淺析提升循環(huán)流化床干式脫硫運行效率的措施

歐陽文波

（廣西華磊新材料有限公司，廣西 百色 531499）

中國鋁業(yè)廣西分公司熱電廠三期工程有三臺220t/h燃煤鍋爐，采用循環(huán)流化床干式脫硫技術(shù)（圖1）。其工藝流程：外購當(dāng)?shù)厣夷ブ瞥煞酆?，由罐車輸送至生石灰倉，經(jīng)消化器消化成消石灰（Ca（OH）2），送入料倉，作為脫硫劑給入脫硫塔內(nèi)，與加速形成紊流狀的鍋爐煙氣，在工藝水的作用下降溫，煙氣中的SO2和SO3與消石灰反應(yīng)，達(dá)到脫硫效果；脫硫產(chǎn)物、未完全反應(yīng)的脫硫劑及粉塵進(jìn)入布袋除塵器收集成脫硫灰，收集下的脫硫灰則送至脫硫塔循環(huán)使用，也稱循環(huán)灰；循環(huán)灰量過多時，通過脫硫倉泵將部分脫硫灰外送處理。每臺爐對應(yīng)一套脫硫系統(tǒng)，每套脫硫設(shè)施包含除塵、料倉、石灰消化器、給料螺旋、脫硫塔、流化風(fēng)機(jī)、高壓水泵等設(shè)施。采用DCS集中監(jiān)控運行方式，設(shè)計燃煤的含硫量為1.3%，處理煙氣量265000Nm3/h，可計算煙氣脫硫前SO2濃度為3600mg/Nm3，設(shè)計脫硫劑投料量2.5t/h，脫硫劑有效鈣大于80%。

1 現(xiàn)狀問題

煙氣脫硫是鍋爐煙氣凈化流程的主要工序之一，中國鋁業(yè)廣西分公司熱電廠鍋爐及脫硫設(shè)施于2008年建成，投產(chǎn)運行至今已經(jīng)8年。由于前期循環(huán)流化床干式脫硫技術(shù)不成熟，及受當(dāng)?shù)孛骸⑹业仍奈锪腺|(zhì)量的影響，雖經(jīng)過多年技術(shù)改進(jìn)、創(chuàng)新，但脫硫運行效率一直維持在75%左右，很難滿足環(huán)保要求。主要體現(xiàn)：循環(huán)流化床干式脫硫運行對循環(huán)灰量、煙氣量、負(fù)壓要求嚴(yán)格，導(dǎo)致鍋爐點爐后脫硫投運時間較長；脫硫系統(tǒng)設(shè)施老化以及受當(dāng)?shù)卦奈锪系挠绊?，無法滿足設(shè)計要求，運行參數(shù)設(shè)置不匹配，脫硫效率低下。因此如何降低鍋爐點爐后脫硫投運時間、應(yīng)對原材物料品質(zhì)變化的影響及提高循環(huán)灰循環(huán)倍率，是提升脫硫運行效率的主要方向，也是我們減少環(huán)境污染、履行社會責(zé)任的職責(zé)所在。

2 原因分析

從循環(huán)流化床干式脫硫工藝原理上分析，煙氣通過脫硫塔底部文丘里管的加速，形成紊流進(jìn)入循環(huán)流化床床體，脫硫物料與煙氣受氣流的作用，形成氣固兩相混合懸浮床層，并產(chǎn)生激烈的湍動與混合達(dá)到脫硫的目的，所以必須通過循環(huán)灰（脫硫灰）量來建立脫硫塔內(nèi)床層，在我廠的設(shè)計工況下，兩邊布袋灰斗循環(huán)灰量達(dá)到80噸以上，方可建立脫硫床層，根據(jù)鍋爐煙氣中含塵量約68g/Nm3計算，鍋爐點爐正常工況下需4個小時方可收集所需循環(huán)灰量。所以煙氣脫硫設(shè)施無法與啟動機(jī)組同步運行，至少間隔4h以上。

循環(huán)流化床干式脫硫系統(tǒng)中脫硫灰循環(huán)倍率直接影響脫硫效果及運行成本，脫硫灰循環(huán)倍率低，那新的脫硫劑投入量增加，脫硫灰中有效成分殘余高，相對處理難度較大，既增加了運行成本又增加脫硫灰后續(xù)處理費用。

