脫硫塔入口煙道干-濕交界面積垢原因分析及對(duì)策

張曉玲，趙文亮，程家慶,王冬梅

(華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310030)

脫硫塔入口煙道干-濕交界面積垢原因分析及對(duì)策

張曉玲，趙文亮，程家慶,王冬梅

(華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310030)

以某660MW機(jī)組為例，對(duì)于石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)中脫硫塔入口干-濕交界面區(qū)域大量積垢的原因進(jìn)行了研究，分析了該區(qū)域的垢樣組成，初步總結(jié)了脫硫塔入口煙道積垢的發(fā)生過(guò)程，并針對(duì)該問(wèn)題提出了解決對(duì)策。合理加裝導(dǎo)流板來(lái)改善入口煙道氣流分布和優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行方式可以有效解決該問(wèn)題。

脫硫塔；干-濕交界面；積垢；堵塞

1 概況

石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)是世界范圍內(nèi)煙氣脫硫的主流技術(shù)，具有脫硫效率高，投資成本相對(duì)較低，系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。但是在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)中接觸漿液以及濕煙氣的各個(gè)區(qū)域結(jié)垢、堵塞以及腐蝕問(wèn)題極易發(fā)生[1]，一直未能得到有效的解決。由于我國(guó)火電廠大部分已取消了脫硫旁路，因此脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行情況將直接影響機(jī)組的正常運(yùn)行。脫硫塔入口煙道為典型的干-濕交界面，極易發(fā)生結(jié)垢，甚至造成堵塞[2-3]。該區(qū)域結(jié)垢的發(fā)生與原煙氣含塵濃度、煙道的布置及氣流均勻性都有直接的關(guān)系[4-8]，同時(shí)入口煙氣流速對(duì)吸收塔內(nèi)部流場(chǎng)分布也具有明顯的影響[9]。本文對(duì)某發(fā)電公司660MW機(jī)組出現(xiàn)的脫硫塔入口煙道干-濕交界面結(jié)垢堵塞原因進(jìn)行深入研究，并提出了一系列解決對(duì)策，期望對(duì)于今后類(lèi)似機(jī)組的類(lèi)似問(wèn)題起到指導(dǎo)和幫助作用。

某發(fā)電公司660MW超臨界直流爐，配套建設(shè)石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)。脫硫系統(tǒng)入口煙氣量2206020m3/h,入口煙溫120℃，入口煙氣SO2濃度6400mg/m3，入口煙氣粉塵濃度30mg/m3，脫硫系統(tǒng)主設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 FGD主要設(shè)備選型參數(shù)

項(xiàng) 目數(shù) 值吸收塔直徑/m16.4吸收塔高度/m40.5噴淋層數(shù)4噴淋層間距/m2.20單臺(tái)循環(huán)泵流量/mg3·h-19600空塔煙氣流速/m·s-14.0液氣比15.45下層噴淋管與入口煙道上沿間距/m2.10

2 存在的問(wèn)題

該發(fā)電公司660MW機(jī)組脫硫系統(tǒng)在歷次停機(jī)檢修中發(fā)現(xiàn)入口煙道干-濕交界面存在少量結(jié)垢現(xiàn)象，但是該系統(tǒng)在拆除GGH后，僅運(yùn)行3個(gè)月后機(jī)組開(kāi)始出現(xiàn)明顯異常，增壓風(fēng)機(jī)入口壓力由原來(lái)的-800～-400Pa增長(zhǎng)為正壓+400～700Pa，隨后在系統(tǒng)高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)出現(xiàn)明顯喘。為了減緩增壓風(fēng)機(jī)的喘振，該機(jī)組只能降負(fù)荷運(yùn)行，但是增壓風(fēng)機(jī)電流與滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)相差不多。機(jī)組停運(yùn)檢修時(shí)從人孔門(mén)處發(fā)現(xiàn)垢物大量堆積導(dǎo)致該區(qū)域煙氣流通面積明顯減少，系統(tǒng)阻力大幅提高。同時(shí)檢修了除霧器，發(fā)現(xiàn)其未發(fā)生結(jié)垢和堵塞，因此可以確定增壓風(fēng)機(jī)喘振的原因就是吸收塔入口煙道處大量積垢引發(fā)堵塞。

入口煙道內(nèi)產(chǎn)生大量垢物不僅產(chǎn)生系統(tǒng)阻力，影響增壓風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，同時(shí)改變了煙氣的停留時(shí)間和分布特性，對(duì)塔內(nèi)氧化風(fēng)管、攪拌器等設(shè)備的正常工作帶來(lái)安全隱患[10-11]。當(dāng)垢量較大時(shí)，由于垢物的密度較大，還會(huì)嚴(yán)重影響煙道的正常承載能力，導(dǎo)致煙道變形，破壞入口煙道的防腐層。

3 干-濕交界面垢樣分析

為了分析垢物的來(lái)源，對(duì)于脫硫塔入口煙道干-濕交界面區(qū)域垢樣的晶相組成進(jìn)行了分析化驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。對(duì)比分析了該系統(tǒng)石膏樣品和脫硫漿液固體物質(zhì)成分，具體結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 垢樣分析結(jié)果 %

