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燃煤电厂脱硫设备运行中存在问题及优化

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学社互动 发表于 2019-8-7 10:30 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
“十一五”期间火电机组脱硫设备快速普及,但工程质量参差不齐,部分设施腐蚀、结垢以及磨损情况严重,难以胜任甚至无法持续正常运转,技改势在必行。同时,国家在“十三五”规划中对节能减排提出新的目标要求,火电厂大气二氧化硫、氮氧化物、粉尘排放浓度要达到燃气轮机排放标准,以目前的脱硫工艺而言难以满足。因此,针对脱硫设备及其运行参数做一些优化调整,以提高设备的安全性、稳定性是非常必要的。' M: C. G3 |  A5 ?! e2tech.cn
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[mu4]1 脱硫设备常见问题及解决方法 [/mu4]: \7 V8 o+ a. Q" R9 d2tech.cn
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1.1设备腐蚀
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' K/ S( r9 Q- V2 E腐蚀是脱硫设备面临的第一大问题,尤其对于石灰石-石膏湿法脱硫工艺。腐蚀是相对金属而言的,可分为以下类型:8 Q1 W4 ^% c. ]2 C2tech.cn

; m% Q, G. |! b: I* [% A; c①点蚀,即金属表面出现细微的“锈孔”,腐蚀一般为纵深方向,最终导致钢材穿透,氯离子对其的影响明显;
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5 z/ O! z0 ?* U3 U8 F②缝隙腐蚀,即在金属焊接处、螺钉连接处出现细微缝隙,电解质进入形成电解池发生电化学腐蚀
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9 }* y8 z/ L' l, w2 y# D③应力腐蚀,即在拉应力和氯离子腐蚀环境共同作用下,金属的局部出现由表及里的裂纹;④磨损腐蚀,即腐蚀性流体(烟气中的灰分、石灰石、石膏颗粒等)与金属构件以较高速度相对运动而引起的金属损伤。
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( ]( W% \$ }# y+ q3 f) a目前脱硫系统均采取了有效的防腐措施,主要有以下几种。
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(1)使用耐腐蚀不锈钢(含镍、铬、铝的合金),常用316L,904L,2205。出于成本考虑,很少整体使用不锈钢,而是在碳钢基体贴合金层。316L能够耐受氯离子的腐蚀,为脱硫系统常使用的材质;904L能够耐受很强的氯离子腐蚀和点蚀、缝隙腐蚀,可作为金属贴衬;2205双向不锈钢具有良好的抗冲击韧性和抗应力腐蚀能力,因此设计时可用于减轻质量。
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( ~) e, N) m! \  y: c. s8 q( r) F(2)使用非金属材料,如玻璃钢(FRP),PP等。FRP是一种纤维加强型合成树脂,具有很高的抗磨、抗拉伸、抗疲劳性,而且质量轻,可用作喷淋层管道等耐磨构件;PP材质具有很强的抗冲击性,可用作除雾器及冲洗水管。
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- L: S5 X& X: B7 [(3)金属基体表面涂防腐层,如玻璃鳞片、橡胶、碳化硅(陶瓷)。玻璃鳞片具有很好的防渗透性,通常作为脱硫吸收塔及烟道内壁的防腐涂层;橡胶内衬是目前金属管道防腐的主要手段,特别是丁基橡胶,具有良好的防磨、防腐特性;碳化硅陶瓷或搪瓷防腐的应用,主要看重的是它的防磨性较好。! Q: B! U; [1 E2 @9 \2tech.cn
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1.2设备磨损
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磨损和腐蚀是紧密相连的。烟气中的飞灰、石灰石颗粒、石膏颗粒是造成磨损的主要因素,尤其是石灰石中的二氧化硅,磨损能力很强。高流速也是增加磨损的原因。防腐层的磨损会加速设备腐蚀,在磨损和腐蚀的双重作用下,设备的损坏速率将会大大增加。/ w5 F- i* m$ j2tech.cn

