用水精细化分析

湿法脱硫系统用水按功能可分为工艺水与工业水两大类，具体涵盖五大核心用途，各用水环节的水质要求与用量占比直接影响水平衡稳定性：

1. 工艺水与工业水核心区别

类别	核心用途	水质要求（关键指标）	节水要点
工艺水	参与脱硫反应或直接服务反应	SS＜500mg/L、Ca??＜300mg/L、pH＜7、SO???＜800mg/L；无＞100μm 颗粒、无油（GB/T 12145-2016）	优先回用滤液水，减少新鲜水补给
工业水	大型辅机冷却（风机、泵、GGH）	优先采用除盐水，降低设备结垢与腐蚀风险	采用闭式循环冷却，提高回收率

2. 五大类用水详细解析

（1）石灰石制浆用水（占总用水量 25%-30%）

功能：将石灰石粉制备为 15%-30% 浓度的浆液，输送至吸收塔参与脱硫反应（CaCO? + SO? + H?O → CaSO??2H?O）；水源构成：① 滤液水（旋流器上清液、真空皮带脱水机滤液，占比 70%-80%）；② 新鲜工艺水（补充滤液水不足）；关键特点：理论上不消耗水，仅实现物料形态转换，核心控制要点是避免制浆系统泄漏与滤液回用率不足。

（2）设备冲洗用水（总占比 70%-85%，水平衡关键控制点）

除雾器冲洗水（占总用水量 58%-68%）：

功能：清除除雾器表面附着的浆液雾滴与盐垢，保证烟气流通面积，同时对烟气进行二次洗涤；技术要求：冲洗水压 0.3-0.5MPa，冲洗周期根据烟气含雾量动态调整（通常 30-60 分钟 / 次），出口烟气含雾量需≤75mg/Nm?（HJ/T 179-2005）；水平衡作用：冲洗水直接进入吸收塔浆液池，是调节液位的核心补充水，需精准匹配蒸发损失量。

真空皮带脱水机冲洗水（占总用水量 12%-17%）：

功能：清洁滤布、控制石膏中 Cl?、细灰、可溶性盐含量（Cl?≤100mg/kg），保障石膏品质；回收利用：冲洗后滤液回收率≥95%，可回流至制浆系统或吸收塔，减少新鲜水消耗。

其他冲洗水：浆液管道、储存箱罐、循环泵、氧化空气管道等设备的间歇冲洗水，需通过集水系统回收，避免直接排放。

 

（3）设备冷却用水

冷却对象：增压风机、气 - 气换热器（GGH）、浆液循环泵等辅机设备的轴承、机械密封；优化方向：采用闭式循环冷却系统，冷却回水经冷却塔降温后重复使用，新鲜水补给量仅为开路冷却的 1/10。

（4）启动 / 调整用水

启动阶段：提前向吸收塔注入浆液（液位至设计值的 60%-70%），加入石膏晶种（浓度 5%-8%），创造结晶反应条件；运行调整：根据浆液液位、密度、pH 值动态补水，避免液位剧烈波动（允许波动范围 ±50mm）。

（5）废水处理系统用水（占总用水量 2%-3%）

用途：脱硫废水处理过程中药剂制备（如絮凝剂、中和剂）、污泥冲洗；控制要点：采用 “废水回用 + 新鲜水补充” 模式，处理后清水可用于设备冲洗，降低新鲜水消耗。

三、湿法脱硫系统耗水量精准计算

耗水量计算是水平衡管控的基础，需针对核心耗水环节建立量化模型，为进水量调控提供数据支撑：

1. 塔内蒸发水（占总耗水量 90% 左右）

核心影响因素：锅炉排烟量、吸收塔出口烟温、煤质特性；

计算模型：

其中：Wz为塔内蒸发水量（t/h）；K为修正系数（0.95-1.05）；Q为标准状态下烟气量（Nm?/h）；d1为原烟气含湿量（kg/kg 干烟）；d2为吸收塔出口饱和烟气含湿量（kg/kg 干烟）；关键规律：出口烟温每升高 10℃，蒸发水量增加 8%-12%；烟气量每增加 10%，蒸发水量同步增加约 10%。

