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干法煙氣脫硫技術研討及常見問題分析處理

作者： 2015年11月24日 來源：互聯(lián)網(wǎng) 瀏覽量：
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在干法脫硫中，溫度、流速、停留時間、Ca/S比、壓力降、流場分布都是非常重要的參數(shù)。保證脫硫效率，溫度控制是首要手段，壓力降和Ca/S比是重要控制指標。運行中常見問題主要是脫硫效率低、脫硫塔濕壁和塌床，分析造
　　在干法脫硫中，溫度、流速、停留時間、Ca/S比、壓力降、流場分布都是非常重要的參數(shù)。保證脫硫效率，溫度控制是首要手段，壓力降和Ca/S比是重要控制指標。運行中常見問題主要是脫硫效率低、脫硫塔濕壁和塌床，分析造成問題的原因并對癥處理。
　　
　　吸收劑以干態(tài)進入吸收塔與煙氣中的二氧化硫反應，脫硫終產(chǎn)物為“干態(tài)”為干法脫硫工藝。
 
　　工藝流程示意圖如下：

　　煙氣從脫硫塔底部側向進入，經(jīng)文丘里被加速，在文丘里上部漸擴段依次噴入吸收劑Ca(OH)2粉和霧化水，煙氣被降溫和增濕，水包Ca(OH)2粉液滴表面發(fā)生電離反應，生成Ca2+和OH-，起主要控制步驟的SO2由氣膜向液膜擴散， SO2與H2O反應后電離生成H+和SO32-，SO32- 和Ca2+反應生成CaSO3。主要傳質、傳熱和化學反應如下：

　　在反應過程中，顆粒之間相互碰撞和摩擦，其表面不斷更新，煙氣熱量將塔內脫硫灰水分蒸發(fā)，終產(chǎn)物呈干態(tài)。經(jīng)過布袋除塵器除下來的灰，大部分返回脫硫塔形成外循環(huán)，少部分終產(chǎn)物外排。塔內灰在塔頂部出口經(jīng)槽形板分離器分離后落入塔內，形成內循環(huán)。
 
　　循環(huán)流化床煙氣脫硫的主要優(yōu)點：(1)系統(tǒng)簡單，系統(tǒng)設備少;(2)占地面積省，工程投資少，運行費用低;(3)系統(tǒng)無需防腐;(4)有效脫除SO3、幾乎全部脫除HCl、和HF;(5)系統(tǒng)布置靈活，非常適合現(xiàn)有機組改造;(6)脫硫副產(chǎn)品為干態(tài)，有利于綜合利用和處置，不會造成二次污染。
 
　　主要缺點：
 
　　(1)脫硫塔出口溫度應嚴格控制在高于露點溫度15—20℃以上運行。但是如果煙氣出口溫度低于65℃運行，稍有不慎會造成塔內壁結露、濕壁;(2)Ca/S比高，脫硫終產(chǎn)物中未反應的Ca(0H)2多;(3)系統(tǒng)阻力大;
 
　　(4)流化床層壓降運行不穩(wěn)定會導致出口SO2濃度波動大，所以對操作人員素質要求高;(5)脫硫終產(chǎn)物綜合利用受限;
 
　　(6)反應速率慢。
 
　　二、系統(tǒng)裝置介紹
 
　　吸收劑制備系統(tǒng)主要包括生石灰倉、消石灰倉、消化器及與之配套的布袋除塵器、稱重螺旋和電動鎖氣給料機。在制備過程中，生石灰與水反應放出熱量，將熟石灰中的水分蒸發(fā)，熟石灰變成粉末。
 
