煙氣循環流化床干法脫硫技術研討及常見問題分析

汲傳軍

(山東神華山大能源環境有限公司，濟南　250014)

煙氣循環流化床干法脫硫技術研討及常見問題分析

汲傳軍

(山東神華山大能源環境有限公司，濟南250014)

【摘要】在煙氣循環流化床干法脫硫中，溫度、流速、停留時間、Ca/S比、壓降、流場分布、SO2進出口濃度都是非常重要的參數。提高脫硫效率，首選控制溫度，其次是提高Ca/S比和穩定塔內壓力降。運行中常見問題主要是脫硫效率低、脫硫塔濕壁粘灰和塌床，通過分析原因采取應對措施。

【關鍵詞】循環流化床；干法脫硫；技術研討；常見問題分析

引用文獻格式：汲傳軍.煙氣循環流化床干法脫硫技術研討及常見問題分析[J].環境與可持續發展，2015，40(6)：90-92.

循環流化床燃燒技術對我國燃煤污染控制具有舉足輕重的意義。近年來我國循環流化床技術得到了飛速發展，尤其隨著環保要求的提高，全國裝機規模逐年小幅增長，SO2治理工作取得階段性成果。本文針對煙氣循環流化床干法脫硫技術進行探討，以期優化其脫硫運行參數提供減排效果。

1技術原理

吸收劑以干態進入吸收塔與煙氣中的二氧化硫反應，脫硫終產物為“干態”稱為干法脫硫工藝。

在反應過程中，脫硫劑顆粒間相互碰撞和摩擦，表面不斷更新。煙氣熱量將塔內脫硫灰水分蒸發，終產物呈干態。經過布袋除塵器脫除的灰，一部分返回脫硫塔形成外循環，一部分作為終產物外排。塔內灰在塔頂部經槽形板分離后落入塔內，形成內循環。

1.1　干法脫硫主要優點

(1)占地面積小，投資省；(2)運行費用低；(3)系統無需防腐；(4)有效脫除SO3、幾乎全部脫除HCl、和HF；(5)適合現有機組改造；(6)脫硫終產物為干態，有利于綜合利用和處置。

1.2　干法脫硫主要缺點

(1)脫硫塔出口溫度應嚴格控制在高于煙氣露點溫度15～20℃以上運行；(2)Ca/S比高；(3)流化床層壓力降運行不穩定會導致出口SO2濃度波動；(4)反應速率慢。

2主要脫硫工藝參數的影響

脫硫反應的主要參數有溫度、壓力、Ca/S比、流速、停留時間、流場分布、消石灰品質、霧化粒經。

2.1　溫度

溫度是影響脫硫反應推動力的最主要因素之一，噴水降溫對脫硫效率影響顯著。反應溫度與露點溫度的差值常稱近露點溫度(ADST)。表面未被潤濕的Ca(OH)2(S)沒有活性，與SO2(g)反應較慢。為使反應加快進行，必須在煙氣中噴入霧化水。噴水量越大，煙氣濕度大，ADST小，水滴擴散、碰撞并捕捉脫硫劑和SO2幾率增加。脫硫劑液滴含水量大，漿液完全蒸發所需時間延長，SO2與Ca(OH)2反應時間也增加；另一方面，溫度越低，反應速率越快。在綜合作用下，脫硫效率隨ADST降低呈指數增長，即使Ca/S比低和Ca(OH)2活性一般也有較高的脫硫效率。煙氣每降低10℃，脫硫效率升高20%以上。但ADST也不是越低越好，ADST越低，脫硫塔出口溫度越低，可能會造成塔內壁粘灰，嚴重時造成入口煙道和脫硫塔堵塞，甚至會影響后面布袋除塵器和風機正常運行。濕度過高，水分完全蒸發所需時間越長，造成塔高增加，投資和運行費用增加。對煙氣噴水降溫用熱水對反應有利。

通常煙氣結露點一般在45～51℃，故脫硫系統一般在結露點溫度15～20℃以上運行。脫硫塔出口煙溫一般控制在70～85℃。

2.2　Ca/S比

工業上的Ca/S比是指參加化學反應的總鈣量與總硫量的比，亦稱有效Ca/S比。Ca/S比對脫硫效率的影響僅次于ADST。

相同溫度下，影響反應速率最重要的是Ca(OH)2(l)和SO2(g)濃度。Ca/S比小，煙氣中的SO2不能完全反應，脫硫效率低。隨著Ca2+濃度增加，Ca/S比逐漸增大，液滴傳質阻力減小，顆粒溶解阻力減小，反應傳質推動力增大，脫硫效率提高明顯，Ca/S比太高，造成Ca2+濃度過量，Ca2+有效利用率下降，脫硫效率增勢趨緩，運行成本上升。一般設計Ca/S比1.2～1.5甚至更高。