2. 石膏关联水

 

3. 外排废水量

核心控制指标：浆液中 Cl?浓度≤20000mg/L

其中：GCl-进为烟气带入系统的 Cl?总量（kg/h）；GCl-石膏为石膏带走的 Cl?总量（kg/h）；CCl-允许为浆液中 Cl?最大允许浓度（mg/L）；补充说明：外排废水量还需兼顾氟离子（≤100mg/L）、重金属等环保指标，避免超标排放。

四、影响水平衡的关键因素及调控策略

1. 燃煤硫分

影响机制：燃煤收到基硫分每增加 1%，SO?浓度升高，石灰石浆液用量增加 15%-20%，制浆、冲洗等环节耗水量同步增加 5%-8%；调控策略：① 实时监测燃煤硫分，动态调整石灰石浆液浓度（15%-30%）；② 优化脱硫反应条件（pH 5.5-6.0），提高脱硫效率，减少浆液循环量。

2. 石膏脱水效果

影响机制：石膏脱水不彻底会导致滤液水回用率下降（正常回用率≥95%），若滤布堵塞、真空度不足，滤液水量减少，需补充更多新鲜水；调控策略：① 定期清洗滤布，维持真空度在 - 0.05~-0.07MPa；② 控制石膏滤饼厚度（10-15mm），保证脱水效果；③ 优化旋流器分离效率，减少浆液中细颗粒含量。

3. 滤液反水量

影响机制：滤液水（旋流器上清液 + 脱水机滤液）是系统核心回用水，占总进水量的 60%-70%，反水量过大易导致吸收塔液位上涨，过小则需大量补充新鲜水；调控策略：① 设置滤液缓冲箱，稳定反水流量（波动≤±10%）；② 根据吸收塔液位、浆液密度动态调整反水分配比例（制浆：回塔 = 3:7 或 4:6）。

4. 吸收塔出口烟温

影响机制：出口烟温直接决定烟气含湿量，温度每升高 5℃，蒸发水量增加 4%-6%；温度过低（＜45℃）易导致烟气带浆、除雾器结垢；调控策略：① 优化 GGH 换热效率，控制出口烟温在 45-55℃；② 避免浆液循环泵频繁启停，维持塔内温度稳定。

5. 其他关键因素

烟气湿度：原烟气湿度每增加 10%，蒸发水量减少 3%-5%，需相应减少补充水；设备泄漏：定期检查阀门、管道法兰、泵密封等部位，泄漏量控制在总进水量的 1% 以内；除雾器效率：保证除雾器出口烟气含雾量≤75mg/Nm?，效率下降会导致液态水损失增加，需加强冲洗与维护。

五、水平衡优化核心措施与工程实践

1. 精细化运行管控

建立水平衡实时监测系统：在线监测进水量（工艺水、工业水、回用水）、损失水量（蒸发量、石膏带水量、废水量），数据每 5 分钟更新一次；制定动态补水方案：根据蒸发量变化调整除雾器冲洗频率（如夏季高温时缩短冲洗周期，冬季低温时延长），避免盲目补水。

2. 设备升级与改造

除雾器优化：采用高效波纹板除雾器，增加冲洗喷嘴数量，提高冲洗覆盖率（≥95%）；滤液深度回收：增设滤液澄清池、过滤器，去除滤液中细颗粒与油污，提高回用率至 98% 以上；冷却系统改造：将开路冷却改为闭式循环冷却，辅机冷却用水新鲜水补给量降低 80% 以上。

3. 技术创新应用

智能控制系统：基于 AI 算法，结合烟气参数、浆液特性、环境条件，自动调整进水量与回用水分配比例，实现水平衡自适应控制；新型脱水技术：采用高压压榨脱水机，石膏表面附着水含量降至 8% 以下，减少滤液排放量；废水零排放技术：通过膜分离、蒸发结晶等工艺处理脱硫废水，处理后清水全部回用，实现废水零排放。