表3 石膏及漿液所含固體分析結(jié)果 %

石膏是由脫硫循環(huán)漿液脫水制成，通過(guò)分析可知石膏與脫硫漿液中所含有的固體物質(zhì)組成基本相同，石膏晶體為明顯的短柱狀，粒徑以40～60μm為主。入口煙道垢樣主要組成為硬石膏CaSO4、燒石膏CaSO4.1/2H2O、石灰石CaCO3，與脫硫石膏的元素組成較為相似，但是其晶體組成與石膏又大不相同，呈現(xiàn)為多孔狀混雜形態(tài)，其中存在大量片狀晶體結(jié)構(gòu)和非晶相物質(zhì)，且Mg、Si含量較高。初步分析脫硫塔入口煙道垢物主要來(lái)源于循環(huán)漿液，由于該區(qū)域?yàn)楦?濕交界面，高溫原煙氣不斷沖刷垢樣表面，使其所含的結(jié)晶水丟失，同時(shí)由于入口煙氣還含有一定濃度的粉塵，粉塵與脫硫漿液中的硫酸鈣、亞硫酸鈣在高溫?zé)煔獾淖饔孟拢磻?yīng)生成了成分復(fù)雜的物質(zhì)，形成了大量的硬垢。

4 干-濕交界面大量積垢原因分析

4.1 煙道布置不合理

本臺(tái)機(jī)組為了降低出口SO2排放濃度，該脫硫系統(tǒng)進(jìn)行了增容改造，改造工作第一步是拆除GGH，并對(duì)脫硫塔入口煙道進(jìn)行了相應(yīng)改造。由于現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地緊湊，拆除GGH后在增壓風(fēng)機(jī)出口后直接設(shè)置了一個(gè)120°急轉(zhuǎn)彎頭，然后再經(jīng)過(guò)多個(gè)彎頭進(jìn)入吸收塔。增壓風(fēng)機(jī)出口至吸收塔入口段煙道彎頭較多，煙氣多次改變流動(dòng)方向，且煙道內(nèi)部未設(shè)置導(dǎo)流裝置，導(dǎo)致了該段煙道內(nèi)煙氣流場(chǎng)沒(méi)有經(jīng)過(guò)組織即進(jìn)入了吸收塔內(nèi)。煙氣流場(chǎng)不均勻，湍流較為嚴(yán)重，特別是進(jìn)入吸收塔前的彎頭處，產(chǎn)生了渦流，部分煙氣回旋至煙道內(nèi)，導(dǎo)致噴淋層的液滴被回旋煙氣卷吸至入口煙道內(nèi)，同時(shí)這些液滴還可捕獲入口煙氣攜帶的粉塵顆粒，在入口煙道的內(nèi)壁和內(nèi)部支撐桿上發(fā)生沉積，形成大量的硬垢。

4.2 運(yùn)行方式不合理

該機(jī)組脫硫吸收塔內(nèi)部設(shè)置四層噴淋層，對(duì)應(yīng)塔外的4臺(tái)漿液循環(huán)泵。通過(guò)查閱該系統(tǒng)事故停機(jī)前兩個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，得知這段時(shí)間對(duì)應(yīng)最下噴淋層的循環(huán)泵處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，且該機(jī)組在運(yùn)行中負(fù)荷調(diào)整頻繁，最下一個(gè)噴淋層中心線(xiàn)距離吸收塔入口煙道上邊沿僅2.10m，距離較近，因此在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于脫硫塔入口處煙氣流速較低，該噴淋層噴淋的漿液極易進(jìn)到入口煙道內(nèi)。特別是后期為了減緩增壓風(fēng)機(jī)喘振而長(zhǎng)期在低負(fù)荷下運(yùn)行，導(dǎo)致該區(qū)域積垢快速發(fā)展。

另一方面，在無(wú)脫硫旁路的機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，為了保護(hù)吸收塔內(nèi)的防腐層和除霧器，需先開(kāi)啟漿液循環(huán)泵，然后才能引入煙氣，停機(jī)時(shí)也是煙氣停止入塔后待出口溫度低于60℃時(shí)才能停運(yùn)循環(huán)泵。循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)，若無(wú)煙氣入塔，缺少煙氣的沖擊作用，則噴淋的漿液液滴會(huì)直接進(jìn)入吸收塔入口處，待高溫?zé)煔庖牒?，隨著水分的蒸發(fā)會(huì)形成硬垢。當(dāng)循環(huán)泵與增壓風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間間隔或停運(yùn)時(shí)間間隔較長(zhǎng)時(shí)，這種現(xiàn)象更加明顯。

經(jīng)過(guò)初步分析，脫硫塔入口煙道干-濕交界面大量積垢的形成過(guò)程是：(1)細(xì)小的漿液液滴直接噴淋或被煙氣攜帶至脫硫塔入口煙道壁面碰撞沉積；(2)入口煙氣攜帶一定的粉塵，與液滴中的硫酸鈣、亞硫酸鈣發(fā)生反應(yīng)形成了硬垢；(3)垢物在高溫?zé)煔獾牟粩鄾_刷下，其中攜帶的水分丟失，形成大量干態(tài)的硬垢。

