摘要：在干法脱硫中，温度、流速、停留时间、Ca/S比、压力降、流场分布都是非常重要的参数。保证脱硫效率，温度控制是首要手段，压力降和Ca/S比是重要控制指标。运行中常见问题主要是脱硫效率低、脱硫塔湿壁和塌床，分析造成问题的原因并对症处理。
关键词：干法脱硫 循环流化床脱硫 工艺参数 常见问题分析处理
一、技术原理
吸收剂以干态进入吸收塔与烟气中的二氧化硫反应，脱硫终产物为“干态”为干法脱硫工艺。
工艺流程示意图如下：
烟气从脱硫塔底部侧向进入，经文丘里被加速，在文丘里上部渐扩段依次喷入吸收剂Ca(OH)2粉和雾化水，烟气被降温和增湿，水包Ca(OH)2粉液滴表面发生电离反应，生成Ca2+和OH-，起主要控制步骤的SO2由气膜向液膜扩散， SO2与H2O反应后电离生成H+和SO32-，SO32- 和Ca2+反应生成CaSO3。主要传质、传热和化学反应如下：
在反应过程中，颗粒之间相互碰撞和摩擦，其表面不断更新，烟气热量将塔内脱硫灰水分蒸发，终产物呈干态。经过布袋除尘器除下来的灰，大部分返回脱硫塔形成外循环，少部分终产物外排。塔内灰在塔顶部出口经槽形板分离器分离后落入塔内，形成内循环。
循环流化床烟气脱硫的主要优点：(1)系统简单，系统设备少;(2)占地面积省，工程投资少，运行费用低;(3)系统无需防腐;(4)有效脱除SO3、几乎全部脱除HCl、和HF;(5)系统布置灵活，非常适合现有机组改造;(6)脱硫副产品为干态，有利于综合利用和处置，不会造成二次污染。
主要缺点：
(1)脱硫塔出口温度应严格控制在高于露点温度15—20℃以上运行。但是如果烟气出口温度低于65℃运行，稍有不慎会造成塔内壁结露、湿壁;
(2)Ca/S比高，脱硫终产物中未反应的Ca(0H)2多;
(3)系统阻力大;
(4)流化床层压降运行不稳定会导致出口SO2浓度波动大，所以对操作人员素质要求高;
(5)脱硫终产物综合利用受限;
(6)反应速率慢。
二、系统装置介绍
吸收剂制备系统主要包括生石灰仓、消石灰仓、消化器及与之配套的布袋除尘器、称重螺旋和电动锁气给料机。在制备过程中，生石灰与水反应放出热量，将熟石灰中的水分蒸发，熟石灰变成粉末。
喷粉增湿系统主要包括喷粉风机、工艺水泵、水箱和喷嘴，其作用是将烟气降温增湿，为反应提供水分。
烟气系统主要包括烟道、电动挡板门、引风机，其作用将烟气接入和输送。
净烟气再循环吸收系统主要包括再循环烟道和电动挡板门，其作用是维持床层流化速度，确保流化床层的稳定。
输灰系统主要包括外排灰电动锁气给料机、输灰斜槽、流量控制阀、仓泵、加湿搅拌机等，其作用是为吸收塔提供稳定的外循环灰。
电控系统主要包括电气柜、DCS或PLC控制柜、UPS、CEMS、电动执行机构、流量计和压力变送器等。作用是为装置提供动力和自动控制、检测报警等。
三、主要脱硫参数的影响
脱硫反应的主要参数有温度、Ca/S比、流速、停留时间、流场分布、消石灰品质、压力降、雾滴粒经。
1、温度
温度是影响脱硫反应推动力的主要因素之一，脱硫塔出口温度高低是通过喷水量控制的。反应温度与露点温度的差值常称近露点温度(ADST)。表面未被增湿的Ca(OH)2(S)是没有活性的，与SO2(g)反应较慢。为使反应进行，必须在烟气中喷入雾化水。喷水量越大，ADST越小，烟气湿度大，水滴碰撞并捕捉脱硫剂几率增加，浆液滴含水量大，浆液完全蒸发所需时间延长，反应时间增加;另一方面，温度低，反应速率越快。综合作用下，脱硫效率随ADST降低呈指数增长，即使Ca/S比低和Ca(OH)2活性不高也有很高的脱硫效率。喷水降温对脱硫效率具有显著效果。但ADST也不是越低越好，ADST越低，脱硫塔出口温度低，会造成塔内物料粘结、湿壁，严重时造成入口烟道和脱硫塔堵塞，甚至会影响后面布袋除尘器和风机运行。湿度过高，水分完全蒸发时间越长，塔高增加，投资和运行费用增加。