　　噴粉增濕系統(tǒng)主要包括噴粉風機、工藝水泵、水箱和噴嘴，其作用是將煙氣降溫增濕，為反應提供水分。
 
　　煙氣系統(tǒng)主要包括煙道、電動擋板門、引風機，其作用將煙氣接入和輸送。
 
　　凈煙氣再循環(huán)吸收系統(tǒng)主要包括再循環(huán)煙道和電動擋板門，其作用是維持床層流化速度，確保流化床層的穩(wěn)定。
 
　　輸灰系統(tǒng)主要包括外排灰電動鎖氣給料機、輸灰斜槽、流量控制閥、倉泵、加濕攪拌機等，其作用是為吸收塔提供穩(wěn)定的外循環(huán)灰。
 
　　電控系統(tǒng)主要包括電氣柜、DCS或PLC控制柜、UPS、CEMS、電動執(zhí)行機構、流量計和壓力變送器等。作用是為裝置提供動力和自動控制、檢測報警等。
 
　　三、主要脫硫參數(shù)的影響
 
　　脫硫反應的主要參數(shù)有溫度、Ca/S比、流速、停留時間、流場分布、消石灰品質、壓力降、霧滴粒經(jīng)。
 
　　1、溫度
 
　　溫度是影響脫硫反應推動力的主要因素之一，脫硫塔出口溫度高低是通過噴水量控制的。反應溫度與露點溫度的差值常稱近露點溫度(ADST)。表面未被增濕的Ca(OH)2(S)是沒有活性的，與SO2(g)反應較慢。為使反應進行，必須在煙氣中噴入霧化水。噴水量越大，ADST越小，煙氣濕度大，水滴碰撞并捕捉脫硫劑幾率增加，漿液滴含水量大，漿液完全蒸發(fā)所需時間延長，反應時間增加;另一方面，溫度低，反應速率越快。綜合作用下，脫硫效率隨ADST降低呈指數(shù)增長，即使Ca/S比低和Ca(OH)2活性不高也有很高的脫硫效率。噴水降溫對脫硫效率具有顯著效果。但ADST也不是越低越好，ADST越低，脫硫塔出口溫度低，會造成塔內物料粘結、濕壁，嚴重時造成入口煙道和脫硫塔堵塞，甚至會影響后面布袋除塵器和風機運行。濕度過高，水分完全蒸發(fā)時間越長，塔高增加，投資和運行費用增加。
 
　　通常煙氣結露點一般在48℃-51℃，系統(tǒng)一般在結露點溫度15℃—20℃以上運行。如從18℃降低至11℃，脫硫效率會提高約30%，溫差降到11℃以下，操作運行極為困難。
 
　　2、Ca/S比
 
　　工業(yè)上的Ca/S比是指參加化學反應的總鈣量與總硫量的比，亦稱有效Ca/S比。
 
　　相同溫度下，影響反應速率最重要的是Ca(OH)2(l)和SO2(g)濃度。Ca/S比小，煙氣中的SO2不能完全反應，脫硫效率低。隨著Ca2+濃度增加，Ca/S比逐漸增大，液滴傳質阻力減小，顆粒溶解阻力減小，反應傳質推動力增大，脫硫效率提高明顯， Ca/S比太高，造成Ca2+濃度過量，SO2從氣相向液相擴散、溶解和電離成為控制反應的主要步驟，Ca2+有效利用率下降，脫硫效率增勢趨緩，同時運行成本上升。一般設計Ca/S比1.2-1.5。據(jù)有關報道，當Ca/S比達到1.5，脫硫效率約為90%，此時約40%的脫硫劑不能被有效利用。如果提高脫硫效率達到97%以上時， Ca/S比通常不再作為考核指標。
 
　　有30%-40%的活性鈣來自于外循環(huán)中灰的補充，外循環(huán)灰的引入延長了脫硫劑與煙氣中SO2的接觸反應時間，提高了Ca2+的有效利用率也提高了脫硫效率。
 
