浅谈半干法脱硫装置运行常见问题及防范措施

国能神福（龙岩）发电有限公司 谢天事

1 引言

近年来，半干法烟气脱硫工艺逐渐成为循环流化床机组烟气脱硫广泛应用的技术。这种工艺以循环流化床为原理，以控制合理的烟气速度带动高密度的物料床层在循环流化床中强烈湍动，极大增强了烟气、物料间的传质与传热，为实现高效脱硫提供了根本的保证，脱硫效率达到95%以上，脱硫综合效益优越。

2 半干法脱硫原理

半干法脱硫装置主要由脱硫塔、烟道、消石灰制备及供给系统、高效布袋除尘器、脱硫灰再循环系统、蒸汽加热、工艺水、压缩空气及电气仪表控制等系统组成。锅炉空预器出口高温烟气经电除尘器除去粉尘后从脱硫塔底部进入，在脱硫塔的入口段，高温烟气与脱硫剂、循环脱硫灰充分混合反应，该阶段主要是脱硫剂与盐酸、氟化氢反应，而后混合烟气通过脱硫塔下部的文丘里加速，进入上部床体反应；物料在循环流化床中，气、固两相由于烟气气流的带动作用，得到充分混合接触，在上升的过程中，逐渐形成絮状物后落下返回，脱硫塔顶部结构加速絮状物的下落返回，絮状物在湍动的混合烟气中又不断被解体，再次被烟气带动提升，从而有效提高了脱硫塔内反应物料的床层厚度，使得床内的钙硫比高达50%以上，脱硫反应效率得到提升。

3 半干法脱硫技术特点

循环流化床半干法烟气脱硫技术是利用循环流化床技术进行烟气脱硫，脱除烟气中的SO2、细颗粒，使烟气中的有害成分达到环保排放要求。该技术具有如下特点。

一是脱硫塔内分段反映具有高效净化烟气酸性污染物的能力。烟气中的SO3、HCl、HF 等酸性污染物首先在高温段与注入的消石灰粉发生反应，得到部分的脱除；在流化床反应段，烟气在强烈湍动的高密度物料床层内，在喷入雾化水降温的帮助下，与脱硫剂发生瞬间完成酸碱中和反应，实现高效脱除SO3、HCl、HF 等污染物。

二是煤质煤种适应性强，脱硫装置不受烟气负荷及入炉煤含硫量影响，当脱硫塔入口SO2浓度的上升，只要加大消石灰粉的加入，就可有效提高脱硫效率。

三是烟道及炉外脱硫系统无须增加防腐，该工艺基本除去了烟气中全部SO3、HCl、HF，烟气温度高于露点20℃以上，因此不存在设备酸腐蚀问题，整个脱硫系统设备主要由碳钢构成。

四是设备运行寿命长、检修维护量小，脱硫塔内不存在任何转动设备和支撑部件，烟气流速不高，对塔内部件磨损较小，因此设备使用寿命长、检修维护方便。

五是脱硫塔内有效延长了烟气与脱硫剂接触时间长，反应充分。反应区床层物料多，脱硫剂在塔内平均停留时间较长，脱硫塔内的烟气与脱硫剂充分混合、传热、传质，提高了反应效果，从而保证了达到很高的脱硫效率。

六是控制简单工艺控制过程主要通过SO2等污染物排放控制、温度控制、床层压降控制三个回路实现，这三个回路相互独立，互不影响。

七是脱硫塔内控制的烟气速度相对稳定，负荷响应快，有效保证了烟气、物料两相流场的稳定。因此可以满足不同的锅炉负荷要求，锅炉负荷在30%～110%范围内变化，脱硫系统均能正常稳定运行。

八是脱硫副产物含水量小，流动性好，便于运输处置，脱硫剂利用率高、副产物排放少。

4 影响脱硫塔运行的主要因素

4.1 脱硫塔出入口温度

脱硫塔出口温度一般控制在70～85℃运行，调整幅度要求比较稳定，一般调整幅度控制在±1℃，因此脱硫塔入口烟气温度过高或过低，将会影响脱硫效率。当脱硫塔入口烟气温度较高时，允许喷入更多的水降温，反应的总表面积增加，同时提高了SO2的气相扩散系数。

