烟气循环流化床干法脱硫技术研讨及常见问题分析

汲传军

(山东神华山大能源环境有限公司，济南　250014)

烟气循环流化床干法脱硫技术研讨及常见问题分析

汲传军

(山东神华山大能源环境有限公司，济南250014)

【摘要】在烟气循环流化床干法脱硫中，温度、流速、停留时间、Ca/S比、压降、流场分布、SO2进出口浓度都是非常重要的参数。提高脱硫效率，首选控制温度，其次是提高Ca/S比和稳定塔内压力降。运行中常见问题主要是脱硫效率低、脱硫塔湿壁粘灰和塌床，通过分析原因采取应对措施。

【关键词】循环流化床；干法脱硫；技术研讨；常见问题分析

引用文献格式：汲传军.烟气循环流化床干法脱硫技术研讨及常见问题分析[J].环境与可持续发展，2015，40(6)：90-92.

循环流化床燃烧技术对我国燃煤污染控制具有举足轻重的意义。近年来我国循环流化床技术得到了飞速发展，尤其随着环保要求的提高，全国装机规模逐年小幅增长，SO2治理工作取得阶段性成果。本文针对烟气循环流化床干法脱硫技术进行探讨，以期优化其脱硫运行参数提供减排效果。

1技术原理

吸收剂以干态进入吸收塔与烟气中的二氧化硫反应，脱硫终产物为“干态”称为干法脱硫工艺。

在反应过程中，脱硫剂颗粒间相互碰撞和摩擦，表面不断更新。烟气热量将塔内脱硫灰水分蒸发，终产物呈干态。经过布袋除尘器脱除的灰，一部分返回脱硫塔形成外循环，一部分作为终产物外排。塔内灰在塔顶部经槽形板分离后落入塔内，形成内循环。

1.1　干法脱硫主要优点

(1)占地面积小，投资省；(2)运行费用低；(3)系统无需防腐；(4)有效脱除SO3、几乎全部脱除HCl、和HF；(5)适合现有机组改造；(6)脱硫终产物为干态，有利于综合利用和处置。

1.2　干法脱硫主要缺点

(1)脱硫塔出口温度应严格控制在高于烟气露点温度15～20℃以上运行；(2)Ca/S比高；(3)流化床层压力降运行不稳定会导致出口SO2浓度波动；(4)反应速率慢。

2主要脱硫工艺参数的影响

脱硫反应的主要参数有温度、压力、Ca/S比、流速、停留时间、流场分布、消石灰品质、雾化粒经。

2.1　温度

温度是影响脱硫反应推动力的最主要因素之一，喷水降温对脱硫效率影响显著。反应温度与露点温度的差值常称近露点温度(ADST)。表面未被润湿的Ca(OH)2(S)没有活性，与SO2(g)反应较慢。为使反应加快进行，必须在烟气中喷入雾化水。喷水量越大，烟气湿度大，ADST小，水滴扩散、碰撞并捕捉脱硫剂和SO2几率增加。脱硫剂液滴含水量大，浆液完全蒸发所需时间延长，SO2与Ca(OH)2反应时间也增加；另一方面，温度越低，反应速率越快。在综合作用下，脱硫效率随ADST降低呈指数增长，即使Ca/S比低和Ca(OH)2活性一般也有较高的脱硫效率。烟气每降低10℃，脱硫效率升高20%以上。但ADST也不是越低越好，ADST越低，脱硫塔出口温度越低，可能会造成塔内壁粘灰，严重时造成入口烟道和脱硫塔堵塞，甚至会影响后面布袋除尘器和风机正常运行。湿度过高，水分完全蒸发所需时间越长，造成塔高增加，投资和运行费用增加。对烟气喷水降温用热水对反应有利。

通常烟气结露点一般在45～51℃，故脱硫系统一般在结露点温度15～20℃以上运行。脱硫塔出口烟温一般控制在70～85℃。

2.2　Ca/S比

工业上的Ca/S比是指参加化学反应的总钙量与总硫量的比，亦称有效Ca/S比。Ca/S比对脱硫效率的影响仅次于ADST。

相同温度下，影响反应速率最重要的是Ca(OH)2(l)和SO2(g)浓度。Ca/S比小，烟气中的SO2不能完全反应，脱硫效率低。随着Ca2+浓度增加，Ca/S比逐渐增大，液滴传质阻力减小，颗粒溶解阻力减小，反应传质推动力增大，脱硫效率提高明显，Ca/S比太高，造成Ca2+浓度过量，Ca2+有效利用率下降，脱硫效率增势趋缓，运行成本上升。一般设计Ca/S比1.2～1.5甚至更高。