通常烟气结露点一般在48℃-51℃，系统一般在结露点温度15℃—20℃以上运行。如从18℃降低至11℃，脱硫效率会提高约30%，温差降到11℃以下，操作运行极为困难。
2、Ca/S比
工业上的Ca/S比是指参加化学反应的总钙量与总硫量的比，亦称有效Ca/S比。
相同温度下，影响反应速率最重要的是Ca(OH)2(l)和SO2(g)浓度。Ca/S比小，烟气中的SO2不能完全反应，脱硫效率低。随着Ca2+浓度增加，Ca/S比逐渐增大，液滴传质阻力减小，颗粒溶解阻力减小，反应传质推动力增大，脱硫效率提高明显， Ca/S比太高，造成Ca2+浓度过量，SO2从气相向液相扩散、溶解和电离成为控制反应的主要步骤，Ca2+有效利用率下降，脱硫效率增势趋缓，同时运行成本上升。一般设计Ca/S比1.2-1.5。据有关报道，当Ca/S比达到1.5，脱硫效率约为90%，此时约40%的脱硫剂不能被有效利用。如果提高脱硫效率达到97%以上时， Ca/S比通常不再作为考核指标。
有30%-40%的活性钙来自于外循环中灰的补充，外循环灰的引入延长了脱硫剂与烟气中SO2的接触反应时间，提高了Ca2+的有效利用率也提高了脱硫效率。
3、流速
烟气流速是烟气流量与脱硫塔内过流面积的比值。根据《火电厂烟气脱硫工程技术规范烟气循环流化床法》(HJ/T 178-2005)标准，塔内循环建立后粉尘浓度按标准状态下0.8～1Kg/m3设计，操作速度为3.5-5m/s，一般为4.5m/s。文丘里喉口35-40m/s，最高到60m/s。若要求提高脱硫效率，塔内物料浓度达到2Kg/m3，塔内流速选取必须保证流化速度大于床层灰的沉降速度。塔容积一定时，塔内流速选取越大，停留时间越短，对反应越不利。
4、停留时间
停留时间是吸收塔有效高度与烟气流速的比值。停留时间越长，脱硫剂与SO2反应越彻底，脱硫效率越高。据报道，脱硫效率在90%时，停留时间至少在4s以上。最大粒径大于100µm的消石灰浆雾滴，在70-80℃反应条件下，需5s以上才能充分蒸发，才不致于对后续的除尘器、引风机等设备造成积灰影响。烟气在脱硫塔内的停留时间最大设计为8s。一般要求停留时间大于液滴干燥时间即可，过大会增加脱硫塔的设备投资。延长停留时间可减小Ca/S比，可以减少运行费用，并对后续除尘有利。
5、流场分布
脱硫系统一般设计为：锅炉→电除尘→脱硫塔→布袋除尘器→引风机→烟囱。
烟气单侧从下部引入脱硫塔，经七管式文丘里进行整流。流畅均布是通过复杂的计算机模拟实现的。如果流场不均出现湍流和偏心，湿壁现象不可避免，严重时整个系统不能稳定运行。
稳定的流场，关键在于建立稳定的静压分布和均匀的速度分布。外循环灰采用空气斜槽输送，并防止循环灰板结(湿度小于3%)，入塔前为稳定流化状态，以便于很好融入流化床层中，是实现外部连续供应的关键。
6、生石灰和消石灰品质
生石灰要求：CaO>85%，T60<4min，粒度<1mm。高品质的消石灰需要高品质的生石灰。消石灰浓度一般为90%以上，最低不能小于85%。消石灰的粒径越小，比表面积大，脱硫剂与SO2的接触面积就越大，反应速率越高。消石灰杂质多，颗粒大，会增加动力消耗和还会增加磨损输灰管道的风险，从而增加运行和围护成本。
7、压力降
