循環流化床煙氣脫硫吸收塔塌床原因分析及處理措施

姚利平，史新學

(河北馬頭發電有限責任公司，河北 邯鄲 056044)

1 概述

河北馬頭發電有限責任公司(簡稱“馬電”)200 MW機組循環流化床煙氣脫硫(CFB-FGD)系統由消石灰制備系統、吸收塔、脫硫灰循環系統、工藝水系統、脫硫后除塵器(ESP2)、氣力輸送系統等設備組成，其系統示意見圖1。

圖1 馬電CFB-FGD系統示意

系統的基本工作流程為：從鍋爐空氣預熱器出來的煙氣經過預除塵器處理，進入吸收塔內脫除SO2，凈化后的含塵煙氣從吸收塔排出，進入脫硫后除塵器進行氣固分離，再經引風機排入煙囪；由脫硫除塵器收集未完全反應的脫硫灰再進入循環系統重復利用，返回吸收塔繼續參加反應，如此循環,多余的少量脫硫灰渣通過氣力輸送系統輸送至脫硫灰庫外運。該脫硫系統脫除煙氣中SO2的主要設備是吸收塔，吸收塔的運行情況，不僅影響機組脫硫效率和SO2排放是否符合環保要求，還直接影響鍋爐的穩定運行。

馬電脫硫除塵裝置投運以來，由于工藝水噴槍異常、床層壓降過低、吸收塔底大量積灰等原因，多次發生吸收塔床層壓降大幅波動，引起吸收塔塌床(循環流化床內大量固體顆粒回落至吸收塔底部)，瞬間堵塞煙氣流通，嚴重時還會導致脫硫系統故障，退出運行。以下對馬電CFB-FGD系統吸收塔床層壓降大幅波動造成塌床的原因進行總結和分析。

2 吸收塔塌床的原因分析

2.1 工藝水噴槍異常

工藝水噴槍是利用航空噴氣發動機原理制成的高壓回流式水噴嘴，噴出的霧滴均勻且粒徑較小，霧化效果好。水噴嘴安裝在物料湍動能和顆粒密度最大的文丘里擴散段，將水泵提供的高壓水通過噴槍霧化并噴入吸收塔，使細小的液滴附著在單個循環脫硫灰粒表面，在高速煙氣流作用下水霧快速蒸發吸熱,使煙氣降低到所需要的溫度。若工藝水噴嘴頭部積灰，將噴嘴擴散面裹住，會造成噴水霧化效果差，最終導致局部灰抱團，形成灰塊，如果較大灰塊脫落，將造成文丘里和吸收塔入口煙道部位積灰，影響床層的穩定。2008年10月，該機組脫硫系統曾2次發生吸收塔床層無規律的大幅波動現象，后經檢查發現工藝水噴槍噴嘴口有積灰，噴嘴出口處有水柱現象，霧化效果差。

由于水噴嘴旋流片的安裝設計與緊固螺紋旋向相反，導致旋流片在運行中松動、脫落，高壓工藝水沒有經過旋流片破碎，而且由于旋流片松動、脫落后旋流腔的空間減小，惡化了噴嘴對水的霧化效果，使水滴不能充分蒸發，進入吸收塔的水量增大，部分循環灰顆粒潮濕，粘性增加，造成濕灰粘于吸收塔壁。隨著粘灰厚度的增加，噴槍噴出的霧滴距離塔壁距離越來越近，在還沒有蒸發時即粘在塔壁上，如此惡性循環，當積灰質量超過其與塔壁的粘附力時，突然發生塌灰，吸收塔床層壓降大幅波動，引起塌床事故。2008年9月，該機組脫硫系統由于噴嘴旋流片松動，造成噴槍的進水壓力達不到設計值，使噴槍的霧化效果惡化，大量的水滴附著在脫硫灰顆粒表面，使灰的濕度增大、粘性增加，部分灰粒團聚、結塊，掉落塔底或粘于塔壁，最終導致塌床事故的發生。

