關于循環(huán)流化床脫硫防止灰斗內脫硫灰板結的研究

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目脫硫工藝及設備為例，對其工藝技術設備等進行簡要概述。

整個循環(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。從燒結機機頭進來的原煙氣從吸收塔的塔底部進入系統(tǒng)，經文丘里被加速，在文丘里上部漸擴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，在此階段進行脫硫反應，在反應過程中，顆粒之間相互碰撞和摩擦，其表面不斷更新，煙氣熱量將塔內脫硫灰水分蒸發(fā)，終產物呈干態(tài)。經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)，少部分終產物外排。塔內灰在塔頂部出口經槽形板分離器分離后落入塔內，形成內部循環(huán)。

經過凈化后的煙氣帶著脫硫灰粉從吸收塔頂部側向排出進入布袋除塵器除塵后，凈煙氣經引風機排入煙囪。

2 灰斗結塊現象及危害

在系統(tǒng)長時間運行過程中發(fā)現，灰斗內部會出現脫硫灰板結現象。表現為床層壓降波動大，逐漸降低或消失，灰斗料位異常升高，影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行，造成出口數據波動大。

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

灰斗內部脫硫灰板結對系統(tǒng)影響較大，輕則因循環(huán)灰量較少影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行。重則因灰斗內存脫硫灰量較多，灰斗長時間超負重運行造成重大安全事故，如灰斗掉落或箱體開裂等。

3 灰斗內脫硫灰板結原因分析

針對灰斗內部脫硫灰板結現象，現對此現象進行逐項原因分析如下所述。

1）灰斗建造時遺留的問題：通過京津冀區(qū)域四個干法項目灰斗對比表（見表1）可以發(fā)現在其他條件相同的情況下XD項目、TD項目船型角度為10°，灰斗比較容易結塊，TR項目船型角度為45°、HG項目船型角度為30°灰斗不容易結塊。分析原因為船型段角度較為平緩，灰斗內部循環(huán)灰存在惰性角度導致流動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，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造成板結現象。因此在建造時灰斗角度也是要考慮好的一個重要因素。

表1 京津冀區(qū)域四個干法項目灰斗對比表

2）高壓水噴槍噴水點與噴水量選擇不好也是造成板結的原因：高壓水噴槍的位置應放在文丘里上方，與吸收塔主體變徑處?？稍O1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、液三相流的流場狀態(tài)。而噴入水量會直接決定氣、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出現水槍因結垢堵塞情況。在水槍堵塞后如果不能及時處理，就會造成高壓水槍里的水出現股流現象，造成吸收塔內脫硫灰接觸大量水形成黏連狀，當此部分脫硫灰循環(huán)到灰斗時容易形成板結積存于灰斗內壁，高壓水噴槍插入角度不足吸收塔內部1/10同樣容易造成塔內板結。

3）灰斗內部脫硫灰一直處于高料位狀態(tài)，長時間運行灰斗內部容易出現板結：高料位長時間運行，灰斗內脫硫灰流通不暢，出現囤積，導致灰斗內脫硫灰流動性差，出現板結現象。

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

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

6）脫硫系統(tǒng)內煙氣流量波動大，也容易出現板結現象：脫硫塔內涉及到氣、固、液三相的流動和化學反應，吸收塔內的流場十分復雜，當燒結過來煙氣變化時，會導致吸收塔塔內煙氣流速發(fā)生變化。當吸收塔內煙氣流速較小時，脫硫灰容易聚集，塔內容易板結阻塞。

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

8）系統(tǒng)大小修等停機期間是灰斗出現脫硫灰板結現象的高峰期。為控制成本，系統(tǒng)短時間停機后一般不會排空各灰斗內脫硫灰，這就會出現脫硫灰板結的風險。如脫硫灰長時間在灰斗內堆積，無法流動；灰斗伴熱所需蒸汽壓力不足，造成灰斗蒸汽伴熱溫度不足；灰斗流化風出力不足等一系列原因都會造成灰斗內脫硫灰出現板結現象。

9）灰斗外壁焊縫或腐蝕造成的漏點、除塵器蓋板封閉不嚴也會造成灰斗內脫硫灰板結現象的發(fā)生。灰斗壁有漏點的情況下運行時，由于系統(tǒng)內是負壓狀態(tài)。外部環(huán)境中的冷空氣和水分會被負壓抽進灰斗內與脫硫灰結合產生板結；除塵器倉頂蓋板封閉不嚴時，除了抽進冷空氣和水份外，還會抽進雨水，造成灰斗內部進水，直接形成脫硫灰板結。

