楊群山

（吉林省吉林市熱力集團(tuán)有限公司，吉林 吉林 132000）

0 引言

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度不斷加快的情況下，我國的生態(tài)文明建設(shè)工作越來越深入。在當(dāng)前的生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作中，對(duì)鍋爐排氣和大氣污染排放的標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格。為了確保鍋爐煙氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，降低能耗，需要對(duì)潔凈煤燃燒先進(jìn)技術(shù)循環(huán)流化床燃煤鍋爐進(jìn)行應(yīng)用。在循環(huán)流化床燃煤鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行過程中，需要加強(qiáng)煙氣脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)測，對(duì)該技術(shù)進(jìn)行充分應(yīng)用，提高循環(huán)流化床煙氣脫硫系統(tǒng)的應(yīng)用水平，保證煙塵去除率達(dá)標(biāo)。

1 煙氣脫硫技術(shù)類型

現(xiàn)階段，在鍋爐運(yùn)行過程中，可以根據(jù)不同分類方法對(duì)煙氣脫硫系統(tǒng)的具體技術(shù)類型進(jìn)行劃分。

1.1 按照脫硫劑種類分類

根據(jù)脫硫劑的種類進(jìn)行分類時(shí)，對(duì)煙氣脫硫技術(shù)進(jìn)行劃分包含以石灰石為基礎(chǔ)的脫硫技術(shù)、以氧化鎂（MgO）為基礎(chǔ)的脫硫技術(shù)、以亞硫酸鈉（Na2SO3）為基礎(chǔ)的脫硫技術(shù)、以氨氣（NH3）為基礎(chǔ)的脫硫技術(shù)、以有機(jī)堿為基礎(chǔ)的有機(jī)堿法脫硫技術(shù)。

1.2 按照脫硫過程分類

根據(jù)脫硫過程對(duì)煙氣脫硫技術(shù)進(jìn)行分類時(shí)，主要是按照燃燒前后進(jìn)行分類，包含燃燒前、燃燒中、燃燒后脫硫3 種類型。燃燒前脫硫在應(yīng)用過程中需要發(fā)揮選煤技術(shù)的優(yōu)勢。在燃料燃燒之前需要對(duì)其含硫量進(jìn)行控制，達(dá)到脫硫的目的。燃燒中的脫硫技術(shù)主要是指燃料在燃燒過程中開展脫硫操作，在燃燒時(shí)需要投入脫硫劑，借此脫除二氧化硫。循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)就屬于在燃燒中進(jìn)行脫硫的技術(shù)類型。燃燒后脫硫需要在煙道外設(shè)置脫硫設(shè)備，完成煙氣脫硫。應(yīng)用比較普遍的技術(shù)是石灰石－石膏法[1]。

1.3 按照吸收劑和脫硫產(chǎn)物分類

在煙氣脫硫過程中脫硫劑有干濕狀態(tài)，也可以將其分成濕法脫硫技術(shù)和干法脫硫技術(shù)、半干半濕法脫硫技術(shù)。濕法脫硫技術(shù)在運(yùn)行中將脫硫漿液噴入脫硫塔，可以使其與煙氣混合，煙氣中的二氧化硫和脫硫漿液出現(xiàn)反應(yīng)生成亞硫酸鈣（CaSO3）達(dá)到脫硫的目的。濕法脫硫技術(shù)的脫硫效率比較高，整體投資成本相對(duì)較低，設(shè)備占用的空間也相對(duì)較小，操作比較簡單方便，但是很容易出現(xiàn)二次污染，并且廢水后處理問題是難點(diǎn)，能耗比較高。干法脫硫技術(shù)需要將CaCO3直接噴入爐膛，高溫鍛造分解成氧化鈣（CaO），與煙氣中的二氧化硫直接發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸鈣。通過電子束照射、活性炭吸附能夠?qū)Χ趸蜻M(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其成為硫酸銨或者硫酸。干法脫硫技術(shù)在應(yīng)用過程中的整體操作相對(duì)簡單，并且在整個(gè)脫硫處理過程中不會(huì)產(chǎn)生污水，也不需要進(jìn)行酸處理，整體運(yùn)行功耗比較低，凈化后的煙氣溫度相對(duì)較高，排氣效率比較高，并且在干法脫硫操作過程中不會(huì)出現(xiàn)白煙問題，對(duì)煙氣進(jìn)行凈化后也不需要二次加熱，產(chǎn)生的腐蝕問題比較小[2]。

