循環(huán)流化床煙氣脫硫吸收塔塌床原因分析及處理措施

姚利平，史新學(xué)

(河北馬頭發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 邯鄲 056044)

1 概述

河北馬頭發(fā)電有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱“馬電”)200 MW機(jī)組循環(huán)流化床煙氣脫硫(CFB-FGD)系統(tǒng)由消石灰制備系統(tǒng)、吸收塔、脫硫灰循環(huán)系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、脫硫后除塵器(ESP2)、氣力輸送系統(tǒng)等設(shè)備組成，其系統(tǒng)示意見圖1。

圖1 馬電CFB-FGD系統(tǒng)示意

系統(tǒng)的基本工作流程為：從鍋爐空氣預(yù)熱器出來的煙氣經(jīng)過預(yù)除塵器處理，進(jìn)入吸收塔內(nèi)脫除SO2，凈化后的含塵煙氣從吸收塔排出，進(jìn)入脫硫后除塵器進(jìn)行氣固分離，再經(jīng)引風(fēng)機(jī)排入煙囪；由脫硫除塵器收集未完全反應(yīng)的脫硫灰再進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)重復(fù)利用，返回吸收塔繼續(xù)參加反應(yīng)，如此循環(huán),多余的少量脫硫灰渣通過氣力輸送系統(tǒng)輸送至脫硫灰?guī)焱膺\(yùn)。該脫硫系統(tǒng)脫除煙氣中SO2的主要設(shè)備是吸收塔，吸收塔的運(yùn)行情況，不僅影響機(jī)組脫硫效率和SO2排放是否符合環(huán)保要求，還直接影響鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行。

馬電脫硫除塵裝置投運(yùn)以來，由于工藝水噴槍異常、床層壓降過低、吸收塔底大量積灰等原因，多次發(fā)生吸收塔床層壓降大幅波動(dòng)，引起吸收塔塌床(循環(huán)流化床內(nèi)大量固體顆粒回落至吸收塔底部)，瞬間堵塞煙氣流通，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)故障，退出運(yùn)行。以下對(duì)馬電CFB-FGD系統(tǒng)吸收塔床層壓降大幅波動(dòng)造成塌床的原因進(jìn)行總結(jié)和分析。

2 吸收塔塌床的原因分析

2.1 工藝水噴槍異常

工藝水噴槍是利用航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)原理制成的高壓回流式水噴嘴，噴出的霧滴均勻且粒徑較小，霧化效果好。水噴嘴安裝在物料湍動(dòng)能和顆粒密度最大的文丘里擴(kuò)散段，將水泵提供的高壓水通過噴槍霧化并噴入吸收塔，使細(xì)小的液滴附著在單個(gè)循環(huán)脫硫灰粒表面，在高速煙氣流作用下水霧快速蒸發(fā)吸熱,使煙氣降低到所需要的溫度。若工藝水噴嘴頭部積灰，將噴嘴擴(kuò)散面裹住，會(huì)造成噴水霧化效果差，最終導(dǎo)致局部灰抱團(tuán)，形成灰塊，如果較大灰塊脫落，將造成文丘里和吸收塔入口煙道部位積灰，影響床層的穩(wěn)定。2008年10月，該機(jī)組脫硫系統(tǒng)曾2次發(fā)生吸收塔床層無規(guī)律的大幅波動(dòng)現(xiàn)象，后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)工藝水噴槍噴嘴口有積灰，噴嘴出口處有水柱現(xiàn)象，霧化效果差。

由于水噴嘴旋流片的安裝設(shè)計(jì)與緊固螺紋旋向相反，導(dǎo)致旋流片在運(yùn)行中松動(dòng)、脫落，高壓工藝水沒有經(jīng)過旋流片破碎，而且由于旋流片松動(dòng)、脫落后旋流腔的空間減小，惡化了噴嘴對(duì)水的霧化效果，使水滴不能充分蒸發(fā)，進(jìn)入吸收塔的水量增大，部分循環(huán)灰顆粒潮濕，粘性增加，造成濕灰粘于吸收塔壁。隨著粘灰厚度的增加，噴槍噴出的霧滴距離塔壁距離越來越近，在還沒有蒸發(fā)時(shí)即粘在塔壁上，如此惡性循環(huán)，當(dāng)積灰質(zhì)量超過其與塔壁的粘附力時(shí)，突然發(fā)生塌灰，吸收塔床層壓降大幅波動(dòng)，引起塌床事故。2008年9月，該機(jī)組脫硫系統(tǒng)由于噴嘴旋流片松動(dòng)，造成噴槍的進(jìn)水壓力達(dá)不到設(shè)計(jì)值，使噴槍的霧化效果惡化，大量的水滴附著在脫硫灰顆粒表面，使灰的濕度增大、粘性增加，部分灰粒團(tuán)聚、結(jié)塊，掉落塔底或粘于塔壁，最終導(dǎo)致塌床事故的發(fā)生。

