關(guān)于循環(huán)流化床脫硫防止灰斗內(nèi)脫硫灰板結(jié)的研究

胡賽剛，柴本忠，鄭 璇，王 偉，陳立水，鄭文沖

（中晶（上海）環(huán)境管理有限公司，上海 200000）

1 簡(jiǎn)述循環(huán)流化床脫硫工藝

以中晶（上海）環(huán)境管理有限公司目前各項(xiàng)目脫硫工藝及設(shè)備為例，對(duì)其工藝技術(shù)設(shè)備等進(jìn)行簡(jiǎn)要概述。

整個(gè)循環(huán)流化床脫硫工藝系統(tǒng)是由吸收塔、布袋除塵器、脫硫灰循環(huán)系統(tǒng)、吸收劑、脫硫灰灰倉(cāng)系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)以及電氣儀表控制系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)等系統(tǒng)組成。從燒結(jié)機(jī)機(jī)頭進(jìn)來的原煙氣從吸收塔的塔底部進(jìn)入系統(tǒng)，經(jīng)文丘里被加速，在文丘里上部漸擴(kuò)段依次噴入吸收劑粉和高壓水噴槍噴出的霧化水接觸后，原煙氣被降溫和增濕，在此階段進(jìn)行脫硫反應(yīng)，在反應(yīng)過程中，顆粒之間相互碰撞和摩擦，其表面不斷更新，煙氣熱量將塔內(nèi)脫硫灰水分蒸發(fā)，終產(chǎn)物呈干態(tài)。經(jīng)過布袋除塵器除下來的灰，大部分返回脫硫塔形成外循環(huán)，少部分終產(chǎn)物外排。塔內(nèi)灰在塔頂部出口經(jīng)槽形板分離器分離后落入塔內(nèi)，形成內(nèi)部循環(huán)。

經(jīng)過凈化后的煙氣帶著脫硫灰粉從吸收塔頂部側(cè)向排出進(jìn)入布袋除塵器除塵后，凈煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)排入煙囪。

2 灰斗結(jié)塊現(xiàn)象及危害

在系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，灰斗內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)脫硫灰板結(jié)現(xiàn)象。表現(xiàn)為床層壓降波動(dòng)大，逐漸降低或消失，灰斗料位異常升高，影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，造成出口數(shù)據(jù)波動(dòng)大。

通過檢查發(fā)現(xiàn)脫硫灰板結(jié)灰塊會(huì)堵塞灰斗下料口和在灰斗內(nèi)壁大量粘存，影響系統(tǒng)循環(huán)灰量和操作人員對(duì)系統(tǒng)的判斷。堵塞下料口可以在線通過疏通解決，但灰斗內(nèi)壁大量粘存只能系統(tǒng)停機(jī)后清理，且難度較大。

灰斗內(nèi)部脫硫灰板結(jié)對(duì)系統(tǒng)影響較大，輕則因循環(huán)灰量較少影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。重則因灰斗內(nèi)存脫硫灰量較多，灰斗長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)重運(yùn)行造成重大安全事故，如灰斗掉落或箱體開裂等。

3 灰斗內(nèi)脫硫灰板結(jié)原因分析

針對(duì)灰斗內(nèi)部脫硫灰板結(jié)現(xiàn)象，現(xiàn)對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行逐項(xiàng)原因分析如下所述。

1）灰斗建造時(shí)遺留的問題：通過京津冀區(qū)域四個(gè)干法項(xiàng)目灰斗對(duì)比表（見表1）可以發(fā)現(xiàn)在其他條件相同的情況下XD項(xiàng)目、TD項(xiàng)目船型角度為10°，灰斗比較容易結(jié)塊，TR項(xiàng)目船型角度為45°、HG項(xiàng)目船型角度為30°灰斗不容易結(jié)塊。分析原因?yàn)榇投谓嵌容^為平緩，灰斗內(nèi)部循環(huán)灰存在惰性角度導(dǎo)致流動(dòng)性差容易造成物料積存，易堆積在灰斗兩邊。堆積后造成兩邊的灰不宜流動(dòng)，因消石灰本身存在一定量的水分加上消石灰本身吸水性能高且具有一定的黏附性就會(huì)造成板結(jié)現(xiàn)象。因此在建造時(shí)灰斗角度也是要考慮好的一個(gè)重要因素。

