煙氣循環(huán)流化床干法脫硫技術(shù)研討及常見(jiàn)問(wèn)題分析

汲傳軍

(山東神華山大能源環(huán)境有限公司，濟(jì)南　250014)

煙氣循環(huán)流化床干法脫硫技術(shù)研討及常見(jiàn)問(wèn)題分析

汲傳軍

(山東神華山大能源環(huán)境有限公司，濟(jì)南250014)

【摘要】在煙氣循環(huán)流化床干法脫硫中，溫度、流速、停留時(shí)間、Ca/S比、壓降、流場(chǎng)分布、SO2進(jìn)出口濃度都是非常重要的參數(shù)。提高脫硫效率，首選控制溫度，其次是提高Ca/S比和穩(wěn)定塔內(nèi)壓力降。運(yùn)行中常見(jiàn)問(wèn)題主要是脫硫效率低、脫硫塔濕壁粘灰和塌床，通過(guò)分析原因采取應(yīng)對(duì)措施。

【關(guān)鍵詞】循環(huán)流化床；干法脫硫；技術(shù)研討；常見(jiàn)問(wèn)題分析

引用文獻(xiàn)格式：汲傳軍.煙氣循環(huán)流化床干法脫硫技術(shù)研討及常見(jiàn)問(wèn)題分析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2015，40(6)：90-92.

循環(huán)流化床燃燒技術(shù)對(duì)我國(guó)燃煤污染控制具有舉足輕重的意義。近年來(lái)我國(guó)循環(huán)流化床技術(shù)得到了飛速發(fā)展，尤其隨著環(huán)保要求的提高，全國(guó)裝機(jī)規(guī)模逐年小幅增長(zhǎng)，SO2治理工作取得階段性成果。本文針對(duì)煙氣循環(huán)流化床干法脫硫技術(shù)進(jìn)行探討，以期優(yōu)化其脫硫運(yùn)行參數(shù)提供減排效果。

1技術(shù)原理

吸收劑以干態(tài)進(jìn)入吸收塔與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)，脫硫終產(chǎn)物為“干態(tài)”稱為干法脫硫工藝。

在反應(yīng)過(guò)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(nèi)脫硫灰水分蒸發(fā)，終產(chǎn)物呈干態(tài)。經(jīng)過(guò)布袋除塵器脫除的灰，一部分返回脫硫塔形成外循環(huán)，一部分作為終產(chǎn)物外排。塔內(nèi)灰在塔頂部經(jīng)槽形板分離后落入塔內(nèi)，形成內(nèi)循環(huán)。

1.1　干法脫硫主要優(yōu)點(diǎn)

(1)占地面積小，投資??；(2)運(yùn)行費(fèi)用低；(3)系統(tǒng)無(wú)需防腐；(4)有效脫除SO3、幾乎全部脫除HCl、和HF；(5)適合現(xiàn)有機(jī)組改造；(6)脫硫終產(chǎn)物為干態(tài)，有利于綜合利用和處置。

1.2　干法脫硫主要缺點(diǎn)

(1)脫硫塔出口溫度應(yīng)嚴(yán)格控制在高于煙氣露點(diǎn)溫度15～20℃以上運(yùn)行；(2)Ca/S比高；(3)流化床層壓力降運(yùn)行不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致出口SO2濃度波動(dòng)；(4)反應(yīng)速率慢。

2主要脫硫工藝參數(shù)的影響

脫硫反應(yīng)的主要參數(shù)有溫度、壓力、Ca/S比、流速、停留時(shí)間、流場(chǎng)分布、消石灰品質(zhì)、霧化粒經(jīng)。

2.1　溫度

溫度是影響脫硫反應(yīng)推動(dòng)力的最主要因素之一，噴水降溫對(duì)脫硫效率影響顯著。反應(yīng)溫度與露點(diǎn)溫度的差值常稱近露點(diǎn)溫度(ADST)。表面未被潤(rùn)濕的Ca(OH)2(S)沒(méi)有活性，與SO2(g)反應(yīng)較慢。為使反應(yīng)加快進(jìn)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(kuò)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(fā)所需時(shí)間延長(zhǎng)，SO2與Ca(OH)2反應(yīng)時(shí)間也增加；另一方面，溫度越低，反應(yīng)速率越快。在綜合作用下，脫硫效率隨ADST降低呈指數(shù)增長(zhǎng)，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(huì)造成塔內(nèi)壁粘灰，嚴(yán)重時(shí)造成入口煙道和脫硫塔堵塞，甚至?xí)绊懞竺娌即龎m器和風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行。濕度過(guò)高，水分完全蒸發(fā)所需時(shí)間越長(zhǎng)，造成塔高增加，投資和運(yùn)行費(fèi)用增加。對(duì)煙氣噴水降溫用熱水對(duì)反應(yīng)有利。