2 循環(huán)流化床煙氣脫硫系統(tǒng)概述

2.1 循環(huán)流化床工藝組成

在本次研究過程中，循環(huán)流化床作為脫硫、除塵一體化煙氣脫硫技術(shù)具有突出的應(yīng)用效益。在循環(huán)流化床運(yùn)行過程中可以改造原有的除塵器，利用一級(jí)電除塵器保證粉煤灰的綜合利用效果。對(duì)循環(huán)流化床進(jìn)行改造升級(jí)后，脫硫系統(tǒng)的主要組件包括預(yù)電除塵器、物料再循環(huán)工藝系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、水應(yīng)用系統(tǒng)、吸收劑制備系統(tǒng)、脫硫后除塵器、儀器控制系統(tǒng)等不同結(jié)構(gòu)組成。

在該系統(tǒng)運(yùn)行過程中，從空氣預(yù)熱器中排除煙氣后，預(yù)除塵器可以完成煙氣初步處理，之后從底部進(jìn)入脫硫塔內(nèi)，高溫?zé)煔庖约拔談┭h(huán)，脫硫灰可以完成預(yù)混合之后進(jìn)行脫硫操作。在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，吸收劑和氯化氫（HCl）、氟化氫（HF）可以發(fā)生反應(yīng)，脫硫塔底部的文丘里管加速后可以使其進(jìn)入循環(huán)流化床體內(nèi)部，物料在循環(huán)流化床體內(nèi)為氣固兩相。受氣流作用可以實(shí)現(xiàn)湍動(dòng)混合保證物料接觸充分，上升時(shí)形成的絮狀物在湍動(dòng)中解體，在氣流的提升作用下，會(huì)形成內(nèi)循環(huán)顆粒流，這一顆粒流與循環(huán)流化床類似。氣固兩相的滑落速度比較高，一般是單顆粒滑落速度的幾十倍甚至以上。脫硫塔運(yùn)行時(shí)，頂部結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)絮狀物的下沉作用進(jìn)行強(qiáng)化，確保脫硫塔內(nèi)部顆粒床層的密度符合要求。循環(huán)流化床體內(nèi)的鈣硫比在50 以上。在氣固兩相機(jī)制的作用中，可以強(qiáng)化氣固之間的傳質(zhì)和傳熱效果，保證脫硫效率處于較高水平[3]。

在對(duì)循環(huán)流化床的整體運(yùn)行結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造時(shí)，需要將噴水裝置設(shè)置在文丘里管出口擴(kuò)管的管段，噴霧的霧化水能夠使用反應(yīng)器內(nèi)的煙塵溫度降低，煙塵溫度比煙氣爐溫度高15℃左右時(shí)，可以確保二氧化硫和氫氧化鈣（Ca（OH）2）完全反應(yīng)。此時(shí)，吸收劑以及循環(huán)脫硫灰在文丘里管的塔內(nèi)可以進(jìn)行充分反應(yīng)生成副產(chǎn)物石膏（CaSO3·1/2H2O）。與此同時(shí)，與三氧化硫（SO3）、HCl 等可以反應(yīng)生成副產(chǎn)物石膏以及氟化鈣（CaF2）、氯化鈣（CaCl2）。煙氣上升時(shí)，顆粒中的一部分物質(zhì)會(huì)隨著煙氣排出脫硫塔，還有一部分物質(zhì)因?yàn)樽陨碇亓吭驎?huì)重新進(jìn)入循環(huán)流化床內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，確保流化床的床層顆粒濃度穩(wěn)定，能夠延長吸收劑的反應(yīng)時(shí)間。在煙氣處理完成后，含塵煙氣直接可以從脫硫塔的頂部排出并轉(zhuǎn)向脫硫除塵器。通過引風(fēng)機(jī)將其引入煙囪后，除塵器可以捕集固體顆粒，之后除塵器地再循環(huán)系統(tǒng)可以將捕捉到的固體顆粒返回到脫硫塔持續(xù)反應(yīng)。通過這種循環(huán)操作可以確保多余的脫硫灰渣及時(shí)進(jìn)入脫硫灰倉內(nèi)，通過罐車和二級(jí)輸送設(shè)備排出。

2.2 循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中操作比較簡單，綜合造價(jià)水平比較低。循環(huán)流化床煙氣脫硫系統(tǒng)的綜合造價(jià)與當(dāng)前的濕法脫硫工藝50%造價(jià)成本相當(dāng)，并且在后期開展系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)工作時(shí)工作量比較少，能夠降低維護(hù)費(fèi)用。流化床的工藝維護(hù)工作量比較小，整個(gè)系統(tǒng)僅僅需要對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵等進(jìn)行維護(hù)，費(fèi)用是整個(gè)系統(tǒng)投資的1%左右。在循環(huán)流化床煙機(jī)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行過程中的整體電耗量比較低，其占發(fā)電總量的0.5%～0.7%，如果利用布袋除塵器，其電耗量會(huì)更低。此外，在循環(huán)流化床煙氣脫硫系統(tǒng)運(yùn)行過程中水損耗量也比較低，因?yàn)樵撓到y(tǒng)只有生石灰消化系統(tǒng)和吸收塔降溫系統(tǒng)這兩個(gè)環(huán)節(jié)需要利用水，整個(gè)系統(tǒng)的水耗量是濕法脫硫系統(tǒng)工藝水耗量的70%左右。該系統(tǒng)在運(yùn)行過程中不需要對(duì)防腐措施進(jìn)行考慮，主要是因?yàn)樵摴に囋谶\(yùn)行中除了幾乎全部的HCl、HF 和SO3，煙氣溫度高于露點(diǎn)溫度高15℃，其他環(huán)節(jié)均沒有腐蝕情況。在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中，幾乎所有設(shè)備的材質(zhì)為碳鋼，耐腐蝕性較強(qiáng)。

