淺談半干法脫硫裝置運(yùn)行常見問(wèn)題及防范措施

國(guó)能神福（龍巖）發(fā)電有限公司 謝天事

1 引言

近年來(lái)，半干法煙氣脫硫工藝逐漸成為循環(huán)流化床機(jī)組煙氣脫硫廣泛應(yīng)用的技術(shù)。這種工藝以循環(huán)流化床為原理，以控制合理的煙氣速度帶動(dòng)高密度的物料床層在循環(huán)流化床中強(qiáng)烈湍動(dòng)，極大增強(qiáng)了煙氣、物料間的傳質(zhì)與傳熱，為實(shí)現(xiàn)高效脫硫提供了根本的保證，脫硫效率達(dá)到95%以上，脫硫綜合效益優(yōu)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(tǒng)、高效布袋除塵器、脫硫灰再循環(huán)系統(tǒng)、蒸汽加熱、工藝水、壓縮空氣及電氣儀表控制等系統(tǒng)組成。鍋爐空預(yù)器出口高溫?zé)煔饨?jīng)電除塵器除去粉塵后從脫硫塔底部進(jìn)入，在脫硫塔的入口段，高溫?zé)煔馀c脫硫劑、循環(huán)脫硫灰充分混合反應(yīng)，該階段主要是脫硫劑與鹽酸、氟化氫反應(yīng)，而后混合煙氣通過(guò)脫硫塔下部的文丘里加速，進(jìn)入上部床體反應(yīng)；物料在循環(huán)流化床中，氣、固兩相由于煙氣氣流的帶動(dòng)作用，得到充分混合接觸，在上升的過(guò)程中，逐漸形成絮狀物后落下返回，脫硫塔頂部結(jié)構(gòu)加速絮狀物的下落返回，絮狀物在湍動(dòng)的混合煙氣中又不斷被解體，再次被煙氣帶動(dòng)提升，從而有效提高了脫硫塔內(nèi)反應(yīng)物料的床層厚度，使得床內(nèi)的鈣硫比高達(dá)50%以上，脫硫反應(yīng)效率得到提升。

3 半干法脫硫技術(shù)特點(diǎn)

循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫技術(shù)是利用循環(huán)流化床技術(shù)進(jìn)行煙氣脫硫，脫除煙氣中的SO2、細(xì)顆粒，使煙氣中的有害成分達(dá)到環(huán)保排放要求。該技術(shù)具有如下特點(diǎn)。

一是脫硫塔內(nèi)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(fā)生反應(yīng)，得到部分的脫除；在流化床反應(yīng)段，煙氣在強(qiáng)烈湍動(dòng)的高密度物料床層內(nèi)，在噴入霧化水降溫的幫助下，與脫硫劑發(fā)生瞬間完成酸堿中和反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高效脫除SO3、HCl、HF 等污染物。

二是煤質(zhì)煤種適應(yīng)性強(qiáng)，脫硫裝置不受煙氣負(fù)荷及入爐煤含硫量影響，當(dāng)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(tǒng)無(wú)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(diǎn)20℃以上，因此不存在設(shè)備酸腐蝕問(wèn)題，整個(gè)脫硫系統(tǒng)設(shè)備主要由碳鋼構(gòu)成。

四是設(shè)備運(yùn)行壽命長(zhǎng)、檢修維護(hù)量小，脫硫塔內(nèi)不存在任何轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備和支撐部件，煙氣流速不高，對(duì)塔內(nèi)部件磨損較小，因此設(shè)備使用壽命長(zhǎng)、檢修維護(hù)方便。

五是脫硫塔內(nèi)有效延長(zhǎng)了煙氣與脫硫劑接觸時(shí)間長(zhǎng)，反應(yīng)充分。反應(yīng)區(qū)床層物料多，脫硫劑在塔內(nèi)平均停留時(shí)間較長(zhǎng)，脫硫塔內(nèi)的煙氣與脫硫劑充分混合、傳熱、傳質(zhì)，提高了反應(yīng)效果，從而保證了達(dá)到很高的脫硫效率。