8 ^: D/ n# T" j( W脱硫设备的磨损和腐蚀相互交织,表现如下:
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①叶轮的机械磨损和气蚀;. p3 q, G( m. f* S% G; m/ w2tech.cn

8 V) w7 B7 b! u' ?) u/ `" r②喷淋层喷嘴的机械磨损;" U/ p$ R2 w' B' G3 w/ H$ K7 j' ?2tech.cn
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③搅拌器叶片的磨损,在机械磨损和腐蚀的双重作用中,机械磨损占主要;) ~: V1 E) F; @2 g* ]2tech.cn

  F$ `: B" R: r& s④管道衬胶的磨损经常发生在管道弯头、石灰石供浆管、浆液循环泵大小头。
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使用耐磨材料,降低浆液固含量,保证烟气流场均匀、稳定是防止磨损的主要方法。
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1.3设备结垢
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浆液中氯离子或亚硫酸盐含量超标,容易导致脱硫设备容器或管道内壁结垢,严重时影响设备正常运行。结垢最严重的部位一般是滤液水系统和旋流器稀浆管道,以及一些浆液箱、吸收塔接口管根部位。曾有多个电厂真空泵内结垢导致真空泵皮带损坏。- `! ^0 ~6 K9 |( f. j2tech.cn
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控制氯离子含量(加强废水排放)、降低浆液pH值(促进亚硫酸根氧化)、及时脱水(防止石膏过饱和)可以有效降低结垢程度。: ^; @+ L' m# o6 w& u$ {2tech.cn
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1.4设备泄漏
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由腐蚀、磨损导致的设备或管道穿孔泄漏,表现为漏烟、漏气(汽)、漏浆、漏水、漏油、漏粉(石灰石与石膏粉)。脱硫介质为石灰石浆液或石膏浆液,一旦设备发生泄漏,会对环境及设备产生较大的污染。采用耐磨防腐材质,做好防泄漏试验是避免泄漏的有效措施。8 U& H* S. R- X8 y2tech.cn
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1.5设备堵塞
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——1.5.1除雾器堵塞
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某厂除雾器的堵塞情况如图1所示。: t% @/ q! R: T' c' G) ^4 _9 _2 z" h; H2tech.cn
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造成除雾器堵塞的主要原因是:
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①设备选型不合理,当设计存在偏差,实际烟气流速过高时,除雾器无法达到设计的除雾效果,导致堵塞;
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! L2 t4 p$ A' F9 K7 p. [②除雾器冲洗装置的设计、布置和冲洗程序不合理;
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③除雾器断面上流速分布不均;
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  I; _, c! N% I0 r% d$ V+ r* E7 f④冲洗水压力、流量不足。3 G0 N  e3 T- N1 k! m) K3 o9 w# w# ^3 i2tech.cn
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图1某厂除雾器的堵塞情况
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' t8 v9 M9 X% _/ r) s# U4 \防止除雾器堵塞的主要措施是:
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* N* p4 F/ [3 P* [: @①保证脱硫烟气入口粉尘含量在设计要求范围内;5 c7 F3 o. E9 b3 Z8 X% l. A8 T# Q2tech.cn
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②合理选择除雾器冲洗水压力和冲洗周期;: |, t6 v6 u. {" D2tech.cn
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③合理控制吸收塔pH值及浆液的氧化程度。: \% j6 U' o2 H  u7 {. S* t2tech.cn