建立稳定的流化床床层是保证脱硫效率和运行稳定的关键。循环流化床内的固体颗粒浓度是侧面反映流化床运行正常的重要参数，浓度一般为1 kg/m3-2kg/m3。在实际运行中通过设定吸收塔的进出口压差来实现调节床内的固体颗粒浓度，通过调节斜槽流量控制阀来控制脱硫塔内的压降。
正常情况下压差为600Pa—1200Pa，超出范围内时，控制系统自动调整输灰斜槽流量控制阀。
利用吸收塔进口烟道的静压低于引风机出口静压，不需要另外安装风机，通过再循环烟道将引风机下游的部分净烟气送回脱硫塔入口。
净烟气再循环挡板门的开度是根据锅炉出口烟气量的变化自动控制的，只要锅炉出口烟气量下降到正常满负荷运行工况下烟气量设定值的70%以下时，挡板门将自动开启并根据烟气量变化自动跟踪调节，相应的滞后时间不超过2分钟，确保塔内烟气流速趋于稳定，防止“塌床”。
四、常见问题分析处理
1、影响脱硫效率的主要因素
(1)温度
温度是保证脱硫效率的首要控制手段，一般控制在65℃至75℃附近运行，达到排放标准，温度应尽可能高一些。为方便检修，喷嘴最好备用一套，保证脱硫效率不会因停水骤降。烟气入塔温度过高或过低，都会影响脱硫效率。提高脱硫系统烟气入口温度可提高脱硫效率，因较高的温度允许喷入更多的水降温，反应的总表面积增加，也提高了SO2的气相扩散系数。入塔温度过高，烟温降不到反应温度，脱硫效率难以提高;入塔温度过低，喷入雾化水量过少，脱硫反应难以进行，需喷入热水降温，提高喷水量。入塔温度一般控制在110-135℃。
(2) 生石灰的活性
消石灰的活性决定于生石灰质量。生石灰品质高，表面积大，活性高，粒径90%以上通过1mm以下，活性度T60≤4min，可消化的有效成分多，脱硫过程中钙的有效利用率就高，对提高脱硫效率有明显效果。如果Ca(OH)2含杂质多，或消化后生成Ca(OH)2的存放时间过长， Ca(OH)2与CO2发生反应，遇水产生潮解，相应降低脱硫剂的活性，会严重影响脱硫效率。Ca(OH)2存放时时间不得超过三天。
(3)Ca/S比
脱硫效率随Ca/S的增大而增大，提高到一定程度，脱硫效率增加趋缓，此时运行费用会大幅增加。为保证喷粉系统正常运行，喷粉管道建议备用一条，至少应备用一台喷粉风机。
(4)SO2入口浓度
脱硫效率随入口SO2浓度的增加而下降，因SO2浓度高，气相分压大，反应速率低。SO2入口浓度一般不超过1800 mg/Nm3。
(1)压力降
压力降是最常用的控制参数，压力降越高固气比越大， Ca/S比高，参与反应的床料多，脱硫效率高。如果太大，烟气负荷稍一波动，容易造成“塌床”。脱硫塔压力降一般不超过1500 Pa，最大不超过2000Pa。
(6)雾滴粒径
雾滴粒径是通过高效喷嘴的合理选型实现的，高压回流喷嘴和双流体喷嘴各有千秋。雾滴粒径最低不能大于80-150µm，否则会形成滴流，增加脱硫塔湿壁的风险。从操作稳定可靠方面考虑，笔者建议用高压回流喷嘴。
(7)自动化水平
喷粉量、喷水量根据锅炉负荷、烟气量、入口浓度和出口浓度自动跟踪调节，保证调节不滞后，否则会影响脱硫效率。
2、脱硫灰湿壁
导致湿壁现象主要原因：
(1)烟气流场分布不均，烟气在吸收塔内呈湍流、偏流状态，水雾、脱硫灰碰到塔内壁或塔内构件很容易结块，形成块状后粘壁会越积越多，结块松散时，会造成大块脱硫灰落下，在塔外面有时能听到内部大块脱硫灰落下响声。
(2)烟气塔内反应段温度过低，低于65℃，而干燥段温度小于70℃，操作运行很难控制，稍有不慎，很容易造成湿壁。
(3)外循环灰过湿，未充分干燥的脱硫灰不断粘结成团造成湿壁。脱硫循环灰湿度宜取2%左右，湿度越高，湿壁的机率越大。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Ca(OH)2粉后喷水;停运时，先停水后停Ca(OH)2粉。以后启动时，先启动外循环，建立起稳定的流化床后再开始喷Ca(OH)2粉和水。
