淺談半干法脫硫裝置運行常見問題及防范措施

國能神福（龍巖）發電有限公司 謝天事

1 引言

近年來，半干法煙氣脫硫工藝逐漸成為循環流化床機組煙氣脫硫廣泛應用的技術。這種工藝以循環流化床為原理，以控制合理的煙氣速度帶動高密度的物料床層在循環流化床中強烈湍動，極大增強了煙氣、物料間的傳質與傳熱，為實現高效脫硫提供了根本的保證，脫硫效率達到95%以上，脫硫綜合效益優越。

2 半干法脫硫原理

半干法脫硫裝置主要由脫硫塔、煙道、消石灰制備及供給系統、高效布袋除塵器、脫硫灰再循環系統、蒸汽加熱、工藝水、壓縮空氣及電氣儀表控制等系統組成。鍋爐空預器出口高溫煙氣經電除塵器除去粉塵后從脫硫塔底部進入，在脫硫塔的入口段，高溫煙氣與脫硫劑、循環脫硫灰充分混合反應，該階段主要是脫硫劑與鹽酸、氟化氫反應，而后混合煙氣通過脫硫塔下部的文丘里加速，進入上部床體反應；物料在循環流化床中，氣、固兩相由于煙氣氣流的帶動作用，得到充分混合接觸，在上升的過程中，逐漸形成絮狀物后落下返回，脫硫塔頂部結構加速絮狀物的下落返回，絮狀物在湍動的混合煙氣中又不斷被解體，再次被煙氣帶動提升，從而有效提高了脫硫塔內反應物料的床層厚度，使得床內的鈣硫比高達50%以上，脫硫反應效率得到提升。

3 半干法脫硫技術特點

循環流化床半干法煙氣脫硫技術是利用循環流化床技術進行煙氣脫硫，脫除煙氣中的SO2、細顆粒，使煙氣中的有害成分達到環保排放要求。該技術具有如下特點。

一是脫硫塔內分段反映具有高效凈化煙氣酸性污染物的能力。煙氣中的SO3、HCl、HF 等酸性污染物首先在高溫段與注入的消石灰粉發生反應，得到部分的脫除；在流化床反應段，煙氣在強烈湍動的高密度物料床層內，在噴入霧化水降溫的幫助下，與脫硫劑發生瞬間完成酸堿中和反應，實現高效脫除SO3、HCl、HF 等污染物。

二是煤質煤種適應性強，脫硫裝置不受煙氣負荷及入爐煤含硫量影響，當脫硫塔入口SO2濃度的上升，只要加大消石灰粉的加入，就可有效提高脫硫效率。

三是煙道及爐外脫硫系統無須增加防腐，該工藝基本除去了煙氣中全部SO3、HCl、HF，煙氣溫度高于露點20℃以上，因此不存在設備酸腐蝕問題，整個脫硫系統設備主要由碳鋼構成。

四是設備運行壽命長、檢修維護量小，脫硫塔內不存在任何轉動設備和支撐部件，煙氣流速不高，對塔內部件磨損較小，因此設備使用壽命長、檢修維護方便。

五是脫硫塔內有效延長了煙氣與脫硫劑接觸時間長，反應充分。反應區床層物料多，脫硫劑在塔內平均停留時間較長，脫硫塔內的煙氣與脫硫劑充分混合、傳熱、傳質，提高了反應效果，從而保證了達到很高的脫硫效率。

六是控制簡單工藝控制過程主要通過SO2等污染物排放控制、溫度控制、床層壓降控制三個回路實現，這三個回路相互獨立，互不影響。

七是脫硫塔內控制的煙氣速度相對穩定，負荷響應快，有效保證了煙氣、物料兩相流場的穩定。因此可以滿足不同的鍋爐負荷要求，鍋爐負荷在30%～110%范圍內變化，脫硫系統均能正常穩定運行。

八是脫硫副產物含水量小，流動性好，便于運輸處置，脫硫劑利用率高、副產物排放少。

4 影響脫硫塔運行的主要因素

4.1 脫硫塔出入口溫度

脫硫塔出口溫度一般控制在70～85℃運行，調整幅度要求比較穩定，一般調整幅度控制在±1℃，因此脫硫塔入口煙氣溫度過高或過低，將會影響脫硫效率。當脫硫塔入口煙氣溫度較高時，允許噴入更多的水降溫，反應的總表面積增加，同時提高了SO2的氣相擴散系數。