- e% A% v9 n% o' g' j——1.5.2GGH堵塞! Z& t* |  e  p2tech.cn

' H: |) M5 ^: v, x, E# p9 R5 [某厂烟气换热器(GGH)堵塞情况如图2所示。
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0 [' O# I( s: P4 W# v4 d1 }图2某厂GGH堵塞情况
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GGH堵塞主要有以下原因:
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①吸收塔除雾器效果不好,净烟气携带液滴中石灰石、亚硫酸钙、石膏等混合粘附在GGH换热片上,逐渐形成结垢堵塞GGH;" A  D3 A% K; _' e2tech.cn
+ ?, k- v/ G, o0 r2 L1 c2tech.cn
②脱硫装置运行时,吸收塔运行液位过高,或吸收塔起泡,造成石膏浆液从吸收塔原烟气入口倒流入GGH,使得GGH结垢堵塞;
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③GGH吹灰方式不当会造成积灰堵塞,如采用压缩空气吹灰而吹灰蒸汽参数不符合要求,高压水吹灰没有及时投入,吹灰频率不够等;
4 p3 }' |* ~5 Z# z4 n2 @$ e( ^" R5 J
$ c* ?# \- [5 M" b④脱硫GGH设计不合理,GGH换热面高度、换热片间距、换热片类型、吹扫方式、布置形式、吹扫位置、吹扫速度等,都对GGH的积灰、结垢有影响;- n) x7 G+ P) h2tech.cn

6 a' w$ J7 r( ?. s1 H- V' ^. j7 Y⑤吸收塔除雾器和喷淋层设计布置不合理,造成吸收塔内流场分布不均,或者吸收塔设计的流速过快,如烟气流经吸收塔时,流量大携带能力增强,会造成烟气携带较多石膏液滴进入GGH,逐渐造成GGH积灰堵塞。
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GGH的堵塞控制是一项综合性的工作,包括设计和设备的优化、运行的优化和设备的日常维护等,其中运行优化和加强设备的维护尤为重要,保证烟尘不超标、吸收塔浆液成分正常、除雾器不堵塞是控制GGH堵塞的必要条件。5 s! p# H: V: [! P3 g  w% r2tech.cn
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防止GGH堵塞的主要措施是:
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( W( u" R' j9 T: p: [5 g& v①保证脱硫烟气入口粉尘含量在设计要求范围内,避免大量烟气粉尘进入脱硫装置,造成GGH积灰堵塞;
) d5 N" _( e, ]: Z. i7 O! F: x
8 i$ K% z# [% p; h5 }: d- E5 V②严格控制吸收塔除雾器压差在200Pa以下,尽量减少净烟气携带液滴;+ `4 v9 d; b' a/ i- J! |2tech.cn

) J/ y5 T- Q# E: g% e9 V③严格控制脱硫装置运行参数在要求范围内,包括吸收塔pH值、吸收塔液位等,制订预防吸收塔起泡的相关措施并严格执行;' T5 Z' O3 A$ s: C1 V2tech.cn
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④在脱硫系统启动时,建议尽量缩短启动浆液循环泵与增压风机的时间间隔,防止吸收塔浆液进入GGH;
% G' A! ]; _: d# l, S# u& {
  R( ]* L- \* F4 O4 D) R( L⑤强化GGH吹灰管理,严格按照GGH厂家的要求进行吹灰,先吹下部,再吹上部,保证吹灰蒸汽品质,蒸汽吹灰前保证疏水温度在260℃以上;
5 b* o9 J4 @: h
; o! Z5 J+ J) }7 u; ?⑥改进喷淋层、除雾器系统的设计,合理布置除雾器选型和喷嘴,保证吸收塔喷淋区的喷淋浆液普遍分布,避免烟气携带较多浆液,造成GGH积灰堵塞。5 S1 c' E! [( R' k( G0 G+ D2tech.cn
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——1.5.3管道堵塞4 r+ a  \) ?. I$ B% m2tech.cn

/ v/ T5 m0 \" q7 r某厂喷浆母管堵塞情况如图3所示。
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环境学社24.jpg 0 f& {0 ?, k9 Z+ z* u9 Z( X' q4 z2tech.cn
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图3某厂喷浆母管堵塞情况3 e7 |% M7 X0 X$ u6 L$ w2tech.cn
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管道堵塞的主要原因是:
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①设计流速不合理、自流管道倾斜度不够,造成浆液沉积、结垢,进而引起堵塞;7 E. d; Q4 s# I2tech.cn