由于循環(huán)流化床干式脫硫投用至今近8年，設(shè)備實施老化嚴(yán)重，以及當(dāng)?shù)匾子诓少彽拿摿騽⑷济旱钠焚|(zhì)逐步無法滿足設(shè)計要求，單純的按照原設(shè)計參數(shù)進(jìn)行控制，不但很難達(dá)到設(shè)計運行效率且運行成本居高。

3 改進(jìn)對策

3.1 增加預(yù)涂灰管，降低鍋爐點爐過程積循環(huán)灰時間

通過在電收塵與脫硫塔之間彎管底部，增加一個臨時接口的Φ159的管道伸出煙道外，利用點爐前啟動引風(fēng)機(jī)時煙道負(fù)壓，把運輸脫硫劑罐車裝好其它運行鍋爐的循環(huán)灰從該臨時管往煙道內(nèi)輸送，再通過布袋收集到灰斗，半小時布袋灰斗即可收集80t循環(huán)灰，既減少了積循環(huán)灰時間，又對收塵布袋進(jìn)行了預(yù)涂灰，使布袋表面附著一層循環(huán)灰，減少鍋爐使用點火油點爐時產(chǎn)生的油煙對收塵布袋造成影響。

3.2 穩(wěn)定電除塵收塵效率，提升脫硫灰循環(huán)倍率

為降低進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的煙塵量，設(shè)計時脫硫系統(tǒng)前段設(shè)置有電除塵器，采用單室兩電場電除塵器，電源的額定容量為0.6A/72kV,電除塵高壓電源為常規(guī)工頻電源，但由于設(shè)備老化運行中主要存在電場運行數(shù)據(jù)較低，形成電暈封閉，造成除塵效果不理想，出口排放濃度偏高，由于前段電除塵設(shè)施老化，技術(shù)落后，導(dǎo)致進(jìn)入后段脫硫系統(tǒng)煙塵還是較多，經(jīng)布袋除塵收集的煙塵進(jìn)入脫硫灰斗，無形增加循環(huán)灰量，導(dǎo)致循環(huán)灰未進(jìn)行再次循環(huán)使用即被倉泵外輸，循環(huán)灰循環(huán)倍率降低，灰中有效成分殘余高，影響脫硫效果。同時增加后段濾袋負(fù)荷，嚴(yán)重時損壞濾袋，大幅增加脫硫劑費用及后續(xù)煙塵的處理難度?？紤]改造難度及費用問題，選擇進(jìn)行電場的高頻電源改造，提升脫硫前電除塵收塵效率，降低進(jìn)入脫硫系統(tǒng)煙塵量，也減少后段濾袋負(fù)荷，通過改造后實現(xiàn)脫硫前煙氣煙塵控制在50mg/m3，每小時進(jìn)入脫硫灰斗的煙塵量小于14kg，確保循環(huán)灰量穩(wěn)定，增加其循環(huán)倍率。

對于生產(chǎn)故障或突發(fā)情況，導(dǎo)致循環(huán)灰循環(huán)倍率低，經(jīng)化驗灰中有效鈣殘余高的情況，車間利用生產(chǎn)罐車，把外輸?shù)拿摿蚧疫M(jìn)行回收，再通過新增的預(yù)涂灰管反輸回脫硫灰斗，進(jìn)行脫硫灰再利用，與脫硫劑反復(fù)搭配使用來進(jìn)一步提升脫硫灰循環(huán)倍率，降低脫硫灰有效鈣及運行費用。

3.3 原材物料品質(zhì)及動力介質(zhì)變化的調(diào)整

由于受市場及鋁行業(yè)持續(xù)低迷的影響，采購低硫煤價格較高很難實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性，且當(dāng)?shù)毓?yīng)的脫硫劑生石灰（CaO）的有效鈣很難滿足大于80%的要求，在Ca/S無法滿足要求的情況下，如何通過調(diào)整運行控制，實現(xiàn)高效經(jīng)濟(jì)脫硫。