2.2 吸收塔床層壓降過低

干法脫硫工藝要求循環物料床層壓降為800～1 300 Pa，保持床層壓降即可保證吸收塔內穩定的顆粒濃度，即壓降越大顆粒濃度越高，反之壓降越小顆粒濃度越低。工藝水在噴入吸收塔后，與一定濃度的循環物料充分混合、蒸發，避免了工藝水直接沖至塔壁的可能性。通過現場測試，脫硫系統在正常運行中，按要求控制床層壓降，工藝水被物料完全攜帶的臨界點在距離塔壁約1.6 m處，可以保證不會發生吸收塔壁粘灰現象。

脫硫系統投運初期，控制床層壓降為600～1 000 Pa，略低于該工藝要求的數值。進入冬季后，機組負荷較低，煙氣量相對減少，煙氣速度下降，為保證物料的正常循環，被迫降低床層壓降，當床壓降低，其顆粒濃度低至一定程度后，塔內物料濃度相對噴水量偏少，致使部分噴水穿透物料層，發生塔壁粘灰。2008年11月，該機組在50%額定負荷左右運行時，吸收塔經常發生床層壓降瞬間突增，每3 h掉灰1次，嚴重影響脫硫系統的正常運行。

2.3 吸收塔塔底大量積灰

脫硫系統循環灰中含有CaO、Ca(OH)2、CaSO3·1/2H2O、CaSO4·1/2H2O等化學成分，而且有一定的水分，因此該灰具有粘性強、容易板結的特點。運行中，落入吸收塔底的循環灰在塔底空氣吹掃的作用下由煙氣攜帶重新進入循環過程，但在低負荷工況下落灰的次數增多，灰量也較大，致使部分循環灰積存于吸收塔底，而其進口煙道均流板垂直方向與塔底的距離只有400 mm。當積灰至一定厚度后，堵塞均流板，影響煙氣的均勻分布，使煙氣對循環灰和消石灰的攜帶能力受到影響，嚴重時可影響文丘里上部的流場，使物料出現偏流、貼壁，加劇了床層的波動和塌床。

2.4 其他因素

機組降負荷過程中，煙氣再循環擋板未及時打開或開度過小，物料循環量未及時減少，容易使塔內氣固比失衡，造成循環灰大量下落，引起吸收塔床層壓降波動。

3 吸收塔塌床的處理措施

a. 加強對噴槍、工藝水系統的定期巡檢。每周對噴槍進行1次定期檢查，從噴槍的響聲、供水回水壓力、工藝水泵壓力、吸收塔檢查孔周邊粘灰、塔內循環灰距離塔壁的深度等方面判斷噴槍的運行狀況是否正常；每月對噴槍進行1次塔外霧化效果檢查，發現問題及時處理。在吸收塔進口煙道的合適位置加裝檢查孔，定期檢查進口煙道和文丘里上部的粘灰情況。

b. 機組正常運行時，將脫硫系統床層壓降維持在800～1 300 Pa，吸收塔出口溫度維持在70～75 ℃，防止塔內物料過多，引發大量落灰，或者塔內物料過少，使噴水蒸發不良，導致物料粘壁發生塌床。

c. 嚴格執行定期排灰制度，防止塔底積灰板結，特別是在床層有明顯波動時(超過300 Pa)，應增加塔底排灰次數，防止塔底積灰過多，影響煙氣均流分布。

d. 在機組降負荷過程中，保持引風機出力與機組80%額定負荷時的出力相當，確保吸收塔內氣固比正常，床層壓降穩定。按規定及時開啟再循環擋板，在機組負荷低于80%額定負荷時，投入煙氣再循環擋板。

4 結束語

吸收塔床層壓降大幅波動，可能會引起吸收塔塌床，直接影響脫硫系統的穩定運行。馬電通過對吸收塔塌床現象的分析和研究，針對性地實施了多項設備治理工作，優化了系統的運行方式，解決了吸收塔床層壓降不穩和塌床的問題，保證了機組的脫硫效率和SO2達標排放，取得了較好的社會和環保效益。