　　3、流速
 
　　煙氣流速是煙氣流量與脫硫塔內過流面積的比值。根據(jù)《火電廠煙氣脫硫工程技術規(guī)范煙氣循環(huán)流化床法》(HJ/T 178-2005)標準，塔內循環(huán)建立后粉塵濃度按標準狀態(tài)下0.8～1Kg/m3設計，操作速度為3.5-5m/s，一般為4.5m/s。文丘里喉口35-40m/s，最高到60m/s。若要求提高脫硫效率，塔內物料濃度達到2Kg/m3，塔內流速選取必須保證流化速度大于床層灰的沉降速度。塔容積一定時，塔內流速選取越大，停留時間越短，對反應越不利。
 
　　4、停留時間
 
　　停留時間是吸收塔有效高度與煙氣流速的比值。停留時間越長，脫硫劑與SO2反應越徹底，脫硫效率越高。據(jù)報道，脫硫效率在90%時，停留時間至少在4s以上。最大粒徑大于100?m的消石灰漿霧滴，在70-80℃反應條件下，需5s以上才能充分蒸發(fā)，才不致于對后續(xù)的除塵器、引風機等設備造成積灰影響。煙氣在脫硫塔內的停留時間最大設計為8s。一般要求停留時間大于液滴干燥時間即可，過大會增加脫硫塔的設備投資。延長停留時間可減小Ca/S比，可以減少運行費用，并對后續(xù)除塵有利。
 
　　5、流場分布
 
　　脫硫系統(tǒng)一般設計為：鍋爐→電除塵→脫硫塔→布袋除塵器→引風機→煙囪。
 
　　煙氣單側從下部引入脫硫塔，經(jīng)七管式文丘里進行整流。流暢均布是通過復雜的計算機模擬實現(xiàn)的。如果流場不均出現(xiàn)湍流和偏心，濕壁現(xiàn)象不可避免，嚴重時整個系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行。
 
　　穩(wěn)定的流場，關鍵在于建立穩(wěn)定的靜壓分布和均勻的速度分布。外循環(huán)灰采用空氣斜槽輸送，并防止循環(huán)灰板結(濕度小于3%)，入塔前為穩(wěn)定流化狀態(tài)，以便于很好融入流化床層中，是實現(xiàn)外部連續(xù)供應的關鍵。
 
　　6、生石灰和消石灰品質
 
　　生石灰要求：CaO>85%，T60<4min，粒度<1mm。高品質的消石灰需要高品質的生石灰。消石灰濃度一般為90%以上，最低不能小于85%。消石灰的粒徑越小，比表面積大，脫硫劑與SO2的接觸面積就越大，反應速率越高。消石灰雜質多，顆粒大，會增加動力消耗和還會增加磨損輸灰管道的風險，從而增加運行和圍護成本。
 
　　7、壓力降
 
　　建立穩(wěn)定的流化床床層是保證脫硫效率和運行穩(wěn)定的關鍵。循環(huán)流化床內的固體顆粒濃度是側面反映流化床運行正常的重要參數(shù)，濃度一般為1 kg/m3-2kg/m3。在實際運行中通過設定吸收塔的進出口壓差來實現(xiàn)調節(jié)床內的固體顆粒濃度，通過調節(jié)斜槽流量控制閥來控制脫硫塔內的壓降。
 
　　正常情況下壓差為600Pa—1200Pa，超出范圍內時，控制系統(tǒng)自動調整輸灰斜槽流量控制閥。
 
　　利用吸收塔進口煙道的靜壓低于引風機出口靜壓，不需要另外安裝風機，通過再循環(huán)煙道將引風機下游的部分凈煙氣送回脫硫塔入口。
 
　　凈煙氣再循環(huán)擋板門的開度是根據(jù)鍋爐出口煙氣量的變化自動控制的，只要鍋爐出口煙氣量下降到正常滿負荷運行工況下煙氣量設定值的70%以下時，擋板門將自動開啟并根據(jù)煙氣量變化自動跟蹤調節(jié)，相應的滯后時間不超過2分鐘，確保塔內煙氣流速趨于穩(wěn)定，防止“塌床”。
 