（1）提高脫硫反應(yīng)塔床層。根據(jù)脫硫原理，脫硫物料與煙氣受氣流的作用，形成氣固兩相混合懸浮床層，并產(chǎn)生激烈的湍動與混合達(dá)到脫硫的目的，在由于受原材物料影響下，很難滿足設(shè)計狀態(tài)下的Ca/S，必須適當(dāng)增加脫硫劑的用量，而為了使增加的脫硫劑有足夠的時間進(jìn)行充分混合反應(yīng)，需增加氣固兩相混合懸浮床層的厚度，即增加脫硫塔內(nèi)壓降，通過實踐，我廠將原設(shè)計的床層壓降在確保不“垮床”的前提下，由原來的1.1KPA～1.3KPA增加到1.3KPA～1.7KPA，即增加了氣固兩相反應(yīng)時間及接觸面積，實現(xiàn)低品質(zhì)脫硫劑滿足脫硫效果的目的。

（2）適當(dāng)降低脫硫塔內(nèi)反應(yīng)溫度。從循環(huán)流化床干式脫硫的化學(xué)反應(yīng)工程的角度看，SO2與Ca(OH)2的顆粒在循環(huán)流化床中的反應(yīng)過程是一個外擴(kuò)散控制的反應(yīng)過程。以粉狀形式給入脫硫塔的脫硫劑，通過噴入一定量霧化水來增濕顆粒表面，并使煙溫降至高于煙氣露點，使得SO2與Ca（OH）2的反應(yīng)轉(zhuǎn)化為可以瞬間完成離子型反應(yīng)，增加脫硫劑活性，減少反應(yīng)時間。由此可知，煙溫與水露點之差Δt是影響脫硫效率的一個重要因素，Δt越小則系統(tǒng)的脫硫效率越高，在其他條件一定的情況下，通過調(diào)節(jié)噴水量來調(diào)節(jié)Δt，但如果Δt過小，會引起系統(tǒng)的堵塞和脫硫劑板結(jié)而影響流化的質(zhì)量。根據(jù)目前采購的脫硫劑石灰有效鈣普遍小于70%，以及鍋爐投高加后導(dǎo)致鍋爐排煙溫度升高的情況，為形成氣固兩相的傳熱速率及反應(yīng)的最佳溫度條件，同時確保后續(xù)灰的流動性。我們通過加大脫硫塔霧化水的噴入量，來適當(dāng)降低脫硫塔內(nèi)的反應(yīng)溫度，由原來的72-75℃降低至69-71攝氏度。使Δt在考慮不低于露點的情況下降至最小，來進(jìn)一步提升脫硫效率。

（3）對動力介質(zhì)進(jìn)行凈化。循環(huán)流化床干式脫硫系統(tǒng)涉及粉狀物料的輸送及存儲，布袋除塵的反吹等，設(shè)計時考慮粉狀物料輸送難度大及易吸潮板結(jié)等特性，對脫硫劑給料系統(tǒng)、各物料斗都設(shè)有流化及加熱裝置，流化裝置及布袋反吹都采用空壓機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣作為動力風(fēng)。由于南方天氣普遍濕度大，壓縮空氣中含水量高，設(shè)計的普通過濾杯根本無法及時析出及排除壓縮空氣中的水份及雜質(zhì)，而經(jīng)抽樣檢測壓縮空氣中含水量高達(dá)0.5%，帶水的壓縮空氣與粉狀物料接觸，導(dǎo)致物料板結(jié)堵塞通道、糊住布袋等故障，經(jīng)常導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)無法正常運行。我廠通過在壓縮風(fēng)總管前增加一套微熱再生吸附式干燥機(jī)，利用“變壓吸附”的原理來達(dá)到干燥凈化壓縮風(fēng)，凈化后未出現(xiàn)下料系統(tǒng)流化布糊住，物料板結(jié)情況，且由于儀表用氣也進(jìn)行了凈化，大大提高了儀器儀表、氣動閥門的使用壽命和可靠性。

通過上面幾項改進(jìn)措施的實施，我廠循環(huán)硫化床干式脫硫運行效率有了明顯改善，脫硫達(dá)標(biāo)率穩(wěn)定在99.8%以上，噸硫脫除費用控制在1600元以下。

4 結(jié)語

本文中所提出的改進(jìn)措施目的都是為了提高循環(huán)流化床干式脫硫的運行效率，保證鍋爐煙氣達(dá)標(biāo)排放，維護(hù)賴以生存的環(huán)境。由于自身水平有限，也許有更好的改進(jìn)舉措沒有了解到，敬請各位批評指正。