在該工藝運(yùn)行過程中整個(gè)工藝都比較簡單可靠，受燃煤含硫量的限制較小，當(dāng)燃煤含硫量為1.1%～1.20%，鈣硫比不會(huì)超過1.2，脫硫率超過90%，并且排煙溫度為70℃以上。并且在系統(tǒng)運(yùn)行中，即使使用的燃煤含硫量變化，也不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響，僅需要根據(jù)煤炭含硫量的實(shí)際情況完成鈣硫比、吸收劑量調(diào)整即可。此外，該系統(tǒng)對(duì)鍋爐負(fù)荷適應(yīng)力要求并不高，可以通過調(diào)整吸收劑量、水平、吸收塔壓漿適應(yīng)不同負(fù)荷應(yīng)力的鍋爐。整個(gè)工藝系統(tǒng)的脫硫效率在90%以上，并不需要設(shè)置煙氣換熱器，可以防止煙氣換熱器漏風(fēng)對(duì)換脫硫效率產(chǎn)生的負(fù)面影響。在操作過程中吸收劑需要利用生石灰粉或者消石灰粉，對(duì)這兩者的要求相對(duì)較高，吸收劑來源比較少。這一部分副產(chǎn)物的綜合利用價(jià)值也不如脫硫石膏。這也是循環(huán)流化床煙氣脫硫系統(tǒng)在運(yùn)行過程中存在的主要不足。

3 循環(huán)流化床煙氣脫硫系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化建議

3.1 二氧化硫吸收系統(tǒng)優(yōu)化建議

在循環(huán)流化床煙氣脫硫系統(tǒng)運(yùn)行過程中，需要明確吸收塔對(duì)脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的具體影響，重視二氧化硫吸收系統(tǒng)的優(yōu)化工作。具體可以采取以下措施。

（1）科學(xué)設(shè)定液氣比。在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中，對(duì)液氣比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)可以擴(kuò)大塔內(nèi)的噴淋密度以及面積，對(duì)提升脫硫效果有幫助。通過優(yōu)化的液氣比一般保持在8～25L/m3。

（2）對(duì)煙氣速度進(jìn)行科學(xué)設(shè)定。提高煙氣速度對(duì)降低吸收塔的直徑有積極作用。這樣可以減少鋼材使用量和其他設(shè)備的消耗，可以對(duì)改造成本進(jìn)行合理控制。但是需要注意要對(duì)煙氣壓縮速度進(jìn)行合理控制，不能過大，否則會(huì)導(dǎo)致吸收塔內(nèi)部壓力以及運(yùn)行負(fù)荷上升。一般情況下，煙氣速度為3.5m/s。

3.2 對(duì)吸收塔直徑進(jìn)行優(yōu)化

在吸收塔直徑優(yōu)化過程中，需要分析脫硫塔內(nèi)部的傳質(zhì)和氣液分布情況，如果煙氣速度本身處于較小的范圍，流速增加速度超過壓降增加速度，煙氣速度處于持續(xù)上升的狀態(tài)，有很大可能引發(fā)液返問題。對(duì)吸收塔直徑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮吸收劑液滴大小，保證煙氣速度值的合理性[4]。

3.3 加強(qiáng)噴淋層計(jì)算優(yōu)化

在噴淋層設(shè)計(jì)選型過程中需要對(duì)噴頭材質(zhì)進(jìn)行確定，目前比較常見的噴頭材質(zhì)為玻璃鋼材質(zhì)和碳鋼材質(zhì)。玻璃鋼材質(zhì)具有較強(qiáng)的耐磨性能和耐化學(xué)腐蝕性能，但是硬度比較低，僅僅用來制作硬度要求不高的支管。碳鋼材質(zhì)的硬度相對(duì)較高，可以作為關(guān)鍵管道發(fā)揮作用。

噴淋層在安裝布置過程中需要確定噴嘴在塔內(nèi)的實(shí)際位置。根據(jù)環(huán)境的實(shí)際情況明確噴嘴和支管的距離，可以防止脫硫漿液和噴嘴碰撞。在對(duì)噴淋款式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，脫硫塔的噴嘴必須具有較強(qiáng)的耐磨性和耐腐蝕性能，一般以螺旋式或者錐切形為主。大口徑設(shè)計(jì)可以避免噴嘴被堵塞或者結(jié)垢問題，使氣液接觸充分，保證霧化效果。