　　四、常見問題分析處理
 
　　1、影響脫硫效率的主要因素
 
　　(1)溫度
 
　　溫度是保證脫硫效率的首要控制手段，一般控制在65℃至75℃附近運行，達到排放標準，溫度應盡可能高一些。為方便檢修，噴嘴最好備用一套，保證脫硫效率不會因停水驟降。煙氣入塔溫度過高或過低，都會影響脫硫效率。提高脫硫系統(tǒng)煙氣入口溫度可提高脫硫效率，因較高的溫度允許噴入更多的水降溫，反應的總表面積增加，也提高了SO2的氣相擴散系數(shù)。入塔溫度過高，煙溫降不到反應溫度，脫硫效率難以提高;入塔溫度過低，噴入霧化水量過少，脫硫反應難以進行，需噴入熱水降溫，提高噴水量。入塔溫度一般控制在110-135℃。
 
　　(2) 生石灰的活性
 
　　消石灰的活性決定于生石灰質量。生石灰品質高，表面積大，活性高，粒徑90%以上通過1mm以下，活性度T60≤4min，可消化的有效成分多，脫硫過程中鈣的有效利用率就高，對提高脫硫效率有明顯效果。如果Ca(OH)2含雜質多，或消化后生成Ca(OH)2的存放時間過長， Ca(OH)2與CO2發(fā)生反應，遇水產(chǎn)生潮解，相應降低脫硫劑的活性，會嚴重影響脫硫效率。Ca(OH)2存放時時間不得超過三天。
 
　　(3)Ca/S比
 
　　脫硫效率隨Ca/S的增大而增大，提高到一定程度，脫硫效率增加趨緩，此時運行費用會大幅增加。為保證噴粉系統(tǒng)正常運行，噴粉管道建議備用一條，至少應備用一臺噴粉風機。
 
　　(4)SO2入口濃度
 
　　脫硫效率隨入口SO2濃度的增加而下降，因SO2濃度高，氣相分壓大，反應速率低。SO2入口濃度一般不超過1800 mg/Nm3。
 
　　(1)壓力降
 
　　壓力降是最常用的控制參數(shù)，壓力降越高固氣比越大， Ca/S比高，參與反應的床料多，脫硫效率高。如果太大，煙氣負荷稍一波動，容易造成“塌床”。脫硫塔壓力降一般不超過1500 Pa，最大不超過2000Pa。
 
　　(6)霧滴粒徑
 
　　霧滴粒徑是通過高效噴嘴的合理選型實現(xiàn)的，高壓回流噴嘴和雙流體噴嘴各有千秋。霧滴粒徑最低不能大于80-150?m，否則會形成滴流，增加脫硫塔濕壁的風險。從操作穩(wěn)定可靠方面考慮，筆者建議用高壓回流噴嘴。
 
　　(7)自動化水平
 
　　噴粉量、噴水量根據(jù)鍋爐負荷、煙氣量、入口濃度和出口濃度自動跟蹤調節(jié)，保證調節(jié)不滯后，否則會影響脫硫效率。
 
　　2、脫硫灰濕壁
 
　　導致濕壁現(xiàn)象主要原因：
 
　　(1)煙氣流場分布不均，煙氣在吸收塔內呈湍流、偏流狀態(tài)，水霧、脫硫灰碰到塔內壁或塔內構件很容易結塊，形成塊狀后粘壁會越積越多，結塊松散時，會造成大塊脫硫灰落下，在塔外面有時能聽到內部大塊脫硫灰落下響聲。
 
　　(2)煙氣塔內反應段溫度過低，低于65℃，而干燥段溫度小于70℃，操作運行很難控制，稍有不慎，很容易造成濕壁。
 
　　(3)外循環(huán)灰過濕，未充分干燥的脫硫灰不斷粘結成團造成濕壁。脫硫循環(huán)灰濕度宜取2%左右，濕度越高，濕壁的機率越大。為防止?jié)癖?，第一次啟動運行時，先對布袋除塵器進行預涂灰，脫硫塔內先噴Ca(OH)2粉后噴水;停運時，先停水后停Ca(OH)2粉。以后啟動時，先啟動外循環(huán)，建立起穩(wěn)定的流化床后再開始噴Ca(OH)2粉和水。
 