30%～40%的活性钙来自于塔外循环灰的补充，提高了Ca2+的有效利用和脱硫效率。外循环灰采用空气斜槽输送，并防止循环灰板结(湿度小于3%)，入塔前为稳定流化状态，以便于很好地融入流化床层中，是实现外部连续供料的关键。

2.3　压力降

建立稳定的流化床床层是保证脱硫效率和运行稳定的关键。床内固体颗粒浓度是侧面反映流化床运行正常的重要参数，浓度一般为0.8～1kg/m3，最大不超过2kg/m3。在实际运行中，通过设定吸收塔的进出口压力降来调节床内的固体颗粒浓度，通过调节斜槽流量控制阀来控制脱硫塔内压力降。正常情况下压差为700～1400Pa。

锅炉出口烟气量下降到满负荷正常运行工况下烟气量设定值的75%以下时，烟气再循环挡板门将自动开启并根据烟气量变化自动跟踪调节，确保塔内烟气流速趋于稳定，防止“塌床”。

2.4　流速

烟气流速是烟气流量与脱硫塔内过流面积的比值。烟气流速一般为4.5m/s。文丘里喉口流速35～40m/s，最高到60m/s。运行过程中，塔内流速选取必须保证流化速度大于床层灰的沉降速度。塔容积一定时，塔内流速选取越大，烟气停留时间短，对反应越不利。

2.5　停留时间

停留时间是吸收塔有效高度与烟气流速的比值。停留时间越长，脱硫剂与SO2反应越彻底，脱硫效率越高。据报道，脱硫效率在90%时，停留时间至少在4s以上。最大粒径大于100μm的消石灰浆液雾滴，在70～80℃反应条件下，需5s以上才能充分蒸发，才不对后续除尘器、增压风机等设备造成积灰影响。烟气在脱硫塔内的停留时间最大设计为8s。一般要求停留时间大于液滴干燥时间即可，过大会增加设备投资。延长停留时间可减小Ca/S比，减少运行费用，对后续除尘有利。

2.6　流场分布

烟气从塔的底部引入，经文丘里进行整流。流场均布是通过复杂的计算机模拟实现的。如果流场分布不均，塔内出现湍流和偏心，湿壁粘灰现象不可避免，严重时整个系统不能稳定运行。

稳定的流场，关键在于建立稳定的静压分布和均匀的速度分布。

2.7　消石灰品质

高品质的消石灰需要高品质的生石灰。生石灰：CaO>85%，T60<4min(根据DIN459)，粒径d100≤1mm。消石灰浓度一般为85%以上，越高越好，比表面积16m。2/g。消石灰比表面积越大，反应速率就越高。消石灰杂质多，颗粒大，会增加动力消耗和输灰管道磨损，从而增加运行和维护成本。

2.8　雾化粒径

通常用高压回流喷嘴和双流体雾化喷嘴进行烟气降温，其中前者最常用。雾化后的水雾粒径越小越好，一般小于80～150μm。

3常见问题分析

3.1　烟气脱硫效率低

3.1.1温度

烟气出口温度是保证脱硫效率的首要控制手段。烟气脱硫效率低，先检查出口烟温，控制在接近70℃运行。如达到脱硫效率，温度应尽可能控制高一些。烟气入塔温度过高或过低，都会影响脱硫效率。提高脱硫系统烟气入口温度可提高脱硫效率。入塔烟温过高，喷水降不到反应温度，脱硫效率难以提高；入塔温度过低，喷入雾化水量过少，脱硫反应难以进行，这时需喷入热水降温。为方便检修，喷嘴最好备用一套，保证脱硫效率不会因停水骤降。

3.1.2生石灰和消石灰活性

烟气脱硫效率低，其次检查消石灰活性。Ca(OH)2纯度一般大于85%。如果Ca(OH)2含杂质多，或Ca(OH)2的存放时间过长，Ca(OH)2与CO2发生反应，遇水产生潮解，脱硫剂的活性相应降低，会严重影响脱硫效率。Ca(OH)2存放时时间一般不得超过3天。

