浅析提升循环流化床干式脱硫运行效率的措施

欧阳文波

（广西华磊新材料有限公司，广西 百色 531499）

中国铝业广西分公司热电厂三期工程有三台220t/h燃煤锅炉，采用循环流化床干式脱硫技术（图1）。其工艺流程：外购当地生石灰磨制成粉后，由罐车输送至生石灰仓，经消化器消化成消石灰（Ca（OH）2），送入料仓，作为脱硫剂给入脱硫塔内，与加速形成紊流状的锅炉烟气，在工艺水的作用下降温，烟气中的SO2和SO3与消石灰反应，达到脱硫效果；脱硫产物、未完全反应的脱硫剂及粉尘进入布袋除尘器收集成脱硫灰，收集下的脱硫灰则送至脱硫塔循环使用，也称循环灰；循环灰量过多时，通过脱硫仓泵将部分脱硫灰外送处理。每台炉对应一套脱硫系统，每套脱硫设施包含除尘、料仓、石灰消化器、给料螺旋、脱硫塔、流化风机、高压水泵等设施。采用DCS集中监控运行方式，设计燃煤的含硫量为1.3%，处理烟气量265000Nm3/h，可计算烟气脱硫前SO2浓度为3600mg/Nm3，设计脱硫剂投料量2.5t/h，脱硫剂有效钙大于80%。

1 现状问题

烟气脱硫是锅炉烟气净化流程的主要工序之一，中国铝业广西分公司热电厂锅炉及脱硫设施于2008年建成，投产运行至今已经8年。由于前期循环流化床干式脱硫技术不成熟，及受当地煤、石灰等原材物料质量的影响，虽经过多年技术改进、创新，但脱硫运行效率一直维持在75%左右，很难满足环保要求。主要体现：循环流化床干式脱硫运行对循环灰量、烟气量、负压要求严格，导致锅炉点炉后脱硫投运时间较长；脱硫系统设施老化以及受当地原材物料的影响，无法满足设计要求，运行参数设置不匹配，脱硫效率低下。因此如何降低锅炉点炉后脱硫投运时间、应对原材物料品质变化的影响及提高循环灰循环倍率，是提升脱硫运行效率的主要方向，也是我们减少环境污染、履行社会责任的职责所在。

2 原因分析

从循环流化床干式脱硫工艺原理上分析，烟气通过脱硫塔底部文丘里管的加速，形成紊流进入循环流化床床体，脱硫物料与烟气受气流的作用，形成气固两相混合悬浮床层，并产生激烈的湍动与混合达到脱硫的目的，所以必须通过循环灰（脱硫灰）量来建立脱硫塔内床层，在我厂的设计工况下，两边布袋灰斗循环灰量达到80吨以上，方可建立脱硫床层，根据锅炉烟气中含尘量约68g/Nm3计算，锅炉点炉正常工况下需4个小时方可收集所需循环灰量。所以烟气脱硫设施无法与启动机组同步运行，至少间隔4h以上。

循环流化床干式脱硫系统中脱硫灰循环倍率直接影响脱硫效果及运行成本，脱硫灰循环倍率低，那新的脱硫剂投入量增加，脱硫灰中有效成分残余高，相对处理难度较大，既增加了运行成本又增加脱硫灰后续处理费用。

由于循环流化床干式脱硫投用至今近8年，设备实施老化严重，以及当地易于采购的脱硫剂、燃煤的品质逐步无法满足设计要求，单纯的按照原设计参数进行控制，不但很难达到设计运行效率且运行成本居高。

3 改进对策

3.1 增加预涂灰管，降低锅炉点炉过程积循环灰时间

通过在电收尘与脱硫塔之间弯管底部，增加一个临时接口的Φ159的管道伸出烟道外，利用点炉前启动引风机时烟道负压，把运输脱硫剂罐车装好其它运行锅炉的循环灰从该临时管往烟道内输送，再通过布袋收集到灰斗，半小时布袋灰斗即可收集80t循环灰，既减少了积循环灰时间，又对收尘布袋进行了预涂灰，使布袋表面附着一层循环灰，减少锅炉使用点火油点炉时产生的油烟对收尘布袋造成影响。

3.2 稳定电除尘收尘效率，提升脱硫灰循环倍率

为降低进入脱硫系统的烟尘量，设计时脱硫系统前段设置有电除尘器，采用单室两电场电除尘器，电源的额定容量为0.6A/72kV,电除尘高压电源为常规工频电源，但由于设备老化运行中主要存在电场运行数据较低，形成电晕封闭，造成除尘效果不理想，出口排放浓度偏高，由于前段电除尘设施老化，技术落后，导致进入后段脱硫系统烟尘还是较多，经布袋除尘收集的烟尘进入脱硫灰斗，无形增加循环灰量，导致循环灰未进行再次循环使用即被仓泵外输，循环灰循环倍率降低，灰中有效成分残余高，影响脱硫效果。同时增加后段滤袋负荷，严重时损坏滤袋，大幅增加脱硫剂费用及后续烟尘的处理难度。考虑改造难度及费用问题，选择进行电场的高频电源改造，提升脱硫前电除尘收尘效率，降低进入脱硫系统烟尘量，也减少后段滤袋负荷，通过改造后实现脱硫前烟气烟尘控制在50mg/m3，每小时进入脱硫灰斗的烟尘量小于14kg，确保循环灰量稳定，增加其循环倍率。

