关于循环流化床脱硫防止灰斗内脱硫灰板结的研究

胡赛刚，柴本忠，郑 璇，王 伟，陈立水，郑文冲

（中晶（上海）环境管理有限公司，上海 200000）

1 简述循环流化床脱硫工艺

以中晶（上海）环境管理有限公司目前各项目脱硫工艺及设备为例，对其工艺技术设备等进行简要概述。

整个循环流化床脱硫工艺系统是由吸收塔、布袋除尘器、脱硫灰循环系统、吸收剂、脱硫灰灰仓系统、工艺水系统以及电气仪表控制系统、烟气系统等系统组成。从烧结机机头进来的原烟气从吸收塔的塔底部进入系统，经文丘里被加速，在文丘里上部渐扩段依次喷入吸收剂粉和高压水喷枪喷出的雾化水接触后，原烟气被降温和增湿，在此阶段进行脱硫反应，在反应过程中，颗粒之间相互碰撞和摩擦，其表面不断更新，烟气热量将塔内脱硫灰水分蒸发，终产物呈干态。经过布袋除尘器除下来的灰，大部分返回脱硫塔形成外循环，少部分终产物外排。塔内灰在塔顶部出口经槽形板分离器分离后落入塔内，形成内部循环。

经过净化后的烟气带着脱硫灰粉从吸收塔顶部侧向排出进入布袋除尘器除尘后，净烟气经引风机排入烟囱。

2 灰斗结块现象及危害

在系统长时间运行过程中发现，灰斗内部会出现脱硫灰板结现象。表现为床层压降波动大，逐渐降低或消失，灰斗料位异常升高，影响系统稳定运行，造成出口数据波动大。

通过检查发现脱硫灰板结灰块会堵塞灰斗下料口和在灰斗内壁大量粘存，影响系统循环灰量和操作人员对系统的判断。堵塞下料口可以在线通过疏通解决，但灰斗内壁大量粘存只能系统停机后清理，且难度较大。

灰斗内部脱硫灰板结对系统影响较大，轻则因循环灰量较少影响系统稳定运行。重则因灰斗内存脱硫灰量较多，灰斗长时间超负重运行造成重大安全事故，如灰斗掉落或箱体开裂等。

3 灰斗内脱硫灰板结原因分析

针对灰斗内部脱硫灰板结现象，现对此现象进行逐项原因分析如下所述。

1）灰斗建造时遗留的问题：通过京津冀区域四个干法项目灰斗对比表（见表1）可以发现在其他条件相同的情况下XD项目、TD项目船型角度为10°，灰斗比较容易结块，TR项目船型角度为45°、HG项目船型角度为30°灰斗不容易结块。分析原因为船型段角度较为平缓，灰斗内部循环灰存在惰性角度导致流动性差容易造成物料积存，易堆积在灰斗两边。堆积后造成两边的灰不宜流动，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会造成板结现象。因此在建造时灰斗角度也是要考虑好的一个重要因素。

表1 京津冀区域四个干法项目灰斗对比表

2）高压水喷枪喷水点与喷水量选择不好也是造成板结的原因：高压水喷枪的位置应放在文丘里上方，与吸收塔主体变径处。可设1根流量较大回流式喷枪，也可选用多根小流量双流体喷枪，保证气、固、液三相流的流场状态。而喷入水量会直接决定气、固、液三相流的混合程度和烟气的湿度、温度及脱硫灰的湿度，因此喷水量过多也会出现水枪因结垢堵塞情况。在水枪堵塞后如果不能及时处理，就会造成高压水枪里的水出现股流现象，造成吸收塔内脱硫灰接触大量水形成黏连状，当此部分脱硫灰循环到灰斗时容易形成板结积存于灰斗内壁，高压水喷枪插入角度不足吸收塔内部1/10同样容易造成塔内板结。

3）灰斗内部脱硫灰一直处于高料位状态，长时间运行灰斗内部容易出现板结：高料位长时间运行，灰斗内脱硫灰流通不畅，出现囤积，导致灰斗内脱硫灰流动性差，出现板结现象。

4）灰斗结块后清理不及时或者未清理干净容易引发灰斗的二次板结；如果灰斗出现板结情况后未能够及时清理或者清理的不彻底，就会造成脱硫灰在原有的结块上堆积出现蓬灰现象，结块会越来越多到最后导致灰斗下料不畅，影响系统正常运行。

5）烧结烟气温度异常，会造成出现板结现象：烧结过来原烟气进入脱硫系统需经过高压水喷枪喷水来保证脱硫效率和降温。如进口烟气温度低时，脱硫系统就要相对减少喷水量，防止高压水喷枪过喷造成板结现象，但无法保证脱硫率。如烟气温度过高时，就需要加大高压水喷枪的喷水量，相对造成烟气中含水量过大，吸收塔内部吸收剂在吸收塔塔壁、灰斗中或除尘布袋上形成灰块，这些灰块经长时间运行富集容易出现“滚雪球”现象。因此要控制好吸收塔进口温度和出口温度是防止系统板结的重要一环。

6）脱硫系统内烟气流量波动大，也容易出现板结现象：脱硫塔内涉及到气、固、液三相的流动和化学反应，吸收塔内的流场十分复杂，当烧结过来烟气变化时，会导致吸收塔塔内烟气流速发生变化。当吸收塔内烟气流速较小时，脱硫灰容易聚集，塔内容易板结阻塞。