5 干-濕交界面大量積垢解決對(duì)策

5.1 優(yōu)化原煙氣煙道布置

增壓風(fēng)機(jī)出口至脫硫塔入口的原煙氣煙道布置不合理，需要進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。通過(guò)對(duì)此處煙道進(jìn)行煙氣分布的流場(chǎng)模擬，應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)手段提出了煙道優(yōu)化方案，在增壓風(fēng)機(jī)出口彎頭底部和傾斜煙道上部各設(shè)置4片煙氣導(dǎo)流板。通過(guò)加裝導(dǎo)流板，可以強(qiáng)化煙道的流場(chǎng)組織，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的煙道流場(chǎng)基本均勻，有效消除了煙道內(nèi)煙氣的局部渦流，避免了在吸收塔入口處形成返回?zé)煹赖臍饬鳎瑫r(shí)降低了煙氣系統(tǒng)阻力。另外，通過(guò)加裝煙氣導(dǎo)流板來(lái)改善煙道及吸收塔內(nèi)的流場(chǎng)分布，還可以提高脫硫效率[12]。

5.2 優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行方式

運(yùn)行過(guò)程中，脫硫系統(tǒng)的煙氣流量與機(jī)組負(fù)荷有直接關(guān)系，建議運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)循環(huán)泵配置方式進(jìn)行了優(yōu)化。低負(fù)荷時(shí)，入口煙氣流速較低，在保證脫硫系統(tǒng)出口SO2達(dá)標(biāo)的情況下，停運(yùn)最下層噴淋層對(duì)應(yīng)的循環(huán)泵，避免漿液直接噴淋至入口煙道。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，循環(huán)泵啟動(dòng)與增壓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間間隔應(yīng)盡量縮短；同樣，在停機(jī)時(shí)增壓風(fēng)機(jī)停運(yùn)與循環(huán)泵停運(yùn)時(shí)間間隔也應(yīng)盡量縮短。停機(jī)時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)停運(yùn)后，可利用除霧器沖洗水或吸收塔入口的事故降溫水來(lái)快速降低吸收塔內(nèi)部溫度，縮短增壓風(fēng)機(jī)與循環(huán)泵的停運(yùn)時(shí)間間隔，盡量避免在無(wú)煙氣進(jìn)入的條件下，漿液直接噴淋至入口煙道。

6 實(shí)施效果

該機(jī)組在經(jīng)過(guò)清理積垢、修復(fù)煙道、加裝導(dǎo)流板、重新防腐后再次投運(yùn)，增壓風(fēng)機(jī)入口煙氣壓力恢復(fù)正常，風(fēng)機(jī)喘振現(xiàn)象消失，振動(dòng)值在合理范圍。機(jī)組按照優(yōu)化方式進(jìn)行操作，連續(xù)運(yùn)行半年后脫硫系統(tǒng)各處壓力值均正常平穩(wěn)，增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。最近一次檢修中發(fā)現(xiàn)脫硫塔入口處僅邊緣附近少量垢物，證明通過(guò)加裝導(dǎo)流板改善入口煙道氣流分布和運(yùn)行優(yōu)化，可以有效避免脫硫塔入口煙道干-濕交界面大量積垢事故的再次發(fā)生。

7 結(jié)語(yǔ)

脫硫塔入口煙道處形成的大量積垢難以清理，不僅停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，清理費(fèi)用高，且清理時(shí)易造成該處防腐層損壞，嚴(yán)重影響機(jī)組的正常運(yùn)行。在后續(xù)運(yùn)行中，建議通過(guò)觀察系統(tǒng)各處的煙氣壓力、增壓風(fēng)機(jī)電流、除霧器差壓等參數(shù)的變化，來(lái)間接判斷脫硫塔入口煙道干-濕交界面區(qū)域的積垢情況，在出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)排查原因，避免該處再次出現(xiàn)大量積垢引發(fā)煙道堵塞的嚴(yán)重后果。

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Analysis and countermeasure for scale fouling at entry section of desulfurization scrubber

Taking a 660MW power plant as an example, it studied the reasons of large scale fouling at the desulfurization scrubber entry section which is a dry-wet interface on wet flue gas desulfurization system. It also analyzed the composition of the fouling samples, and summed up the fouling process on this region. Finally, the author proposed some countermeasures to solve the problem. The problem can be effectively solved by optimizing the system operation mode and arranging some reasonable deflector which could improve the flow characteristics of the entry section.

desulfurization scrubber; dry-wet interface; fouling; blocking

X701.3

B

1674-8069(2017)03-025-03

2016-12-07；

2017-02-04

張曉玲(1983-)，女，山西臨汾人，工程師，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榛痣姀S煙氣脫硫脫硝技術(shù)。E-mail：xiaoling-zhang@chder.com