4.2 脱硫塔入口SO2浓度

当脱硫塔入口SO2浓度上升，脱硫效率下降，主要原因为SO2浓度高，气相分压大，反应速率低。根据性能试验结果，脱硫塔入口SO2浓度控制在1500mg/Nm³左右平稳运行时，系统的可控度较高，脱硫塔出口SO2排放浓度控制相对平稳，波动量基本能控制在15mg/Nm³以内。入口SO2排放浓度1700mg/Nm³以上平稳运行时，当出现工况波动或其他原因时（如CEMS 装置自动标定、锅炉负荷变化等），出口SO2排放浓度会产生大幅度波动，且会出现超标现象。

4.3 消石灰的活性

消石灰（Ca(OH)2）的活性决定于生石灰质量。生石灰品质高，表面积大，活性高。该厂炉外脱硫生石灰设计品质：CaO 纯度≥80%， 粒径d100≤1mm，活性T60≤4min，可反应的有效成分多，脱硫过程中钙的有效利用率就高，脱硫效率将有明显提高。如果消石灰粉内含有较多杂质，或消石灰粉的存放时间过长，消石灰粉与空气中的CO2发生反应，并吸收空气中的水分发生受潮，将会引起脱硫剂的活性降低，导致脱硫效率严重降低，因此消石灰粉存放时间一般不超过3d。

4.4 钙硫比

脱硫效率随钙硫比的上升而上升，提高到一定程度，脱硫效率上升逐渐平缓，一味提高钙硫比，脱硫剂耗量上升，运行费用会大幅上升，因此根据脱硫塔入口SO2排放浓度控制合适的钙硫比，可以有效提高脱硫效率，从而有效降低运行成本。

4.5 脱硫塔床层压降

床层压降是脱硫塔稳定运行重要调整参数之一。脱硫塔的床层压降可以有效地反映脱硫塔内流化床所含有的反应物料量，压降越大，说明床层物料越多，参与反应的物料就越多，脱硫效率高。床层压降也不宜过大，否则当脱硫塔烟气负荷发生波动时，无法托起物料时，容易造成“塌床”“掉灰”等现象，严重可能引起炉外脱硫跳闸，因此脱硫塔床层压降一般维持1～1.4kPa 稳定运行。

4.6 水喷枪雾化效果

该厂采用高压超雾化回流式喷嘴。喷嘴产生磨损或损坏或脱硫塔喷水系统在低于1kPa 床层压降下运行，部分脱硫灰可能黏结在脱硫塔壁上，造成脱硫塔空床压降大幅上升，为了避免此问题产生，要求每周应检查一次水喷嘴的雾化效果，主要检查工艺高压水系统中的回流流量调节阀以及相关的测量装置工作是否正常，检查水喷嘴雾化效果、水喷嘴供水水压和水量是否满足要求、喷嘴有无损坏或磨损，同时密切监视脱硫塔的压降变化[1]。

5 脱硫塔内壁黏灰的主要原因

一是烟气在脱硫塔塔内存在偏流，烟气流场分布不均时，雾化水、脱硫灰碰到塔内壁或塔内部件易发生结团，形成团状后黏壁结灰会越积越多，当结灰到一定重量时，会造成大量脱硫灰掉落，在塔外面有时能听到内部大块脱硫灰掉落的响声。

二是脱硫塔入口温度低，脱硫塔内反应段温度过低，运行人员操作难以控制，有时会避免出口SO2大幅上升，大幅度增加喷水量， 很容易造成湿壁黏灰。

三是外循环灰过湿，由于外循环灰处于不断循环反应喷水加湿，当未充分干燥的脱硫灰不断黏结成团，则容易造成湿壁黏灰。因此脱硫循环灰湿度宜取1.5%以下，湿度越高，湿壁概率越大。为防止湿壁，第一次启动运行时，先对布袋除尘器进行预涂灰，脱硫塔内先喷消石灰（Ca(OH)2）后喷水；停运时，先停喷水后停止喷消石灰。每次启动时，先启动外循环，建立起稳定的流化床后再开始喷消石灰和水。机组正常运行期间，应保持灰斗温度在80～120℃，否则循环灰可能无法及时烘干。

四是高压水喷枪雾化不良或处在偏流不稳定、湿度不均匀的脱硫灰，将导致循环灰表面含水不均匀，存在游离状态的水滴，容易引起喷嘴及喷嘴上部脱硫塔渐扩段的湿壁结灰，装置无法长期稳定运行。