( S, w5 X5 s! z7 ^2 i- j; [②塔壁或者管道内壁内衬物脱落、检修施工遗留物等造成管道堵塞;
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' s7 v. q1 w  z6 M7 ]/ J. c③机组负荷低、吸收塔入口二氧化硫浓度低时,某一层喷淋层长期停止运行,浆液倒灌沉积、结垢,造成管道堵塞;9 \) }2 q/ ^+ ^; G0 v8 J7 D2tech.cn
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④阀门关闭不严,泄漏浆液沉积、结垢,导致管道堵塞。
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6 }: G5 ]$ ~% W防止管道堵塞的主要措施是:6 x- u$ M! |* u: Z4 r5 m% P. K2 A2tech.cn

  g9 m' R! U# o5 W; J1 U5 \①设计流速不能过低,管径不能过细,自流管道倾斜度要足够,必须设置冲洗水,避免造成浆液沉积、结垢;4 G/ R) P' N5 |* e/ Q" r2tech.cn

% i6 j- ^5 a1 P6 ?: k% d②控制内衬施工工艺,避免局部冲刷,减少塔壁或者管道壁内衬物脱落;
" V  P8 d' ^6 _& M" I8 r; [
. ]/ K( n( r& {' c3 H2 A, t! u4 C③加强检修后的现场清理;/ Y( a8 a( K4 f; V- B* F2tech.cn

  N( F$ s( E9 u/ m$ ~& O  ]④设置必要的滤网,避免因异物造成管道堵塞;0 ?* @: F9 ~& J( H( |; f2tech.cn
5 y7 T" H- o# B0 @2tech.cn
⑤机组负荷低、吸收塔入口二氧化硫浓度低时,实行喷淋层定期轮换停投,避免因浆液长期倒灌沉积、结垢,造成管道堵塞;
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⑥清理内漏阀门,避免因泄漏浆液的沉积、结垢造成管道堵塞。
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[mu4]2脱硫工艺优化[/mu4]
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2.1脱硫系统设计优化5 q: s3 U# t$ Z, q- v2tech.cn
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(1)取消增压风机和GGH,消除增压风机在压力控制方面给主机带来的风险;避免GGH运行中出现的堵塞问题,同时也降低脱硫系统的电耗。6 e2 U7 Q2 s! F- v- Y2tech.cn

+ B$ N  L- Q- E% |. o3 g* U(2)除雾器安装应考虑检修和人工机械除垢的方便性,增加各级除雾器之间的空间,利于停机冲洗。5 D1 r% q  r# v9 A+ [2tech.cn

8 f% I  a( W+ H& A1 W* m(3)提高冲洗水和冷却水的水质,控制水的氯离子含量、含固量、硬度等,控制值越低越好。
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(4)设计入口烟道事故喷淋洗涤水回收利用或处置方案(目前为循环使用,只起到了降温的作用)。+ V2 \* P+ I* g% k% }" o1 [; {2tech.cn

7 d! F# z+ Z- [1 r(5)泵采用无水机封和氧化铝陶瓷叶轮,减少机封损坏率,消除机封水系统的结垢堵塞,延长叶轮的使用寿命。+ O3 n' }' `0 I! h) M( I& o( [2tech.cn

- O1 X; p. {! v  s* D8 }) s(6)广泛采用碳化硅、FRP代替橡胶衬里和作为非承载结构,强腐蚀区采用904L贴衬防腐。7 \) L0 e7 d# k8 ~: N" I. B$ @9 j2tech.cn

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精彩评论1

 楼主| 学社互动 发表于 2019-8-7 10:31 | 显示全部楼层
2.2运行优化' f, Z+ j3 \) H& W2 P2tech.cn
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$ }& T; X- l; W4 y% d' T—— 2.2.1加强6个调整
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/ k- _$ j% Y1 z2 E4 V①增压风机的调整。在锅炉负荷变化时,通过增压风机入口信号,调节动(静)叶角度维持正负压,保证风机正常运行。增压风机动(静)叶控制应禁止随意解除自动。( |8 d- _' P4 `: m6 i( {- B, M2tech.cn
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②湿磨机的调整。保持料、水的合适比例,随着浆液细度、电流的变化,调整加钢球的时间和质量。7 X) a# I+ C5 Q6 ]. ~, h2tech.cn