2.2 吸收塔床層壓降過低

干法脫硫工藝要求循環(huán)物料床層壓降為800～1 300 Pa，保持床層壓降即可保證吸收塔內(nèi)穩(wěn)定的顆粒濃度，即壓降越大顆粒濃度越高，反之壓降越小顆粒濃度越低。工藝水在噴入吸收塔后，與一定濃度的循環(huán)物料充分混合、蒸發(fā)，避免了工藝水直接沖至塔壁的可能性。通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，脫硫系統(tǒng)在正常運(yùn)行中，按要求控制床層壓降，工藝水被物料完全攜帶的臨界點(diǎn)在距離塔壁約1.6 m處，可以保證不會(huì)發(fā)生吸收塔壁粘灰現(xiàn)象。

脫硫系統(tǒng)投運(yùn)初期，控制床層壓降為600～1 000 Pa，略低于該工藝要求的數(shù)值。進(jìn)入冬季后，機(jī)組負(fù)荷較低，煙氣量相對(duì)減少，煙氣速度下降，為保證物料的正常循環(huán)，被迫降低床層壓降，當(dāng)床壓降低，其顆粒濃度低至一定程度后，塔內(nèi)物料濃度相對(duì)噴水量偏少，致使部分噴水穿透物料層，發(fā)生塔壁粘灰。2008年11月，該機(jī)組在50%額定負(fù)荷左右運(yùn)行時(shí)，吸收塔經(jīng)常發(fā)生床層壓降瞬間突增，每3 h掉灰1次，嚴(yán)重影響脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.3 吸收塔塔底大量積灰

脫硫系統(tǒng)循環(huán)灰中含有CaO、Ca(OH)2、CaSO3·1/2H2O、CaSO4·1/2H2O等化學(xué)成分，而且有一定的水分，因此該灰具有粘性強(qiáng)、容易板結(jié)的特點(diǎn)。運(yùn)行中，落入吸收塔底的循環(huán)灰在塔底空氣吹掃的作用下由煙氣攜帶重新進(jìn)入循環(huán)過程，但在低負(fù)荷工況下落灰的次數(shù)增多，灰量也較大，致使部分循環(huán)灰積存于吸收塔底，而其進(jìn)口煙道均流板垂直方向與塔底的距離只有400 mm。當(dāng)積灰至一定厚度后，堵塞均流板，影響煙氣的均勻分布，使煙氣對(duì)循環(huán)灰和消石灰的攜帶能力受到影響，嚴(yán)重時(shí)可影響文丘里上部的流場(chǎng)，使物料出現(xiàn)偏流、貼壁，加劇了床層的波動(dòng)和塌床。

2.4 其他因素

機(jī)組降負(fù)荷過程中，煙氣再循環(huán)擋板未及時(shí)打開或開度過小，物料循環(huán)量未及時(shí)減少，容易使塔內(nèi)氣固比失衡，造成循環(huán)灰大量下落，引起吸收塔床層壓降波動(dòng)。

3 吸收塔塌床的處理措施

a. 加強(qiáng)對(duì)噴槍、工藝水系統(tǒng)的定期巡檢。每周對(duì)噴槍進(jìn)行1次定期檢查，從噴槍的響聲、供水回水壓力、工藝水泵壓力、吸收塔檢查孔周邊粘灰、塔內(nèi)循環(huán)灰距離塔壁的深度等方面判斷噴槍的運(yùn)行狀況是否正常；每月對(duì)噴槍進(jìn)行1次塔外霧化效果檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。在吸收塔進(jìn)口煙道的合適位置加裝檢查孔，定期檢查進(jìn)口煙道和文丘里上部的粘灰情況。

b. 機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，將脫硫系統(tǒng)床層壓降維持在800～1 300 Pa，吸收塔出口溫度維持在70～75 ℃，防止塔內(nèi)物料過多，引發(fā)大量落灰，或者塔內(nèi)物料過少，使噴水蒸發(fā)不良，導(dǎo)致物料粘壁發(fā)生塌床。

c. 嚴(yán)格執(zhí)行定期排灰制度，防止塔底積灰板結(jié)，特別是在床層有明顯波動(dòng)時(shí)(超過300 Pa)，應(yīng)增加塔底排灰次數(shù)，防止塔底積灰過多，影響煙氣均流分布。

d. 在機(jī)組降負(fù)荷過程中，保持引風(fēng)機(jī)出力與機(jī)組80%額定負(fù)荷時(shí)的出力相當(dāng)，確保吸收塔內(nèi)氣固比正常，床層壓降穩(wěn)定。按規(guī)定及時(shí)開啟再循環(huán)擋板，在機(jī)組負(fù)荷低于80%額定負(fù)荷時(shí)，投入煙氣再循環(huán)擋板。

4 結(jié)束語

吸收塔床層壓降大幅波動(dòng)，可能會(huì)引起吸收塔塌床，直接影響脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。馬電通過對(duì)吸收塔塌床現(xiàn)象的分析和研究，針對(duì)性地實(shí)施了多項(xiàng)設(shè)備治理工作，優(yōu)化了系統(tǒng)的運(yùn)行方式，解決了吸收塔床層壓降不穩(wěn)和塌床的問題，保證了機(jī)組的脫硫效率和SO2達(dá)標(biāo)排放，取得了較好的社會(huì)和環(huán)保效益。