六是控制簡(jiǎn)單工藝控制過(guò)程主要通過(guò)SO2等污染物排放控制、溫度控制、床層壓降控制三個(gè)回路實(shí)現(xiàn)，這三個(gè)回路相互獨(dú)立，互不影響。

七是脫硫塔內(nèi)控制的煙氣速度相對(duì)穩(wěn)定，負(fù)荷響應(yīng)快，有效保證了煙氣、物料兩相流場(chǎng)的穩(wěn)定。因此可以滿足不同的鍋爐負(fù)荷要求，鍋爐負(fù)荷在30%～110%范圍內(nèi)變化，脫硫系統(tǒng)均能正常穩(wěn)定運(yùn)行。

八是脫硫副產(chǎn)物含水量小，流動(dòng)性好，便于運(yùn)輸處置，脫硫劑利用率高、副產(chǎn)物排放少。

4 影響脫硫塔運(yùn)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(yùn)行，調(diào)整幅度要求比較穩(wěn)定，一般調(diào)整幅度控制在±1℃，因此脫硫塔入口煙氣溫度過(guò)高或過(guò)低，將會(huì)影響脫硫效率。當(dāng)脫硫塔入口煙氣溫度較高時(shí)，允許噴入更多的水降溫，反應(yīng)的總表面積增加，同時(shí)提高了SO2的氣相擴(kuò)散系數(shù)。

4.2 脫硫塔入口SO2濃度

當(dāng)脫硫塔入口SO2濃度上升，脫硫效率下降，主要原因?yàn)镾O2濃度高，氣相分壓大，反應(yīng)速率低。根據(jù)性能試驗(yàn)結(jié)果，脫硫塔入口SO2濃度控制在1500mg/Nm3左右平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的可控度較高，脫硫塔出口SO2排放濃度控制相對(duì)平穩(wěn)，波動(dòng)量基本能控制在15mg/Nm3以內(nèi)。入口SO2排放濃度1700mg/Nm3以上平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)工況波動(dòng)或其他原因時(shí)（如CEMS 裝置自動(dòng)標(biāo)定、鍋爐負(fù)荷變化等），出口SO2排放濃度會(huì)產(chǎn)生大幅度波動(dòng)，且會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)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(zhì)量。生石灰品質(zhì)高，表面積大，活性高。該廠爐外脫硫生石灰設(shè)計(jì)品質(zhì)：CaO 純度≥80%， 粒徑d100≤1mm，活性T60≤4min，可反應(yīng)的有效成分多，脫硫過(guò)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(nèi)含有較多雜質(zhì)，或消石灰粉的存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，消石灰粉與空氣中的CO2發(fā)生反應(yīng)，并吸收空氣中的水分發(fā)生受潮，將會(huì)引起脫硫劑的活性降低，導(dǎo)致脫硫效率嚴(yán)重降低，因此消石灰粉存放時(shí)間一般不超過(guò)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(yùn)行費(fèi)用會(huì)大幅上升，因此根據(jù)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(yùn)行成本。

4.5 脫硫塔床層壓降

床層壓降是脫硫塔穩(wěn)定運(yùn)行重要調(diào)整參數(shù)之一。脫硫塔的床層壓降可以有效地反映脫硫塔內(nèi)流化床所含有的反應(yīng)物料量，壓降越大，說(shuō)明床層物料越多，參與反應(yīng)的物料就越多，脫硫效率高。床層壓降也不宜過(guò)大，否則當(dāng)脫硫塔煙氣負(fù)荷發(fā)生波動(dòng)時(shí)，無(wú)法托起物料時(shí)，容易造成“塌床”“掉灰”等現(xiàn)象，嚴(yán)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(wěn)定運(yùn)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(chǎn)生磨損或損壞或脫硫塔噴水系統(tǒng)在低于1kPa 床層壓降下運(yùn)行，部分脫硫灰可能黏結(jié)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(wèn)題產(chǎn)生，要求每周應(yīng)檢查一次水噴嘴的霧化效果，主要檢查工藝高壓水系統(tǒng)中的回流流量調(diào)節(jié)閥以及相關(guān)的測(cè)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(wú)損壞或磨損，同時(shí)密切監(jiān)視脫硫塔的壓降變化[1]。