　　(4)噴嘴埋在流態(tài)不穩(wěn)定、濕度不均勻的循環(huán)流化床層中，循環(huán)灰表面含水不均勻，且有游離狀態(tài)的液滴，易造成噴嘴及噴嘴上部吸收塔漸擴段的粘結、濕壁，裝置不能長期穩(wěn)定運行。
 
　　(5)塔內壓差過低，低于500Pa以下，煙氣中的循環(huán)灰量太少，容易造成循環(huán)灰過濕，容易產(chǎn)生濕壁。
 
　　3、吸收塔“塌床”
 
　　(1)布袋除塵器下船型灰斗，主要是為循環(huán)灰進行緩沖儲料，料層較高(2-3m); 輸送循環(huán)灰的輸送斜槽，料層較低(200mm)。料層厚度不同，則壓降不同，輸送氣壓也就不一樣，不能使用同一臺羅茨風機供氣。循環(huán)灰在流化槽段更容易結團，導致大量大顆粒脫硫灰入塔，這些顆粒與循環(huán)流化床設計流速不一樣，循環(huán)流化床系統(tǒng)床料失穩(wěn)最終塌床。
 
　　(2)床層壓降太大，超過一定值時，在煙氣負荷波動較大時，如煙氣量低于正常負荷70%，凈煙氣再循環(huán)不能及時跟蹤運行，煙氣速度小于流化速度容易“塌床”。塌床發(fā)生后應及時外排，防止堵塞入口煙道。
 
　　五、技術進度
 
　　1、脫硫塔干燥段逆向噴入消石灰漿液，可提高20%-30%左右的脫硫效率。
 
　　2、脫硫塔分段給水，水量遞減，分段增濕。在脫硫灰水分干燥恰好完成階段噴水，提高脫硫效率。
 
　　3、充分利用爐內噴鈣剩余的CaO，降低后續(xù)脫硫塔的Ca/S比，降低運行費用。
 
　　4、在Ca(OH)2中添加1%NaOH、或2%MgO或CaCl2和NaCl。也有報道添加硅石粉和高爐渣，改善Ca(OH)2微徑結構和比表面積。
 
　　5、后續(xù)處理采用布袋除塵器對脫硫的貢獻效率提高10%-20%。
 
　　6、抬高反應器高度，延長停留時間。
 
　　7、鍋爐與除塵器之間的煙道作為反應器進行脫硫，即給煙道中噴入吸收劑漿液，漿滴邊蒸發(fā)邊反應，反應產(chǎn)物以干態(tài)粉末出煙道。
 
　　六、結論
 
　　通過以上綜合分析，總結出在干法脫硫工藝中，溫度、流速、停留時間、Ca/S比、壓力降、流場分布都是非常重要的工藝參數(shù)。降低溫度可顯著提高脫硫效率，在實際運行操作中，脫硫塔出口煙氣溫度、壓力降、入口SO2濃度和Ca/S比是最直接和常用控制指標。運行常見問題主要是脫硫效率低、脫硫塔濕壁和塌床。影響脫硫效率的因素主要是溫度、Ca/S比、入口SO2濃度、壓力降、脫硫劑品質、流場分布、霧滴粒徑和自動化控制水平。脫硫塔濕壁的原因主要是煙氣流場分布不均、煙氣塔內反應段溫度過低、塔內壓差低于500Pa、塔外循環(huán)灰濕度大于3%、噴嘴產(chǎn)生滴流。塌床主要原因是床層壓降太大，煙氣負荷波動較大;輸灰斜槽循環(huán)灰結團。通過分析問題產(chǎn)生的原因，采取有針對性的控制和預防措施，避免異?，F(xiàn)象發(fā)生。
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標簽：干法煙氣脫硫技術

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