4.2 脫硫塔入口SO2濃度

當脫硫塔入口SO2濃度上升，脫硫效率下降，主要原因為SO2濃度高，氣相分壓大，反應速率低。根據性能試驗結果，脫硫塔入口SO2濃度控制在1500mg/Nm3左右平穩運行時，系統的可控度較高，脫硫塔出口SO2排放濃度控制相對平穩，波動量基本能控制在15mg/Nm3以內。入口SO2排放濃度1700mg/Nm3以上平穩運行時，當出現工況波動或其他原因時（如CEMS 裝置自動標定、鍋爐負荷變化等），出口SO2排放濃度會產生大幅度波動，且會出現超標現象。

4.3 消石灰的活性

消石灰（Ca(OH)2）的活性決定于生石灰質量。生石灰品質高，表面積大，活性高。該廠爐外脫硫生石灰設計品質：CaO 純度≥80%， 粒徑d100≤1mm，活性T60≤4min，可反應的有效成分多，脫硫過程中鈣的有效利用率就高，脫硫效率將有明顯提高。如果消石灰粉內含有較多雜質，或消石灰粉的存放時間過長，消石灰粉與空氣中的CO2發生反應，并吸收空氣中的水分發生受潮，將會引起脫硫劑的活性降低，導致脫硫效率嚴重降低，因此消石灰粉存放時間一般不超過3d。

4.4 鈣硫比

脫硫效率隨鈣硫比的上升而上升，提高到一定程度，脫硫效率上升逐漸平緩，一味提高鈣硫比，脫硫劑耗量上升，運行費用會大幅上升，因此根據脫硫塔入口SO2排放濃度控制合適的鈣硫比，可以有效提高脫硫效率，從而有效降低運行成本。

4.5 脫硫塔床層壓降

床層壓降是脫硫塔穩定運行重要調整參數之一。脫硫塔的床層壓降可以有效地反映脫硫塔內流化床所含有的反應物料量，壓降越大，說明床層物料越多，參與反應的物料就越多，脫硫效率高。床層壓降也不宜過大，否則當脫硫塔煙氣負荷發生波動時，無法托起物料時，容易造成“塌床”“掉灰”等現象，嚴重可能引起爐外脫硫跳閘，因此脫硫塔床層壓降一般維持1～1.4kPa 穩定運行。

4.6 水噴槍霧化效果

該廠采用高壓超霧化回流式噴嘴。噴嘴產生磨損或損壞或脫硫塔噴水系統在低于1kPa 床層壓降下運行，部分脫硫灰可能黏結在脫硫塔壁上，造成脫硫塔空床壓降大幅上升，為了避免此問題產生，要求每周應檢查一次水噴嘴的霧化效果，主要檢查工藝高壓水系統中的回流流量調節閥以及相關的測量裝置工作是否正常，檢查水噴嘴霧化效果、水噴嘴供水水壓和水量是否滿足要求、噴嘴有無損壞或磨損，同時密切監視脫硫塔的壓降變化[1]。

5 脫硫塔內壁黏灰的主要原因

一是煙氣在脫硫塔塔內存在偏流，煙氣流場分布不均時，霧化水、脫硫灰碰到塔內壁或塔內部件易發生結團，形成團狀后黏壁結灰會越積越多，當結灰到一定重量時，會造成大量脫硫灰掉落，在塔外面有時能聽到內部大塊脫硫灰掉落的響聲。

二是脫硫塔入口溫度低，脫硫塔內反應段溫度過低，運行人員操作難以控制，有時會避免出口SO2大幅上升，大幅度增加噴水量， 很容易造成濕壁黏灰。

三是外循環灰過濕，由于外循環灰處于不斷循環反應噴水加濕，當未充分干燥的脫硫灰不斷黏結成團，則容易造成濕壁黏灰。因此脫硫循環灰濕度宜取1.5%以下，濕度越高，濕壁概率越大。為防止濕壁，第一次啟動運行時，先對布袋除塵器進行預涂灰，脫硫塔內先噴消石灰（Ca(OH)2）后噴水；停運時，先停噴水后停止噴消石灰。每次啟動時，先啟動外循環，建立起穩定的流化床后再開始噴消石灰和水。機組正常運行期間，應保持灰斗溫度在80～120℃，否則循環灰可能無法及時烘干。

四是高壓水噴槍霧化不良或處在偏流不穩定、濕度不均勻的脫硫灰，將導致循環灰表面含水不均勻，存在游離狀態的水滴，容易引起噴嘴及噴嘴上部脫硫塔漸擴段的濕壁結灰，裝置無法長期穩定運行。