4 針對脫硫灰板結應該采取的措施

針對上述影響循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)板結原因，我們分析出以下幾點措施，來確保脫硫系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠運行：

1）通過表1分析的結果，后期灰斗在建造循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)時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稱安裝3臺倉振裝置，定期進行振動灰斗壁，能夠在實際運行中保證脫硫灰不會輕易地粘黏在灰斗壁上，因而避免灰斗板結情況發(fā)生。

2）吸收塔建設初期，高壓水噴槍安裝位置及安裝深度做好檢查，有異常及時更正。要定期對高壓水噴槍進行檢查，做好霧化實驗。運行中，要做好定期工作，定期檢查高壓水噴槍槍頭結塊情況，及時清理。并做好高壓水噴槍周圍塔壁板結情況檢查，防止塔壁板結，或板結增厚。

3）通過實踐分析，灰斗內部脫硫灰料位高，流化不均勻導致內部局部有板結現象，當灰斗料位控制在高料位以下時灰斗內部流化效果最佳，可以有效遏制板結現象發(fā)生，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。每個灰斗都設有蒸汽伴熱（或電伴熱），灰斗溫度一般保持在80～110℃，保證灰斗內部脫硫劑可以正常流動，要定期檢查灰斗料位計的準確性，做好料位監(jiān)測。

4）灰斗結塊后清理不及時或者清理不干凈最容易使脫硫灰形成二次板結，于是我們?yōu)榱吮苊獯饲闆r發(fā)生，我司一項目開始進行灰斗倒空試驗。2020年7月份ZT運營團隊，由項目經理、機務專工牽頭，針對灰斗板結情況進行分析，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，利用停機檢修機會對灰斗積料情況進行檢時發(fā)現灰斗無結塊情況（前期有結塊的灰斗，無增大情況）；在12月08日，灰斗倒空工作執(zhí)行了127天，利用停機檢修時機會對灰斗結塊情況再次進行檢查發(fā)現灰斗無結塊情況（前期有結塊的灰斗，無增大情況），同時在此期間，各區(qū)域部分干法項目同步開展了灰斗倒空工作，通過調查各項目均取得了較好效果。規(guī)定每班進行一個灰斗倒空，在倒空期間可能會發(fā)生有脫硫灰小結塊堵塞分配箱下料口的現象，但通過專業(yè)人員進行疏通，有效地遏制了因小塊結塊導致灰斗大面積板結情況發(fā)生。

5）在系統(tǒng)運行維護中，要及時根據系統(tǒng)各數據調整系統(tǒng)運行，更要確保DCS（或PLC）監(jiān)測系統(tǒng)中的儀表顯示數據的準確性，確保數據傳輸準確，減少誤操作?？赏ㄟ^定期檢查、維護、人工現場實測等方式避免類似情況發(fā)生。

6）遇到系統(tǒng)停機時分兩種情況。短時停機時，要做好灰斗系統(tǒng)的保溫工作和流化工作，灰斗進出口擋板門關閉、灰斗伴熱系統(tǒng)和流化系統(tǒng)做好檢測。嚴格控制各設備和介質的參數在正常范圍內，出現異常及時恢復。有必要時，在保證安全的情況下申請啟動引風機，單獨進行灰斗內脫硫灰的循環(huán)工作：長時間停機時，必須把灰斗內脫硫灰排出，并對灰斗內部做好檢查。如有板結情況，務必清理干凈。

7）灰斗倉壁要做好定期工作，檢查灰斗是否有漏氣、漏灰等現象。因灰斗外壁都有做保溫工作，所以還要對異響、“哨聲”特別注意。很有可能是有漏氣的地方，如有發(fā)現漏點及時補漏。另還要定期對灰斗焊縫做探傷，對灰斗壁做測厚工作，及時發(fā)現問題，及時解決問題。

5 結語

由此可見灰斗船型段角度、高壓水噴槍噴水點與噴水量、灰斗內部脫硫灰料位、灰斗發(fā)生板結后清理不及時和燒結運行工況等眾多因素均可以造成灰斗出現板結現象，出現板結后不僅會浪費較大的人力、物力和財力，還可能因處理不當造成人員受傷、設備損壞等安全事故。因此尋找到灰斗板結的原因并加以處理對系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行十分重要。