对于生产故障或突发情况，导致循环灰循环倍率低，经化验灰中有效钙残余高的情况，车间利用生产罐车，把外输的脱硫灰进行回收，再通过新增的预涂灰管反输回脱硫灰斗，进行脱硫灰再利用，与脱硫剂反复搭配使用来进一步提升脱硫灰循环倍率，降低脱硫灰有效钙及运行费用。

3.3 原材物料品质及动力介质变化的调整

由于受市场及铝行业持续低迷的影响，采购低硫煤价格较高很难实现经济性，且当地供应的脱硫剂生石灰（CaO）的有效钙很难满足大于80%的要求，在Ca/S无法满足要求的情况下，如何通过调整运行控制，实现高效经济脱硫。

（1）提高脱硫反应塔床层。根据脱硫原理，脱硫物料与烟气受气流的作用，形成气固两相混合悬浮床层，并产生激烈的湍动与混合达到脱硫的目的，在由于受原材物料影响下，很难满足设计状态下的Ca/S，必须适当增加脱硫剂的用量，而为了使增加的脱硫剂有足够的时间进行充分混合反应，需增加气固两相混合悬浮床层的厚度，即增加脱硫塔内压降，通过实践，我厂将原设计的床层压降在确保不“垮床”的前提下，由原来的1.1KPA～1.3KPA增加到1.3KPA～1.7KPA，即增加了气固两相反应时间及接触面积，实现低品质脱硫剂满足脱硫效果的目的。

（2）适当降低脱硫塔内反应温度。从循环流化床干式脱硫的化学反应工程的角度看，SO2与Ca(OH)2的颗粒在循环流化床中的反应过程是一个外扩散控制的反应过程。以粉状形式给入脱硫塔的脱硫剂，通过喷入一定量雾化水来增湿颗粒表面，并使烟温降至高于烟气露点，使得SO2与Ca（OH）2的反应转化为可以瞬间完成离子型反应，增加脱硫剂活性，减少反应时间。由此可知，烟温与水露点之差Δt是影响脱硫效率的一个重要因素，Δt越小则系统的脱硫效率越高，在其他条件一定的情况下，通过调节喷水量来调节Δt，但如果Δt过小，会引起系统的堵塞和脱硫剂板结而影响流化的质量。根据目前采购的脱硫剂石灰有效钙普遍小于70%，以及锅炉投高加后导致锅炉排烟温度升高的情况，为形成气固两相的传热速率及反应的最佳温度条件，同时确保后续灰的流动性。我们通过加大脱硫塔雾化水的喷入量，来适当降低脱硫塔内的反应温度，由原来的72-75℃降低至69-71摄氏度。使Δt在考虑不低于露点的情况下降至最小，来进一步提升脱硫效率。

（3）对动力介质进行净化。循环流化床干式脱硫系统涉及粉状物料的输送及存储，布袋除尘的反吹等，设计时考虑粉状物料输送难度大及易吸潮板结等特性，对脱硫剂给料系统、各物料斗都设有流化及加热装置，流化装置及布袋反吹都采用空压机产生的压缩空气作为动力风。由于南方天气普遍湿度大，压缩空气中含水量高，设计的普通过滤杯根本无法及时析出及排除压缩空气中的水份及杂质，而经抽样检测压缩空气中含水量高达0.5%，带水的压缩空气与粉状物料接触，导致物料板结堵塞通道、糊住布袋等故障，经常导致脱硫系统无法正常运行。我厂通过在压缩风总管前增加一套微热再生吸附式干燥机，利用“变压吸附”的原理来达到干燥净化压缩风，净化后未出现下料系统流化布糊住，物料板结情况，且由于仪表用气也进行了净化，大大提高了仪器仪表、气动阀门的使用寿命和可靠性。

通过上面几项改进措施的实施，我厂循环硫化床干式脱硫运行效率有了明显改善，脱硫达标率稳定在99.8%以上，吨硫脱除费用控制在1600元以下。

4 结语

本文中所提出的改进措施目的都是为了提高循环流化床干式脱硫的运行效率，保证锅炉烟气达标排放，维护赖以生存的环境。由于自身水平有限，也许有更好的改进举措没有了解到，敬请各位批评指正。