通常煙氣結(jié)露點(diǎn)一般在45～51℃，故脫硫系統(tǒng)一般在結(jié)露點(diǎn)溫度15～20℃以上運(yùn)行。脫硫塔出口煙溫一般控制在70～85℃。

2.2　Ca/S比

工業(yè)上的Ca/S比是指參加化學(xué)反應(yīng)的總鈣量與總硫量的比，亦稱有效Ca/S比。Ca/S比對(duì)脫硫效率的影響僅次于ADST。

相同溫度下，影響反應(yīng)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(yīng)，脫硫效率低。隨著Ca2+濃度增加，Ca/S比逐漸增大，液滴傳質(zhì)阻力減小，顆粒溶解阻力減小，反應(yīng)傳質(zhì)推動(dòng)力增大，脫硫效率提高明顯，Ca/S比太高，造成Ca2+濃度過(guò)量，Ca2+有效利用率下降，脫硫效率增勢(shì)趨緩，運(yùn)行成本上升。一般設(shè)計(jì)Ca/S比1.2～1.5甚至更高。

30%～40%的活性鈣來(lái)自于塔外循環(huán)灰的補(bǔ)充，提高了Ca2+的有效利用和脫硫效率。外循環(huán)灰采用空氣斜槽輸送，并防止循環(huán)灰板結(jié)(濕度小于3%)，入塔前為穩(wěn)定流化狀態(tài)，以便于很好地融入流化床層中，是實(shí)現(xiàn)外部連續(xù)供料的關(guān)鍵。

2.3　壓力降

建立穩(wěn)定的流化床床層是保證脫硫效率和運(yùn)行穩(wěn)定的關(guān)鍵。床內(nèi)固體顆粒濃度是側(cè)面反映流化床運(yùn)行正常的重要參數(shù)，濃度一般為0.8～1kg/m3，最大不超過(guò)2kg/m3。在實(shí)際運(yùn)行中，通過(guò)設(shè)定吸收塔的進(jìn)出口壓力降來(lái)調(diào)節(jié)床內(nèi)的固體顆粒濃度，通過(guò)調(diào)節(jié)斜槽流量控制閥來(lái)控制脫硫塔內(nèi)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(fù)荷正常運(yùn)行工況下煙氣量設(shè)定值的75%以下時(shí)，煙氣再循環(huán)擋板門(mén)將自動(dòng)開(kāi)啟并根據(jù)煙氣量變化自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)，確保塔內(nèi)煙氣流速趨于穩(wěn)定，防止“塌床”。

2.4　流速

煙氣流速是煙氣流量與脫硫塔內(nèi)過(guò)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(yùn)行過(guò)程中，塔內(nèi)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(shí)，塔內(nèi)流速選取越大，煙氣停留時(shí)間短，對(duì)反應(yīng)越不利。

2.5　停留時(shí)間

停留時(shí)間是吸收塔有效高度與煙氣流速的比值。停留時(shí)間越長(zhǎng)，脫硫劑與SO2反應(yīng)越徹底，脫硫效率越高。據(jù)報(bào)道，脫硫效率在90%時(shí)，停留時(shí)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(yīng)條件下，需5s以上才能充分蒸發(fā)，才不對(duì)后續(xù)除塵器、增壓風(fēng)機(jī)等設(shè)備造成積灰影響。煙氣在脫硫塔內(nèi)的停留時(shí)間最大設(shè)計(jì)為8s。一般要求停留時(shí)間大于液滴干燥時(shí)間即可，過(guò)大會(huì)增加設(shè)備投資。延長(zhǎng)停留時(shí)間可減小Ca/S比，減少運(yùn)行費(fèi)用，對(duì)后續(xù)除塵有利。

2.6　流場(chǎng)分布

煙氣從塔的底部引入，經(jīng)文丘里進(jìn)行整流。流場(chǎng)均布是通過(guò)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)的。如果流場(chǎng)分布不均，塔內(nèi)出現(xiàn)湍流和偏心，濕壁粘灰現(xiàn)象不可避免，嚴(yán)重時(shí)整個(gè)系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行。

穩(wěn)定的流場(chǎng)，關(guān)鍵在于建立穩(wěn)定的靜壓分布和均勻的速度分布。

2.7　消石灰品質(zhì)