表1 京津冀區(qū)域四個(gè)干法項(xiàng)目灰斗對(duì)比表

2）高壓水噴槍噴水點(diǎn)與噴水量選擇不好也是造成板結(jié)的原因：高壓水噴槍的位置應(yīng)放在文丘里上方，與吸收塔主體變徑處?？稍O(shè)1根流量較大回流式噴槍，也可選用多根小流量雙流體噴槍，保證氣、固、液三相流的流場(chǎng)狀態(tài)。而噴入水量會(huì)直接決定氣、固、液三相流的混合程度和煙氣的濕度、溫度及脫硫灰的濕度，因此噴水量過多也會(huì)出現(xiàn)水槍因結(jié)垢堵塞情況。在水槍堵塞后如果不能及時(shí)處理，就會(huì)造成高壓水槍里的水出現(xiàn)股流現(xiàn)象，造成吸收塔內(nèi)脫硫灰接觸大量水形成黏連狀，當(dāng)此部分脫硫灰循環(huán)到灰斗時(shí)容易形成板結(jié)積存于灰斗內(nèi)壁，高壓水噴槍插入角度不足吸收塔內(nèi)部1/10同樣容易造成塔內(nèi)板結(jié)。

3）灰斗內(nèi)部脫硫灰一直處于高料位狀態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行灰斗內(nèi)部容易出現(xiàn)板結(jié)：高料位長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，灰斗內(nèi)脫硫灰流通不暢，出現(xiàn)囤積，導(dǎo)致灰斗內(nèi)脫硫灰流動(dòng)性差，出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象。

4）灰斗結(jié)塊后清理不及時(shí)或者未清理干凈容易引發(fā)灰斗的二次板結(jié)；如果灰斗出現(xiàn)板結(jié)情況后未能夠及時(shí)清理或者清理的不徹底，就會(huì)造成脫硫灰在原有的結(jié)塊上堆積出現(xiàn)蓬灰現(xiàn)象，結(jié)塊會(huì)越來越多到最后導(dǎo)致灰斗下料不暢，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。

5）燒結(jié)煙氣溫度異常，會(huì)造成出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象：燒結(jié)過來原煙氣進(jìn)入脫硫系統(tǒng)需經(jīng)過高壓水噴槍噴水來保證脫硫效率和降溫。如進(jìn)口煙氣溫度低時(shí)，脫硫系統(tǒng)就要相對(duì)減少噴水量，防止高壓水噴槍過噴造成板結(jié)現(xiàn)象，但無法保證脫硫率。如煙氣溫度過高時(shí)，就需要加大高壓水噴槍的噴水量，相對(duì)造成煙氣中含水量過大，吸收塔內(nèi)部吸收劑在吸收塔塔壁、灰斗中或除塵布袋上形成灰塊，這些灰塊經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行富集容易出現(xiàn)“滾雪球”現(xiàn)象。因此要控制好吸收塔進(jìn)口溫度和出口溫度是防止系統(tǒng)板結(jié)的重要一環(huán)。

6）脫硫系統(tǒng)內(nèi)煙氣流量波動(dòng)大，也容易出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象：脫硫塔內(nèi)涉及到氣、固、液三相的流動(dòng)和化學(xué)反應(yīng)，吸收塔內(nèi)的流場(chǎng)十分復(fù)雜，當(dāng)燒結(jié)過來煙氣變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致吸收塔塔內(nèi)煙氣流速發(fā)生變化。當(dāng)吸收塔內(nèi)煙氣流速較小時(shí)，脫硫灰容易聚集，塔內(nèi)容易板結(jié)阻塞。