7）各类仪表的准确性尤为重要：因系统的稳定运行需要监盘人员不断地通过DCS（或PLC）画面显示各种重要参数来调整系统的运行，各重要参数的检测仪表失准，也是造成灰斗板结的重要原因。如各灰斗的料位计，无法发现灰斗的料位过高；温度表不准，过量的向系统中喷水；吸收塔进出口压力表不准，造成床层压降过低，液固比失衡等造成严重后果。

8）系统大小修等停机期间是灰斗出现脱硫灰板结现象的高峰期。为控制成本，系统短时间停机后一般不会排空各灰斗内脱硫灰，这就会出现脱硫灰板结的风险。如脱硫灰长时间在灰斗内堆积，无法流动；灰斗伴热所需蒸汽压力不足，造成灰斗蒸汽伴热温度不足；灰斗流化风出力不足等一系列原因都会造成灰斗内脱硫灰出现板结现象。

9）灰斗外壁焊缝或腐蚀造成的漏点、除尘器盖板封闭不严也会造成灰斗内脱硫灰板结现象的发生。灰斗壁有漏点的情况下运行时，由于系统内是负压状态。外部环境中的冷空气和水分会被负压抽进灰斗内与脱硫灰结合产生板结；除尘器仓顶盖板封闭不严时，除了抽进冷空气和水份外，还会抽进雨水，造成灰斗内部进水，直接形成脱硫灰板结。

4 针对脱硫灰板结应该采取的措施

针对上述影响循环流化床脱硫系统板结原因，我们分析出以下几点措施，来确保脱硫系统长期稳定可靠运行：

1）通过表1分析的结果，后期灰斗在建造循环流化床脱硫系统时注意灰斗船型段角度倾角大一些（40～60°左右）。还需在灰斗外壁中间部位对称安装3台仓振装置，定期进行振动灰斗壁，能够在实际运行中保证脱硫灰不会轻易地粘黏在灰斗壁上，因而避免灰斗板结情况发生。

2）吸收塔建设初期，高压水喷枪安装位置及安装深度做好检查，有异常及时更正。要定期对高压水喷枪进行检查，做好雾化实验。运行中，要做好定期工作，定期检查高压水喷枪枪头结块情况，及时清理。并做好高压水喷枪周围塔壁板结情况检查，防止塔壁板结，或板结增厚。

3）通过实践分析，灰斗内部脱硫灰料位高，流化不均匀导致内部局部有板结现象，当灰斗料位控制在高料位以下时灰斗内部流化效果最佳，可以有效遏制板结现象发生，确保系统稳定运行。每个灰斗都设有蒸汽伴热（或电伴热），灰斗温度一般保持在80～110℃，保证灰斗内部脱硫剂可以正常流动，要定期检查灰斗料位计的准确性，做好料位监测。

4）灰斗结块后清理不及时或者清理不干净最容易使脱硫灰形成二次板结，于是我们为了避免此情况发生，我司一项目开始进行灰斗倒空试验。2020年7月份ZT运营团队，由项目经理、机务专工牵头，针对灰斗板结情况进行分析，制定并执行了灰斗倒空方案，截止2020年11月20日，灰斗倒空工作执行近80 d左右，利用停机检修机会对灰斗积料情况进行检时发现灰斗无结块情况（前期有结块的灰斗，无增大情况）；在12月08日，灰斗倒空工作执行了127天，利用停机检修时机会对灰斗结块情况再次进行检查发现灰斗无结块情况（前期有结块的灰斗，无增大情况），同时在此期间，各区域部分干法项目同步开展了灰斗倒空工作，通过调查各项目均取得了较好效果。规定每班进行一个灰斗倒空，在倒空期间可能会发生有脱硫灰小结块堵塞分配箱下料口的现象，但通过专业人员进行疏通，有效地遏制了因小块结块导致灰斗大面积板结情况发生。

5）在系统运行维护中，要及时根据系统各数据调整系统运行，更要确保DCS（或PLC）监测系统中的仪表显示数据的准确性，确保数据传输准确，减少误操作。可通过定期检查、维护、人工现场实测等方式避免类似情况发生。

6）遇到系统停机时分两种情况。短时停机时，要做好灰斗系统的保温工作和流化工作，灰斗进出口挡板门关闭、灰斗伴热系统和流化系统做好检测。严格控制各设备和介质的参数在正常范围内，出现异常及时恢复。有必要时，在保证安全的情况下申请启动引风机，单独进行灰斗内脱硫灰的循环工作：长时间停机时，必须把灰斗内脱硫灰排出，并对灰斗内部做好检查。如有板结情况，务必清理干净。

7）灰斗仓壁要做好定期工作，检查灰斗是否有漏气、漏灰等现象。因灰斗外壁都有做保温工作，所以还要对异响、“哨声”特别注意。很有可能是有漏气的地方，如有发现漏点及时补漏。另还要定期对灰斗焊缝做探伤，对灰斗壁做测厚工作，及时发现问题，及时解决问题。

5 结语

由此可见灰斗船型段角度、高压水喷枪喷水点与喷水量、灰斗内部脱硫灰料位、灰斗发生板结后清理不及时和烧结运行工况等众多因素均可以造成灰斗出现板结现象，出现板结后不仅会浪费较大的人力、物力和财力，还可能因处理不当造成人员受伤、设备损坏等安全事故。因此寻找到灰斗板结的原因并加以处理对系统稳定安全运行十分重要。