高品質(zhì)的消石灰需要高品質(zhì)的生石灰。生石灰：CaO>85%，T60<4min(根據(jù)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(yīng)速率就越高。消石灰雜質(zhì)多，顆粒大，會(huì)增加動(dòng)力消耗和輸灰管道磨損，從而增加運(yùn)行和維護(hù)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(jìn)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(jiàn)問(wèn)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(yùn)行。如達(dá)到脫硫效率，溫度應(yīng)盡可能控制高一些。煙氣入塔溫度過(guò)高或過(guò)低，都會(huì)影響脫硫效率。提高脫硫系統(tǒng)煙氣入口溫度可提高脫硫效率。入塔煙溫過(guò)高，噴水降不到反應(yīng)溫度，脫硫效率難以提高；入塔溫度過(guò)低，噴入霧化水量過(guò)少，脫硫反應(yīng)難以進(jìn)行，這時(shí)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(huì)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(zhì)多，或Ca(OH)2的存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，Ca(OH)2與CO2發(fā)生反應(yīng)，遇水產(chǎn)生潮解，脫硫劑的活性相應(yīng)降低，會(huì)嚴(yán)重影響脫硫效率。Ca(OH)2存放時(shí)時(shí)間一般不得超過(guò)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(shí)運(yùn)行費(fèi)用也會(huì)大幅增加。為保證噴粉系統(tǒng)正常運(yùn)行，建議備用一套噴粉設(shè)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(guò)設(shè)計(jì)值，脫硫效率難以提高。SO2入口濃度一般不超過(guò)1800mg/Nm3。

3.1.5壓力降

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

3.1.6自動(dòng)化控制水平

煙氣出口溫度、噴粉量、噴水量根據(jù)鍋爐負(fù)荷、煙氣量、入口濃度和出口濃度自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)，計(jì)量和檢測(cè)儀表校驗(yàn)準(zhǔn)確，否則會(huì)嚴(yán)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(chǎng)分布不均，在吸收塔內(nèi)呈湍流、偏流狀態(tài)，水霧、脫硫灰碰到塔內(nèi)壁或塔內(nèi)構(gòu)件很容易結(jié)塊，形成塊狀后會(huì)越積越多，結(jié)塊松散時(shí)，會(huì)造成大塊脫硫灰落入塔下部，所以運(yùn)行過(guò)程中定時(shí)排灰。

(2)煙氣塔內(nèi)反應(yīng)段如溫度低于65℃，干燥段溫度低于70℃，操作運(yùn)行很難控制，易造成濕壁粘灰，后續(xù)布袋糊袋和灰斗堵灰?guī)茁室泊蟠笤黾印?/p>

(3)外循環(huán)灰過(guò)濕，濕度宜大于3%，濕度越高，粘壁的機(jī)率越大。未充分干燥的脫硫灰不斷粘結(jié)成團(tuán)造成濕壁粘灰。為防止布袋糊袋、灰斗堵灰，第一次啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，先對(duì)布袋除塵器進(jìn)行預(yù)涂灰。脫硫塔內(nèi)壓降低于700Pa時(shí)自動(dòng)禁止噴水。故運(yùn)行時(shí)“先噴粉后噴水”；停運(yùn)時(shí)正好相反。以后啟動(dòng)時(shí)，先啟動(dòng)外循環(huán)，建立起穩(wěn)定的流化床后再開(kāi)始噴Ca(OH)2粉和水。

(4)霧滴粒徑：霧滴粒徑是通過(guò)高效噴嘴的合理選型實(shí)現(xiàn)的。噴嘴埋在流態(tài)不穩(wěn)定、濕度不均勻的循環(huán)流化床層中，需要定期檢查，如果循環(huán)灰表面含水不均勻，且有游離狀態(tài)的液滴，易造成噴嘴及噴嘴上部吸收塔漸擴(kuò)段濕壁粘灰。

(5)塔內(nèi)壓力降過(guò)低，低于600Pa以下，內(nèi)循環(huán)灰過(guò)濕，容易產(chǎn)生塔內(nèi)濕壁粘灰和后續(xù)布袋糊袋、灰斗堵灰。

3.3　吸收塔“塌床”

(1)如果外循環(huán)灰濕度大，在流化槽段結(jié)團(tuán)，導(dǎo)致大量大顆粒脫硫灰入塔，這些顆粒與循環(huán)流化床設(shè)計(jì)流速不同，循環(huán)流化床系統(tǒng)床料失穩(wěn)最終塌床。

(2)床層壓降過(guò)大超過(guò)設(shè)定值，在煙氣負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)，如煙氣量低于正常負(fù)荷75%，凈煙氣再循環(huán)擋板門(mén)不能及時(shí)打開(kāi)，煙氣速度小于流化速度極易“塌床”。

4技術(shù)進(jìn)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(bào)道添加硅石粉和高爐渣，改善Ca(OH)2孔徑結(jié)構(gòu)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(nèi)噴入消石灰漿液，可提高脫硫效率20%～30%。

5結(jié)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(zhì)、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(biāo)，流速、停留時(shí)間、塔內(nèi)流場(chǎng)分布、污染物進(jìn)出口濃度是非常重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。正常運(yùn)行過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題主要是：脫硫效率低、吸收塔內(nèi)壁粘灰和塌床、布袋除塵器糊袋和灰斗堵灰，只要找到產(chǎn)生問(wèn)題的原因，才能采取應(yīng)對(duì)處理措施，保證穩(wěn)定運(yùn)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(jiǎn)介：汲傳軍，學(xué)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(hào)：X51

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-288X(2015)06-0090-03