7）各類儀表的準(zhǔn)確性尤為重要：因系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行需要監(jiān)盤人員不斷地通過DCS（或PLC）畫面顯示各種重要參數(shù)來調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行，各重要參數(shù)的檢測(cè)儀表失準(zhǔn)，也是造成灰斗板結(jié)的重要原因。如各灰斗的料位計(jì)，無法發(fā)現(xiàn)灰斗的料位過高；溫度表不準(zhǔn)，過量的向系統(tǒng)中噴水；吸收塔進(jìn)出口壓力表不準(zhǔn)，造成床層壓降過低，液固比失衡等造成嚴(yán)重后果。

8）系統(tǒng)大小修等停機(jī)期間是灰斗出現(xiàn)脫硫灰板結(jié)現(xiàn)象的高峰期。為控制成本，系統(tǒng)短時(shí)間停機(jī)后一般不會(huì)排空各灰斗內(nèi)脫硫灰，這就會(huì)出現(xiàn)脫硫灰板結(jié)的風(fēng)險(xiǎn)。如脫硫灰長(zhǎng)時(shí)間在灰斗內(nèi)堆積，無法流動(dòng)；灰斗伴熱所需蒸汽壓力不足，造成灰斗蒸汽伴熱溫度不足；灰斗流化風(fēng)出力不足等一系列原因都會(huì)造成灰斗內(nèi)脫硫灰出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象。

9）灰斗外壁焊縫或腐蝕造成的漏點(diǎn)、除塵器蓋板封閉不嚴(yán)也會(huì)造成灰斗內(nèi)脫硫灰板結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生。灰斗壁有漏點(diǎn)的情況下運(yùn)行時(shí)，由于系統(tǒng)內(nèi)是負(fù)壓狀態(tài)。外部環(huán)境中的冷空氣和水分會(huì)被負(fù)壓抽進(jìn)灰斗內(nèi)與脫硫灰結(jié)合產(chǎn)生板結(jié)；除塵器倉(cāng)頂蓋板封閉不嚴(yán)時(shí)，除了抽進(jìn)冷空氣和水份外，還會(huì)抽進(jìn)雨水，造成灰斗內(nèi)部進(jìn)水，直接形成脫硫灰板結(jié)。

4 針對(duì)脫硫灰板結(jié)應(yīng)該采取的措施

針對(duì)上述影響循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)板結(jié)原因，我們分析出以下幾點(diǎn)措施，來確保脫硫系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行：

1）通過表1分析的結(jié)果，后期灰斗在建造循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)時(shí)注意灰斗船型段角度傾角大一些（40～60°左右）。還需在灰斗外壁中間部位對(duì)稱安裝3臺(tái)倉(cāng)振裝置，定期進(jìn)行振動(dòng)灰斗壁，能夠在實(shí)際運(yùn)行中保證脫硫灰不會(huì)輕易地粘黏在灰斗壁上，因而避免灰斗板結(jié)情況發(fā)生。

2）吸收塔建設(shè)初期，高壓水噴槍安裝位置及安裝深度做好檢查，有異常及時(shí)更正。要定期對(duì)高壓水噴槍進(jìn)行檢查，做好霧化實(shí)驗(yàn)。運(yùn)行中，要做好定期工作，定期檢查高壓水噴槍槍頭結(jié)塊情況，及時(shí)清理。并做好高壓水噴槍周圍塔壁板結(jié)情況檢查，防止塔壁板結(jié)，或板結(jié)增厚。

3）通過實(shí)踐分析，灰斗內(nèi)部脫硫灰料位高，流化不均勻?qū)е聝?nèi)部局部有板結(jié)現(xiàn)象，當(dāng)灰斗料位控制在高料位以下時(shí)灰斗內(nèi)部流化效果最佳，可以有效遏制板結(jié)現(xiàn)象發(fā)生，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。每個(gè)灰斗都設(shè)有蒸汽伴熱（或電伴熱），灰斗溫度一般保持在80～110℃，保證灰斗內(nèi)部脫硫劑可以正常流動(dòng)，要定期檢查灰斗料位計(jì)的準(zhǔn)確性，做好料位監(jiān)測(cè)。