五是脱硫塔内床层压降过低，当低于0.8kPa 以下，烟气中的循环灰量过少，容易造成循环灰过潮，容易产生湿壁黏结。因此在逻辑设计上，在床层压降低于0.8kPa 时，延时5s 联跳高压水泵，避免造成循环灰过潮。因此每周定期开展水喷枪检查，检查雾化情况及喷嘴磨损情况。

6 脱硫塔“塌床”的主要原因

一是布袋除尘器收集的脱硫灰通过返料斜槽重新回到脱硫塔内循环发生脱硫反应，其主要目的是使未完全反应的脱硫剂继续参加脱硫反应，通过延长脱硫剂在脱硫塔内的停留时间，以达到提高脱硫剂利用率、降低运行成本的目的，同时可以满足塔内流化床建立足够床层厚度的需要，只有在塔内建立了足够的床层厚度，从而保证喷入的雾化水能得到充分的蒸发。正常运行过程中，运行人员在遇到异常工况时，为避免出口SO2大幅上升，短时间喷入大量水进行降温，可能造成局部物料过湿，从而导致物料结块，黏附在脱硫塔壁和后续的布袋除尘器布袋上，最后通过物料斜槽部分黏结成的大颗粒物料重新进入脱硫塔，导致塌床、掉灰。

二是床层压降太大，即表示物料过多，超过一定值时，在烟气负荷波动较大时，特别是锅炉负荷较小，烟气量较低，当烟气负荷低于设计值的75%时或锅炉负荷下降过快，烟气再循环门无法及时跟踪运行，无法建立流化床，烟气速度小于流化速度容易“塌床”[2]。因此在脱硫塔塌床发生后应及时外排塔底积灰，防止堵塞入口烟道。

7 运行控制措施

一是脱硫正常运行必须保证布袋除尘器出口烟气流量在最小流化风量以上，最小流化风量通过试验获得，防止烟气流量低而跳脱硫系统。

二是锅炉炉内工况发生变化时（如风量异常下降、断煤）必须通知脱硫值班员，及时采取控制措施，以防出现烟气流量大幅度波动，导致脱硫系统退出或排放指标超标。

三是脱硫塔建床后未投入消石灰前，严禁启动高压水泵进行喷水降温，避免烟气温度低于露点温度，形成具有腐蚀性的酸性物质影响布袋的使用寿命。

四是布袋清灰风机启动时，先启动清灰旋转机构再启动脉冲喷吹阀；当布袋某室清灰旋转停止运转时，对应的脉冲喷吹阀必须退出停止喷吹，避免吹损布袋。

五是脱硫塔床层在0.8kPa 以下时，禁止喷水降温，防止因脱硫塔床层薄，产生结块现象，应先快速提升床层压力。

六是脱硫运行时，灰斗低低料位联锁无特殊情况下必须投入，运行中实际料位禁止低于低料位，否则会造成烟气经斜槽短路，导致脱硫塔落灰或塌床的风险。

七是斜槽流化风、灰斗流化风、灰斗蒸汽加热必须保证80～120℃。停运脱硫或布袋除尘器，只要灰斗内有存灰时，必须保证所有蒸汽加热及灰斗、斜槽流化风的正常运行，避免灰斗内存灰黏结成块。

八是机组停运需两周以上时间时，在停运之前把消石灰仓排空，在停运布袋除尘器后将布袋除尘器脉冲阀置停机模式，喷吹2h 以上，对布袋进行强制清灰，同时用仓泵的连续输灰模式将灰斗中的灰全部排空。

九是炉外脱硫系统退出时，脱硫塔出口烟温不得高于150℃，否则容易造成布袋提前老化。发现温度高应及时投入喷枪进行喷水降温，将温度控制在150℃以内，但不能低于酸露点温度（96℃）。

8 结语

循环流化床半干法脱硫工艺具有脱硫效率高、建设投资少、占地小、结构简单、易于操作、运行费用低等特点，但在应用场景较湿法脱硫少，运行和检修经验并不是很丰富。特别是在不同煤种、不同负荷下，运行人员在脱硫运行调整上仍有所不足，通过不断的总结分析才能逐步完善半干法脱硫工艺运行操作经验和注意事项，从而保证脱硫系统更加稳定、经济、安全的运行。