3.1.3Ca/S比

要提高脱硫效率，增大Ca/S。但增大到一定程度，脱硫效率增加趋缓，此时运行费用也会大幅增加。为保证喷粉系统正常运行，建议备用一套喷粉设备。

3.1.4SO2入口浓度

脱硫效率随入口SO2浓度的增加而下降，如果超过设计值，脱硫效率难以提高。SO2入口浓度一般不超过1800mg/Nm3。

3.1.5压力降

压力降越高，固气比越大，循环倍率越大，参与反应的床料多，脱硫效率高。如果压力降过大，烟气负荷稍一波动，极易造成“塌床”。脱硫塔压降一般不超过1600Pa。

3.1.6自动化控制水平

烟气出口温度、喷粉量、喷水量根据锅炉负荷、烟气量、入口浓度和出口浓度自动跟踪调节，计量和检测仪表校验准确，否则会严重影响脱硫效率。

3.2　脱硫塔湿壁粘灰原因分析

(1)烟气流场分布不均，在吸收塔内呈湍流、偏流状态，水雾、脱硫灰碰到塔内壁或塔内构件很容易结块，形成块状后会越积越多，结块松散时，会造成大块脱硫灰落入塔下部，所以运行过程中定时排灰。

(2)烟气塔内反应段如温度低于65℃，干燥段温度低于70℃，操作运行很难控制，易造成湿壁粘灰，后续布袋糊袋和灰斗堵灰几率也大大增加。

(3)外循环灰过湿，湿度宜大于3%，湿度越高，粘壁的机率越大。未充分干燥的脱硫灰不断粘结成团造成湿壁粘灰。为防止布袋糊袋、灰斗堵灰，第一次启动运行时，先对布袋除尘器进行预涂灰。脱硫塔内压降低于700Pa时自动禁止喷水。故运行时“先喷粉后喷水”；停运时正好相反。以后启动时，先启动外循环，建立起稳定的流化床后再开始喷Ca(OH)2粉和水。

(4)雾滴粒径：雾滴粒径是通过高效喷嘴的合理选型实现的。喷嘴埋在流态不稳定、湿度不均匀的循环流化床层中，需要定期检查，如果循环灰表面含水不均匀，且有游离状态的液滴，易造成喷嘴及喷嘴上部吸收塔渐扩段湿壁粘灰。

(5)塔内压力降过低，低于600Pa以下，内循环灰过湿，容易产生塔内湿壁粘灰和后续布袋糊袋、灰斗堵灰。

3.3　吸收塔“塌床”

(1)如果外循环灰湿度大，在流化槽段结团，导致大量大颗粒脱硫灰入塔，这些颗粒与循环流化床设计流速不同，循环流化床系统床料失稳最终塌床。

(2)床层压降过大超过设定值，在烟气负荷波动较大时，如烟气量低于正常负荷75%，净烟气再循环挡板门不能及时打开，烟气速度小于流化速度极易“塌床”。

4技术进度

(1) 脱硫塔分段给水，水量递减，分段增湿。

(2) 在Ca(OH)2中添加1%NaOH、或2%MgO或CaCl2和NaCl。也有报道添加硅石粉和高炉渣，改善Ca(OH)2孔径结构和比表面积。

(3) 采用高效布袋除尘器，脱硫效率提高约25%。

(4) 脱硫塔内喷入消石灰浆液，可提高脱硫效率20%～30%。

5结论

综合以上分析，提高干法脱硫效率，温度、Ca/S比、压力降、消石灰品质、污染物出口浓度和喷枪雾化效果是干法烟气脱硫中重要的操作控制指标，流速、停留时间、塔内流场分布、污染物进出口浓度是非常重要的设计参数。正常运行过程中常见问题主要是：脱硫效率低、吸收塔内壁粘灰和塌床、布袋除尘器糊袋和灰斗堵灰，只要找到产生问题的原因，才能采取应对处理措施，保证稳定运行。

参考文献：

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[5]李若萍.循环流化床干法烟气脱硫技术的应用.江西电力，2009，1.

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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

作者简介：汲传军，学士，工程师，一直从事大气污染治理和水污染治理工作

中图分类号：X51

文献标识码：A

文章编号：1673-288X(2015)06-0090-03