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③浆液罐液位的调整。控制石灰石浆液箱补充水,控制浆液浓度。维持所有坑、箱、罐液位至规定范围,以保证系统的可运行,同时杜绝跑、冒、滴、漏情况发生。
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④吸收塔液位的调整。通过吸收塔液位的调节,维持吸收塔的水平衡,保证吸收塔液气接触空间。
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⑤给浆量调整。通过调节给浆量,维持吸收塔pH值,营造合适的反应环境。* i8 u9 p. S  d2tech.cn
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⑥真空皮带机的调整。通过含水量的变化调整石膏的厚度和皮带的速度,以维持石膏品质。% g! W3 _1 I' W+ P2 @2tech.cn
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——2.2.2严格控制关键参数
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" P5 D2 C) i4 c% {, l) ^; m2 C7 K& L- y脱硫系统的关键参数有吸收塔浆液pH值和密度、吸收塔液位、石灰石浆液密度、氧化风压力、除雾器压差、石膏含水率、氯离子浓度、出口二氧化硫浓度等。严格控制这些参数,做到控制值绝不超限。2 j* ^/ j$ }# U9 f5 U' a2tech.cn
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石灰石密度应控制在25%-30%,过低的密度会导致供浆量增大,系统水平衡不易控制;过高的密度不仅会增加设备的磨损,还会降低石灰石利用率。保持吸收塔浆液pH值稳定在5.0~5.6范围内,在满足脱硫率的情况下,靠低值控制。吸收塔浆液密度控制在1050~1150kg/m3,减轻磨损堵塞和设备负载。吸收塔液位是维持和检验脱硫系统水平衡的重要参数,经验表明,控制液位稳定在0.3m的范围内波动是适宜的。除雾器堵塞程度和压差呈正相关性,除雾器压差控制得越低越好。定期排放脱硫废水,降低系统氯离子含量和浆液杂质。
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0 b6 w9 z! W4 m( n——2.2.3开展有效的化验监督
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化验监督就像“体检”,能够有效地反馈运行状态,指导运行调整。脱硫的化验监督项目相对较多,主要有石灰石成分化验、吸收塔浆液成分化验、石膏成分化验、旋流器浆液成分化验、工艺水成分化验、垢成分化验。. T) p3 H7 B9 Y5 i& _2tech.cn
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5 {8 v3 }# s2 U$ o7 u# j' N4 u化验时取样要有代表性,不仅取样部位要有代表性,而且取样时间(对应的工况)也要有代表性。例如脱硫结垢成分化验可选取吸收塔底部、入口烟道、除雾器、喷淋层等不同部位的样本。总之,化验监督一定要反映系统运行的整体真实情况。" X: o7 e0 [* r9 {- F0 E  y$ N2tech.cn

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! v; t% Q) [/ G" V——2.2.4探索建立计算机优化控制
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" K3 w. I8 @- ~7 H( L' a优先使用计算机优化控制作为运行的基本调整依据,逐渐减少对人为经验的依赖。探索建立脱硫系统的供浆量调节、氧化风量调节、脱硫效率调节(出口浓度调节)的计算机优化控制作为实际调整的参考。- Y2 \' h! n* ?6 Z- t, S2tech.cn
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' o9 e$ j  R. t+ l7 p) R4 X: x2tech.cn
例如:氧化风量调节可根据当前时间点前1h工况和后1h工况(根据入口硫分、负荷预测),以烟气量、脱出二氧化硫量(依据脱硫效率或年度限值)、烟气含氧量、氧化风机额定出力等作为函数自变量,计算出需要的氧化空气量,指导运行人员调整氧化风机运行数量;脱硫效率调节亦可根据当前时间点前1h工况和后1h工况,以设定脱硫效率、
3 Q7 \- d3 H( C8 k! U. ?! u* h) V( i+ `, h, s2tech.cn