4）灰斗結(jié)塊后清理不及時(shí)或者清理不干凈最容易使脫硫灰形成二次板結(jié)，于是我們?yōu)榱吮苊獯饲闆r發(fā)生，我司一項(xiàng)目開始進(jìn)行灰斗倒空試驗(yàn)。2020年7月份ZT運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)，由項(xiàng)目經(jīng)理、機(jī)務(wù)專工牽頭，針對(duì)灰斗板結(jié)情況進(jìn)行分析，制定并執(zhí)行了灰斗倒空方案，截止2020年11月20日，灰斗倒空工作執(zhí)行近80 d左右，利用停機(jī)檢修機(jī)會(huì)對(duì)灰斗積料情況進(jìn)行檢時(shí)發(fā)現(xiàn)灰斗無結(jié)塊情況（前期有結(jié)塊的灰斗，無增大情況）；在12月08日，灰斗倒空工作執(zhí)行了127天，利用停機(jī)檢修時(shí)機(jī)會(huì)對(duì)灰斗結(jié)塊情況再次進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)灰斗無結(jié)塊情況（前期有結(jié)塊的灰斗，無增大情況），同時(shí)在此期間，各區(qū)域部分干法項(xiàng)目同步開展了灰斗倒空工作，通過調(diào)查各項(xiàng)目均取得了較好效果。規(guī)定每班進(jìn)行一個(gè)灰斗倒空，在倒空期間可能會(huì)發(fā)生有脫硫灰小結(jié)塊堵塞分配箱下料口的現(xiàn)象，但通過專業(yè)人員進(jìn)行疏通，有效地遏制了因小塊結(jié)塊導(dǎo)致灰斗大面積板結(jié)情況發(fā)生。

5）在系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)中，要及時(shí)根據(jù)系統(tǒng)各數(shù)據(jù)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行，更要確保DCS（或PLC）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的儀表顯示數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，確保數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確，減少誤操作?？赏ㄟ^定期檢查、維護(hù)、人工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等方式避免類似情況發(fā)生。

6）遇到系統(tǒng)停機(jī)時(shí)分兩種情況。短時(shí)停機(jī)時(shí)，要做好灰斗系統(tǒng)的保溫工作和流化工作，灰斗進(jìn)出口擋板門關(guān)閉、灰斗伴熱系統(tǒng)和流化系統(tǒng)做好檢測(cè)。嚴(yán)格控制各設(shè)備和介質(zhì)的參數(shù)在正常范圍內(nèi)，出現(xiàn)異常及時(shí)恢復(fù)。有必要時(shí)，在保證安全的情況下申請(qǐng)啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)，單獨(dú)進(jìn)行灰斗內(nèi)脫硫灰的循環(huán)工作：長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)時(shí)，必須把灰斗內(nèi)脫硫灰排出，并對(duì)灰斗內(nèi)部做好檢查。如有板結(jié)情況，務(wù)必清理干凈。

7）灰斗倉(cāng)壁要做好定期工作，檢查灰斗是否有漏氣、漏灰等現(xiàn)象。因灰斗外壁都有做保溫工作，所以還要對(duì)異響、“哨聲”特別注意。很有可能是有漏氣的地方，如有發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)及時(shí)補(bǔ)漏。另還要定期對(duì)灰斗焊縫做探傷，對(duì)灰斗壁做測(cè)厚工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)解決問題。

5 結(jié)語(yǔ)

由此可見灰斗船型段角度、高壓水噴槍噴水點(diǎn)與噴水量、灰斗內(nèi)部脫硫灰料位、灰斗發(fā)生板結(jié)后清理不及時(shí)和燒結(jié)運(yùn)行工況等眾多因素均可以造成灰斗出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象，出現(xiàn)板結(jié)后不僅會(huì)浪費(fèi)較大的人力、物力和財(cái)力，還可能因處理不當(dāng)造成人員受傷、設(shè)備損壞等安全事故。因此尋找到灰斗板結(jié)的原因并加以處理對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行十分重要。