5 脫硫塔內(nèi)壁黏灰的主要原因

一是煙氣在脫硫塔塔內(nèi)存在偏流，煙氣流場(chǎng)分布不均時(shí)，霧化水、脫硫灰碰到塔內(nèi)壁或塔內(nèi)部件易發(fā)生結(jié)團(tuán)，形成團(tuán)狀后黏壁結(jié)灰會(huì)越積越多，當(dāng)結(jié)灰到一定重量時(shí)，會(huì)造成大量脫硫灰掉落，在塔外面有時(shí)能聽到內(nèi)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(nèi)反應(yīng)段溫度過(guò)低，運(yùn)行人員操作難以控制，有時(shí)會(huì)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(huán)灰過(guò)濕，由于外循環(huán)灰處于不斷循環(huán)反應(yīng)噴水加濕，當(dāng)未充分干燥的脫硫灰不斷黏結(jié)成團(tuán)，則容易造成濕壁黏灰。因此脫硫循環(huán)灰濕度宜取1.5%以下，濕度越高，濕壁概率越大。為防止?jié)癖冢谝淮螁?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)先噴消石灰（Ca(OH)2）后噴水；停運(yùn)時(shí)，先停噴水后停止噴消石灰。每次啟動(dòng)時(shí)，先啟動(dòng)外循環(huán)，建立起穩(wěn)定的流化床后再開始噴消石灰和水。機(jī)組正常運(yùn)行期間，應(yīng)保持灰斗溫度在80～120℃，否則循環(huán)灰可能無(wú)法及時(shí)烘干。

四是高壓水噴槍霧化不良或處在偏流不穩(wěn)定、濕度不均勻的脫硫灰，將導(dǎo)致循環(huán)灰表面含水不均勻，存在游離狀態(tài)的水滴，容易引起噴嘴及噴嘴上部脫硫塔漸擴(kuò)段的濕壁結(jié)灰，裝置無(wú)法長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

五是脫硫塔內(nèi)床層壓降過(guò)低，當(dāng)?shù)陀?.8kPa 以下，煙氣中的循環(huán)灰量過(guò)少，容易造成循環(huán)灰過(guò)潮，容易產(chǎn)生濕壁黏結(jié)。因此在邏輯設(shè)計(jì)上，在床層壓降低于0.8kPa 時(shí)，延時(shí)5s 聯(lián)跳高壓水泵，避免造成循環(huán)灰過(guò)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(guò)返料斜槽重新回到脫硫塔內(nèi)循環(huán)發(fā)生脫硫反應(yīng)，其主要目的是使未完全反應(yīng)的脫硫劑繼續(xù)參加脫硫反應(yīng)，通過(guò)延長(zhǎng)脫硫劑在脫硫塔內(nèi)的停留時(shí)間，以達(dá)到提高脫硫劑利用率、降低運(yùn)行成本的目的，同時(shí)可以滿足塔內(nèi)流化床建立足夠床層厚度的需要，只有在塔內(nèi)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(fā)。正常運(yùn)行過(guò)程中，運(yùn)行人員在遇到異常工況時(shí)，為避免出口SO2大幅上升，短時(shí)間噴入大量水進(jìn)行降溫，可能造成局部物料過(guò)濕，從而導(dǎo)致物料結(jié)塊，黏附在脫硫塔壁和后續(xù)的布袋除塵器布袋上，最后通過(guò)物料斜槽部分黏結(jié)成的大顆粒物料重新進(jìn)入脫硫塔，導(dǎo)致塌床、掉灰。