30%～40%的活性鈣來自于塔外循環灰的補充，提高了Ca2+的有效利用和脫硫效率。外循環灰采用空氣斜槽輸送，并防止循環灰板結(濕度小于3%)，入塔前為穩定流化狀態，以便于很好地融入流化床層中，是實現外部連續供料的關鍵。

2.3　壓力降

建立穩定的流化床床層是保證脫硫效率和運行穩定的關鍵。床內固體顆粒濃度是側面反映流化床運行正常的重要參數，濃度一般為0.8～1kg/m3，最大不超過2kg/m3。在實際運行中，通過設定吸收塔的進出口壓力降來調節床內的固體顆粒濃度，通過調節斜槽流量控制閥來控制脫硫塔內壓力降。正常情況下壓差為700～1400Pa。

鍋爐出口煙氣量下降到滿負荷正常運行工況下煙氣量設定值的75%以下時，煙氣再循環擋板門將自動開啟并根據煙氣量變化自動跟蹤調節，確保塔內煙氣流速趨于穩定，防止“塌床”。

2.4　流速

煙氣流速是煙氣流量與脫硫塔內過流面積的比值。煙氣流速一般為4.5m/s。文丘里喉口流速35～40m/s，最高到60m/s。運行過程中，塔內流速選取必須保證流化速度大于床層灰的沉降速度。塔容積一定時，塔內流速選取越大，煙氣停留時間短，對反應越不利。

2.5　停留時間

停留時間是吸收塔有效高度與煙氣流速的比值。停留時間越長，脫硫劑與SO2反應越徹底，脫硫效率越高。據報道，脫硫效率在90%時，停留時間至少在4s以上。最大粒徑大于100μm的消石灰漿液霧滴，在70～80℃反應條件下，需5s以上才能充分蒸發，才不對后續除塵器、增壓風機等設備造成積灰影響。煙氣在脫硫塔內的停留時間最大設計為8s。一般要求停留時間大于液滴干燥時間即可，過大會增加設備投資。延長停留時間可減小Ca/S比，減少運行費用，對后續除塵有利。

2.6　流場分布

煙氣從塔的底部引入，經文丘里進行整流。流場均布是通過復雜的計算機模擬實現的。如果流場分布不均，塔內出現湍流和偏心，濕壁粘灰現象不可避免，嚴重時整個系統不能穩定運行。

穩定的流場，關鍵在于建立穩定的靜壓分布和均勻的速度分布。

2.7　消石灰品質

高品質的消石灰需要高品質的生石灰。生石灰：CaO>85%，T60<4min(根據DIN459)，粒徑d100≤1mm。消石灰濃度一般為85%以上，越高越好，比表面積16m。2/g。消石灰比表面積越大，反應速率就越高。消石灰雜質多，顆粒大，會增加動力消耗和輸灰管道磨損，從而增加運行和維護成本。

2.8　霧化粒徑

通常用高壓回流噴嘴和雙流體霧化噴嘴進行煙氣降溫，其中前者最常用。霧化后的水霧粒徑越小越好，一般小于80～150μm。

3常見問題分析

3.1　煙氣脫硫效率低

3.1.1溫度

煙氣出口溫度是保證脫硫效率的首要控制手段。煙氣脫硫效率低，先檢查出口煙溫，控制在接近70℃運行。如達到脫硫效率，溫度應盡可能控制高一些。煙氣入塔溫度過高或過低，都會影響脫硫效率。提高脫硫系統煙氣入口溫度可提高脫硫效率。入塔煙溫過高，噴水降不到反應溫度，脫硫效率難以提高；入塔溫度過低，噴入霧化水量過少，脫硫反應難以進行，這時需噴入熱水降溫。為方便檢修，噴嘴最好備用一套，保證脫硫效率不會因停水驟降。

3.1.2生石灰和消石灰活性

煙氣脫硫效率低，其次檢查消石灰活性。Ca(OH)2純度一般大于85%。如果Ca(OH)2含雜質多，或Ca(OH)2的存放時間過長，Ca(OH)2與CO2發生反應，遇水產生潮解，脫硫劑的活性相應降低，會嚴重影響脫硫效率。Ca(OH)2存放時時間一般不得超過3天。