(4)喷嘴埋在流态不稳定、湿度不均匀的循环流化床层中，循环灰表面含水不均匀，且有游离状态的液滴，易造成喷嘴及喷嘴上部吸收塔渐扩段的粘结、湿壁，装置不能长期稳定运行。
(5)塔内压差过低，低于500Pa以下，烟气中的循环灰量太少，容易造成循环灰过湿，容易产生湿壁。
3、吸收塔“塌床”
(1)布袋除尘器下船型灰斗，主要是为循环灰进行缓冲储料，料层较高(2-3m); 输送循环灰的输送斜槽，料层较低(200mm)。料层厚度不同，则压降不同，输送气压也就不一样，不能使用同一台罗茨风机供气。循环灰在流化槽段更容易结团，导致大量大颗粒脱硫灰入塔，这些颗粒与循环流化床设计流速不一样，循环流化床系统床料失稳最终塌床。
(2)床层压降太大，超过一定值时，在烟气负荷波动较大时，如烟气量低于正常负荷70%，净烟气再循环不能及时跟踪运行，烟气速度小于流化速度容易“塌床”。塌床发生后应及时外排，防止堵塞入口烟道。
五、技术进度
1、脱硫塔干燥段逆向喷入消石灰浆液，可提高20%-30%左右的脱硫效率。
2、脱硫塔分段给水，水量递减，分段增湿。在脱硫灰水分干燥恰好完成阶段喷水，提高脱硫效率。
3、充分利用炉内喷钙剩余的CaO，降低后续脱硫塔的Ca/S比，降低运行费用。
4、在Ca(OH)2中添加1%NaOH、或2%MgO或CaCl2和NaCl。也有报道添加硅石粉和高炉渣，改善Ca(OH)2微径结构和比表面积。
5、后续处理采用布袋除尘器对脱硫的贡献效率提高10%-20%。
6、抬高反应器高度，延长停留时间。
7、锅炉与除尘器之间的烟道作为反应器进行脱硫，即给烟道中喷入吸收剂浆液，浆滴边蒸发边反应，反应产物以干态粉末出烟道。
六、结论
通过以上综合分析，总结出在干法脱硫工艺中，温度、流速、停留时间、Ca/S比、压力降、流场分布都是非常重要的工艺参数。降低温度可显著提高脱硫效率，在实际运行操作中，脱硫塔出口烟气温度、压力降、入口SO2浓度和Ca/S比是最直接和常用控制指标。运行常见问题主要是脱硫效率低、脱硫塔湿壁和塌床。影响脱硫效率的因素主要是温度、Ca/S比、入口SO2浓度、压力降、脱硫剂品质、流场分布、雾滴粒径和自动化控制水平。脱硫塔湿壁的原因主要是烟气流场分布不均、烟气塔内反应段温度过低、塔内压差低于500Pa、塔外循环灰湿度大于3%、喷嘴产生滴流。塌床主要原因是床层压降太大，烟气负荷波动较大;输灰斜槽循环灰结团。通过分析问题产生的原因，采取有针对性的控制和预防措施，避免异常现象发生。
参考文献：
1.JB/T11263-2012 燃煤烟气干法/半干法干法脱硫设备运行维护规范
2.郝吉明 王书肖 陆永琪 燃煤SO2污染控制手册 北京：化学工业出版社 2001
3.谷林 张延玲 林刚 李士琦 半干法干法烟气脱硫机理及影响因素 过程工程学报 2008年6月
4.陈磊 干法脱硫工艺的应用与探讨 化肥设计 2011年4月
5.李若萍 循环流化床干法烟气脱硫技术的应用 江西电力 2009年第1期
6.彭皓 陈健炜 黄再培 循环流化床干法烟气脱硫技术在临沂电厂的应用 能源工程 2008年第1期
7.乔宏伟 黄盛珠 半干法干法循环流化床烟气脱硫效率影响因素分析 锅炉制造2007年10月
8.谭鑫 钟儒刚 甄岩 佘远斌 张凡 钙法烟气脱硫技术研究进展 化工环保 2003年12月
(供稿单位：山东神华山大能源环境有限公司 中节能六合天融环保科技有限公司)