二是床層壓降太大，即表示物料過(guò)多，超過(guò)一定值時(shí)，在煙氣負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)，特別是鍋爐負(fù)荷較小，煙氣量較低，當(dāng)煙氣負(fù)荷低于設(shè)計(jì)值的75%時(shí)或鍋爐負(fù)荷下降過(guò)快，煙氣再循環(huán)門無(wú)法及時(shí)跟蹤運(yùn)行，無(wú)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(fā)生后應(yīng)及時(shí)外排塔底積灰，防止堵塞入口煙道。

7 運(yùn)行控制措施

一是脫硫正常運(yùn)行必須保證布袋除塵器出口煙氣流量在最小流化風(fēng)量以上，最小流化風(fēng)量通過(guò)試驗(yàn)獲得，防止煙氣流量低而跳脫硫系統(tǒng)。

二是鍋爐爐內(nèi)工況發(fā)生變化時(shí)（如風(fēng)量異常下降、斷煤）必須通知脫硫值班員，及時(shí)采取控制措施，以防出現(xiàn)煙氣流量大幅度波動(dòng)，導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)退出或排放指標(biāo)超標(biāo)。

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

四是布袋清灰風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，先啟動(dòng)清灰旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)再啟動(dòng)脈沖噴吹閥；當(dāng)布袋某室清灰旋轉(zhuǎn)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)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(shí)，禁止噴水降溫，防止因脫硫塔床層薄，產(chǎn)生結(jié)塊現(xiàn)象，應(yīng)先快速提升床層壓力。

六是脫硫運(yùn)行時(shí)，灰斗低低料位聯(lián)鎖無(wú)特殊情況下必須投入，運(yùn)行中實(shí)際料位禁止低于低料位，否則會(huì)造成煙氣經(jīng)斜槽短路，導(dǎo)致脫硫塔落灰或塌床的風(fēng)險(xiǎn)。

七是斜槽流化風(fēng)、灰斗流化風(fēng)、灰斗蒸汽加熱必須保證80～120℃。停運(yùn)脫硫或布袋除塵器，只要灰斗內(nèi)有存灰時(shí)，必須保證所有蒸汽加熱及灰斗、斜槽流化風(fēng)的正常運(yùn)行，避免灰斗內(nèi)存灰黏結(jié)成塊。

八是機(jī)組停運(yùn)需兩周以上時(shí)間時(shí)，在停運(yùn)之前把消石灰倉(cāng)排空，在停運(yùn)布袋除塵器后將布袋除塵器脈沖閥置停機(jī)模式，噴吹2h 以上，對(duì)布袋進(jìn)行強(qiáng)制清灰，同時(shí)用倉(cāng)泵的連續(xù)輸灰模式將灰斗中的灰全部排空。

九是爐外脫硫系統(tǒng)退出時(shí)，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(fā)現(xiàn)溫度高應(yīng)及時(shí)投入噴槍進(jìn)行噴水降溫，將溫度控制在150℃以內(nèi)，但不能低于酸露點(diǎn)溫度（96℃）。

8 結(jié)語(yǔ)

循環(huán)流化床半干法脫硫工藝具有脫硫效率高、建設(shè)投資少、占地小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，但在應(yīng)用場(chǎng)景較濕法脫硫少，運(yùn)行和檢修經(jīng)驗(yàn)并不是很豐富。特別是在不同煤種、不同負(fù)荷下，運(yùn)行人員在脫硫運(yùn)行調(diào)整上仍有所不足，通過(guò)不斷的總結(jié)分析才能逐步完善半干法脫硫工藝運(yùn)行操作經(jīng)驗(yàn)和注意事項(xiàng)，從而保證脫硫系統(tǒng)更加穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、安全的運(yùn)行。