3.1.3Ca/S比

要提高脫硫效率，增大Ca/S。但增大到一定程度，脫硫效率增加趨緩，此時運行費用也會大幅增加。為保證噴粉系統正常運行，建議備用一套噴粉設備。

3.1.4SO2入口濃度

脫硫效率隨入口SO2濃度的增加而下降，如果超過設計值，脫硫效率難以提高。SO2入口濃度一般不超過1800mg/Nm3。

3.1.5壓力降

壓力降越高，固氣比越大，循環倍率越大，參與反應的床料多，脫硫效率高。如果壓力降過大，煙氣負荷稍一波動，極易造成“塌床”。脫硫塔壓降一般不超過1600Pa。

3.1.6自動化控制水平

煙氣出口溫度、噴粉量、噴水量根據鍋爐負荷、煙氣量、入口濃度和出口濃度自動跟蹤調節，計量和檢測儀表校驗準確，否則會嚴重影響脫硫效率。

3.2　脫硫塔濕壁粘灰原因分析

(1)煙氣流場分布不均，在吸收塔內呈湍流、偏流狀態，水霧、脫硫灰碰到塔內壁或塔內構件很容易結塊，形成塊狀后會越積越多，結塊松散時，會造成大塊脫硫灰落入塔下部，所以運行過程中定時排灰。

(2)煙氣塔內反應段如溫度低于65℃，干燥段溫度低于70℃，操作運行很難控制，易造成濕壁粘灰，后續布袋糊袋和灰斗堵灰幾率也大大增加。

(3)外循環灰過濕，濕度宜大于3%，濕度越高，粘壁的機率越大。未充分干燥的脫硫灰不斷粘結成團造成濕壁粘灰。為防止布袋糊袋、灰斗堵灰，第一次啟動運行時，先對布袋除塵器進行預涂灰。脫硫塔內壓降低于700Pa時自動禁止噴水。故運行時“先噴粉后噴水”；停運時正好相反。以后啟動時，先啟動外循環，建立起穩定的流化床后再開始噴Ca(OH)2粉和水。

(4)霧滴粒徑：霧滴粒徑是通過高效噴嘴的合理選型實現的。噴嘴埋在流態不穩定、濕度不均勻的循環流化床層中，需要定期檢查，如果循環灰表面含水不均勻，且有游離狀態的液滴，易造成噴嘴及噴嘴上部吸收塔漸擴段濕壁粘灰。

(5)塔內壓力降過低，低于600Pa以下，內循環灰過濕，容易產生塔內濕壁粘灰和后續布袋糊袋、灰斗堵灰。

3.3　吸收塔“塌床”

(1)如果外循環灰濕度大，在流化槽段結團，導致大量大顆粒脫硫灰入塔，這些顆粒與循環流化床設計流速不同，循環流化床系統床料失穩最終塌床。

(2)床層壓降過大超過設定值，在煙氣負荷波動較大時，如煙氣量低于正常負荷75%，凈煙氣再循環擋板門不能及時打開，煙氣速度小于流化速度極易“塌床”。

4技術進度

(1) 脫硫塔分段給水，水量遞減，分段增濕。

(2) 在Ca(OH)2中添加1%NaOH、或2%MgO或CaCl2和NaCl。也有報道添加硅石粉和高爐渣，改善Ca(OH)2孔徑結構和比表面積。

(3) 采用高效布袋除塵器，脫硫效率提高約25%。

(4) 脫硫塔內噴入消石灰漿液，可提高脫硫效率20%～30%。

5結論

綜合以上分析，提高干法脫硫效率，溫度、Ca/S比、壓力降、消石灰品質、污染物出口濃度和噴槍霧化效果是干法煙氣脫硫中重要的操作控制指標，流速、停留時間、塔內流場分布、污染物進出口濃度是非常重要的設計參數。正常運行過程中常見問題主要是：脫硫效率低、吸收塔內壁粘灰和塌床、布袋除塵器糊袋和灰斗堵灰，只要找到產生問題的原因，才能采取應對處理措施，保證穩定運行。

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Technical Review and Corresponding Issue Analysis on Circulating Fluidized

Bed(CFB) in Flue Gas Desulfurization(FGD)

JI Chuanjun

(Shandong Shenhua Shanda Energy & Environment Co.，ltd，Jinan 250014)

Abstract：Temperature，flow speed，retention time，Ca/S ratio，pressure drop，flow distribution and Import/exportSO2concentration are important parameters in dry desulfurization.Temperature control is a top choice in improving desulfurization efficiency，followed by increased Ca/S ratio and stable inner pressure drop.The frequent operation problems are low desulfurization efficiency，wet and sticky wall，and slumped bed.These issues could be resolved by taking correspondingly counteractions after analyzing the causes.

Keywords：Circulating Fluidized Bed (CFB)；dry desulfurization；Technical review；Problem analysis

作者簡介：汲傳軍，學士，工程師，一直從事大氣污染治理和水污染治理工作

中圖分類號：X51

文獻標識碼：A

文章編號：1673-288X(2015)06-0090-03