& Q( ^- t; a: a, Q
9 t. a: ]+ t( |6 c: X. A9 z排放浓度值、浆液pH值、入口硫分、烟气量等作为函数自变量,计算出所需要的液气比,指导运行人员调整循环泵运行组合。
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6 I5 b2 G" b5 y+ Y$ [2.3设备维护优化
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  S5 t- Z$ N$ V3 {% f1 W设备维修的目的是为了保持设备长期稳定的运行,目前设备维修方式主要还是事后维修、定期维修(包括等级检修)。要建立合理的维修方式,防止不修、欠修、过修。以点检定修制为实施手段,使运行、检修、物资三位一体,加强设备运行过程的诊断监督。/ S7 }+ T% j. l7 s9 b+ K* d. U* O) b2tech.cn
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——2.3.1落实和强化点检定修制
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' H0 E5 i; o# S+ l制定脱硫特有设备检查与检修标准,例如防腐损伤容限评价标准、防腐施工标准、除雾器检查标准等。主要依据精密仪器,辅以实践经验开展设备诊断。
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设备点检管理建立五层防护体系:* }( p# ^7 d0 n; f+ h6 s" D6 Q2tech.cn
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- P1 X2 h- i  t( A. b6 _9 K& T$ E6 H①运行班组以发现明显的故障或异常为主;
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②维护班组按照专业分工以发现设备特定部件的隐蔽性缺陷为主;
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" Y9 C1 `  k/ ]" `; C③维护单位专工以精密点检和技术诊断为主;
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④项目公司专工以分析设备劣化倾向、检修计划、物资准备为主;
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( g' I+ N; b) \. r, N) M5 S0 C) {⑤特许公司主管、专工以评价项目公司设备管理结果和提供特定专业技术支持为主。把定期检验、试验摆在更加突出的地位,把隐患、缺陷暴露在萌芽或初始阶段,做到有计划有预案地应对设备故障或异常。
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- J6 ?9 I/ R  T) R0 m建立设备点检、设备管理台账。从缺陷分析、备件使用、维修后评价、维修成本分析等方面实现设备的可控、可靠。注重运行数据的统计、分析,例如除雾器冲洗参数统计分析、工艺水使用分布分析、浆液循环泵运行参数统计分析、循环泵组合方式与脱硫效率变化分析等,增强运行人员在设备管理中的先导作用。
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——2.3.2加强检修质量控制和过程管理
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% M# q- o2 B' ~) f, z根据设备老化规律,加强检修管理。从检修周期(间隔时间)、检修工期、检修项目、检修工艺、检修质量控制标准、检修费用投入等方面入手,做好设备检修工作,保持设备健康状况水平。
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( y% ?% t9 T+ x/ L: a1 w2.4工艺技术及设备优化
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# C: y! T$ V2 Z* i3 p5 y采用新设备、新技术、新工艺。选择可靠性更高的设备,如选用直联循环泵,去掉减速机环节,彻底消除减速机润滑冷却等带来的一些问题;选用陶瓷叶轮代替金属叶轮,延长叶轮使用寿命;选用磁力搅拌器解决搅拌器机封泄漏问题;浆液管道用碳化硅防腐代替衬胶防腐,提高防磨水平,延长使用寿命等。. i) S: u  M! p% A1 G: x2tech.cn
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[mu4]3结束语[/mu4]
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环保行业是高能耗、高物耗的绿色行业,随着国家对环保的重视,环保设备管理及运行优化工作已经成为每个电厂的工作重点。在日趋严峻的环保压力面前,为使企业效益最大化,除了对环保设备进行提效改造外,最根本的就是在保证排放指标可控的情况下做到“过程控制、终端治理”。通过提高设备管理、优化运行,最终实现企业的节能、减排任务,同时使效益最大化。
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