3.4 加強(qiáng)除霧器優(yōu)化

在除霧器優(yōu)化過程中需要對(duì)其進(jìn)行科學(xué)選型。折流板型除霧器在應(yīng)用過程中垂直放置時(shí)，折流板的數(shù)值為20～70mm，煙氣流量為2～3m/s，在水平放置情況下煙氣流量為6～10m/s。波形板除霧器在發(fā)揮作用的過程中，需要借助液滴慣性力進(jìn)行分離，在氣流速度固定的情況下，大體積液滴慣性比較大，會(huì)出現(xiàn)明顯的分離情況。臨界分離粒徑可以作為對(duì)除霧器能力進(jìn)行評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，數(shù)值越小，說明除霧器的整體運(yùn)行能力比較強(qiáng)。在對(duì)煙氣的停留時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，需要對(duì)煙氣流速、脫硫噴淋塔內(nèi)時(shí)間分析。為了防止脫硫漿液進(jìn)入煙道，第1 層脫硫噴淋層的高度應(yīng)設(shè)置為3～3.5m，噴淋層間需要設(shè)置成2～2.5m。這樣能夠保證煙氣在脫硫塔內(nèi)有充分的停留時(shí)間，從而達(dá)到高效去除二氧化硫的目的。

在除霧器優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，還要對(duì)沖洗參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，沖洗時(shí)需要清除除霧器的固體殘?jiān)约皻埩魸{液，防止出現(xiàn)堵塞或結(jié)垢問題，否則會(huì)導(dǎo)致煙氣流動(dòng)時(shí)的阻力上升，影響脫硫效果。在設(shè)計(jì)過程中，對(duì)兩層沖洗水力量進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)，第1 層1L/（s·m2），第2 層為0.34L/（s·m2）。

3.5 系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化建議

在系統(tǒng)運(yùn)行過程中采取的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施主要包含以下內(nèi)容。

（1）對(duì)爐內(nèi)的脫硫效率進(jìn)行優(yōu)化。需要加強(qiáng)床溫控制工作，循環(huán)流化床的床溫會(huì)對(duì)脫硫劑的使用效果產(chǎn)生影響。如果床溫在800℃以下或者在870℃以上，都不利于形成脫硫反應(yīng)，會(huì)對(duì)脫硫效果產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，鍋爐的床溫最好保持在800～870℃，確保脫硫劑可以充分發(fā)揮作用，提高脫硫效果。除此之外，還要對(duì)鍋爐內(nèi)部的脫硫特性進(jìn)行充分利用，爐內(nèi)脫硫之后煙氣有活性氧化鈣可以降低吸收劑的使用量，對(duì)活性氧化鈣進(jìn)行充分利用能夠進(jìn)一步提高脫硫效果，可以達(dá)到少用，甚至不用吸收劑完成脫硫要求的目的，對(duì)降低脫硫成本有積極作用[5]。

（2）石灰石品質(zhì)控制。在運(yùn)行優(yōu)化過程中還要加強(qiáng)石灰石品質(zhì)控制。石灰石的質(zhì)量對(duì)脫硫效果有決定性影響。對(duì)石灰石進(jìn)行選擇時(shí)，需要選擇含水率在1%的石灰石粉。石灰石粉碎系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中，需要按照分級(jí)粉碎的原則，粗碎可以利用破碎機(jī)，細(xì)碎利用柱磨機(jī)。如果石灰石的來料粒徑在30mm 以下，可以直接使用磨機(jī)進(jìn)行操作。石灰石的顆粒粒徑要保持在0.2～1.5mm。

（3）對(duì)物料滯留時(shí)間進(jìn)行控制。這也是運(yùn)行優(yōu)化的主要措施之一。爐膛內(nèi)的煙氣二氧化硫和氧化鈣有效反應(yīng)時(shí)間越長，可以大大提高脫硫效果。因此，需要對(duì)硫化風(fēng)速、循環(huán)倍率、煙氣速度等參數(shù)進(jìn)行有效控制。

4 結(jié)語

在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了保證脫硫效率，需要對(duì)循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，該工藝能夠滿足我國現(xiàn)有的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。在煙氣脫硫系統(tǒng)應(yīng)用過程中，需要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況對(duì)脫硫技術(shù)進(jìn)行科學(xué)選擇，根據(jù)循環(huán)流化床煙氣脫硫系統(tǒng)的具體運(yùn)行情況對(duì)優(yōu)化措施進(jìn)行科學(xué)應(yīng)用，充分發(fā)揮循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，減少鍋爐煙氣中的污染排放量，提高生產(chǎn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。