五是脫硫塔內床層壓降過低，當低于0.8kPa 以下，煙氣中的循環灰量過少，容易造成循環灰過潮，容易產生濕壁黏結。因此在邏輯設計上，在床層壓降低于0.8kPa 時，延時5s 聯跳高壓水泵，避免造成循環灰過潮。因此每周定期開展水噴槍檢查，檢查霧化情況及噴嘴磨損情況。

6 脫硫塔“塌床”的主要原因

一是布袋除塵器收集的脫硫灰通過返料斜槽重新回到脫硫塔內循環發生脫硫反應，其主要目的是使未完全反應的脫硫劑繼續參加脫硫反應，通過延長脫硫劑在脫硫塔內的停留時間，以達到提高脫硫劑利用率、降低運行成本的目的，同時可以滿足塔內流化床建立足夠床層厚度的需要，只有在塔內建立了足夠的床層厚度，從而保證噴入的霧化水能得到充分的蒸發。正常運行過程中，運行人員在遇到異常工況時，為避免出口SO2大幅上升，短時間噴入大量水進行降溫，可能造成局部物料過濕，從而導致物料結塊，黏附在脫硫塔壁和后續的布袋除塵器布袋上，最后通過物料斜槽部分黏結成的大顆粒物料重新進入脫硫塔，導致塌床、掉灰。

二是床層壓降太大，即表示物料過多，超過一定值時，在煙氣負荷波動較大時，特別是鍋爐負荷較小，煙氣量較低，當煙氣負荷低于設計值的75%時或鍋爐負荷下降過快，煙氣再循環門無法及時跟蹤運行，無法建立流化床，煙氣速度小于流化速度容易“塌床”[2]。因此在脫硫塔塌床發生后應及時外排塔底積灰，防止堵塞入口煙道。

7 運行控制措施

一是脫硫正常運行必須保證布袋除塵器出口煙氣流量在最小流化風量以上，最小流化風量通過試驗獲得，防止煙氣流量低而跳脫硫系統。

二是鍋爐爐內工況發生變化時（如風量異常下降、斷煤）必須通知脫硫值班員，及時采取控制措施，以防出現煙氣流量大幅度波動，導致脫硫系統退出或排放指標超標。

三是脫硫塔建床后未投入消石灰前，嚴禁啟動高壓水泵進行噴水降溫，避免煙氣溫度低于露點溫度，形成具有腐蝕性的酸性物質影響布袋的使用壽命。

四是布袋清灰風機啟動時，先啟動清灰旋轉機構再啟動脈沖噴吹閥；當布袋某室清灰旋轉停止運轉時，對應的脈沖噴吹閥必須退出停止噴吹，避免吹損布袋。

五是脫硫塔床層在0.8kPa 以下時，禁止噴水降溫，防止因脫硫塔床層薄，產生結塊現象，應先快速提升床層壓力。

六是脫硫運行時，灰斗低低料位聯鎖無特殊情況下必須投入，運行中實際料位禁止低于低料位，否則會造成煙氣經斜槽短路，導致脫硫塔落灰或塌床的風險。

七是斜槽流化風、灰斗流化風、灰斗蒸汽加熱必須保證80～120℃。停運脫硫或布袋除塵器，只要灰斗內有存灰時，必須保證所有蒸汽加熱及灰斗、斜槽流化風的正常運行，避免灰斗內存灰黏結成塊。

八是機組停運需兩周以上時間時，在停運之前把消石灰倉排空，在停運布袋除塵器后將布袋除塵器脈沖閥置停機模式，噴吹2h 以上，對布袋進行強制清灰，同時用倉泵的連續輸灰模式將灰斗中的灰全部排空。

九是爐外脫硫系統退出時，脫硫塔出口煙溫不得高于150℃，否則容易造成布袋提前老化。發現溫度高應及時投入噴槍進行噴水降溫，將溫度控制在150℃以內，但不能低于酸露點溫度（96℃）。

8 結語

循環流化床半干法脫硫工藝具有脫硫效率高、建設投資少、占地小、結構簡單、易于操作、運行費用低等特點，但在應用場景較濕法脫硫少，運行和檢修經驗并不是很豐富。特別是在不同煤種、不同負荷下，運行人員在脫硫運行調整上仍有所不足，通過不斷的總結分析才能逐步完善半干法脫硫工藝運行操作經驗和注意事項，從而保證脫硫系統更加穩定、經濟、安全的運行。