濕法脫硫系統(tǒng)除霧器結(jié)垢分析及預(yù)防措施

黨龍，張曉玲，王智，陳軍，史成新

濕法脫硫系統(tǒng)除霧器結(jié)垢分析及預(yù)防措施

黨龍1，張曉玲2，王智1，陳軍1，史成新1

（1.陜西華電蒲城發(fā)電有限責(zé)任公司，陜西蒲城715501；2.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

某發(fā)電公司660MW機(jī)組煙氣脫硫除霧器結(jié)垢事故頻發(fā)，嚴(yán)重影響機(jī)組的正常運(yùn)行。針對(duì)該問(wèn)題，進(jìn)行了垢物化驗(yàn)，系統(tǒng)分析了影響除霧器運(yùn)行的各種因素。由于沖洗不及時(shí)，煙氣攜帶的漿液在除霧器葉片間發(fā)生了沉積和結(jié)晶反應(yīng)形成的混合垢是脫硫系統(tǒng)除霧器故障的原因，并提出了一系列預(yù)防措施。

脫硫；除霧器；結(jié)垢；堵塞；預(yù)防措施

0 引言

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)，除霧器是石灰石-石膏濕法煙氣脫硫塔中非常重要的核心裝置，用于分離凈煙氣攜帶的液滴。由于被分離的液滴中含有石膏等固態(tài)物，存在除霧器結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)，需定期進(jìn)行在線沖洗，保持除霧器葉片表面清潔[1-2]。同時(shí)我國(guó)大部分火電廠已取消了脫硫旁路，因此除霧器故障不僅會(huì)造成脫硫系統(tǒng)的停運(yùn)，還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組停機(jī)[3]。已有案例表明，不同條件下的除霧器結(jié)垢原因不同，有些是飛灰含量過(guò)高形成的灰垢[4-6]，有些是結(jié)晶垢[7-8]，本文將對(duì)某發(fā)電公司660M W機(jī)組的除霧器結(jié)垢原因進(jìn)行分析，初步總結(jié)結(jié)垢的機(jī)理，對(duì)此提出預(yù)防措施。

1 系統(tǒng)概述

某發(fā)電公司660M W超臨界燃煤空冷機(jī)組，鍋爐型號(hào)：D G 2100/25.4-Ⅱ2，配套建設(shè)有石灰石-石膏濕法脫硫裝置。每座吸收塔頂部安裝兩級(jí)水平布置的除霧器，參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 除霧器選型參數(shù)

該機(jī)組投運(yùn)以來(lái)，多次出現(xiàn)除霧器結(jié)垢和堵塞問(wèn)題。除霧器發(fā)生結(jié)垢或堵塞時(shí)，系統(tǒng)阻力過(guò)高，引起增壓風(fēng)機(jī)失速，鍋爐負(fù)壓維持困難，直接導(dǎo)致機(jī)組降負(fù)荷或停運(yùn)。另一方面，除霧器的垢物難以清理，必須進(jìn)行人工高壓水槍沖洗，每年由此導(dǎo)致的檢修維護(hù)費(fèi)用較高。

一次典型事故經(jīng)過(guò)如下：機(jī)組大修期間進(jìn)行了除霧器清理，大修結(jié)束后投運(yùn)不到4個(gè)月時(shí)間，增壓風(fēng)機(jī)喘振明顯，除霧器差壓一個(gè)月內(nèi)從50Pa緩慢上升到100Pa，然后快速上升至560Pa，判斷為除霧器結(jié)垢，隨即運(yùn)行人員加大沖洗力度，疏通差壓計(jì)管路。情況并未好轉(zhuǎn)，機(jī)組降負(fù)荷運(yùn)行20d后停機(jī)，檢修人員進(jìn)入吸收塔檢查發(fā)現(xiàn)上、下兩級(jí)除霧器有20余個(gè)單元垮塌或掀翻，整個(gè)除霧器被石膏漿液鋪滿，堵塞嚴(yán)重，垢物量大且難以清理。

2 垢物化驗(yàn)分析

觀察發(fā)現(xiàn)，除霧器不同位置的垢物其硬度和形態(tài)差異較大，多為軟硬混合垢，部分區(qū)域的垢物分層明顯，兩層軟垢內(nèi)部夾一層硬垢。對(duì)典型垢物進(jìn)行化學(xué)分析和掃描電鏡微觀分析，同時(shí)選取副產(chǎn)物石膏進(jìn)行對(duì)比分析。化學(xué)分析結(jié)果見(jiàn)表2，掃描電鏡結(jié)果如圖1和圖2所示。

表2 化學(xué)分析結(jié)果

圖1 除霧器垢物掃描電鏡分析圖

圖2 石膏掃描電鏡分析圖

根據(jù)化學(xué)分析結(jié)果可見(jiàn)，除霧器上的垢物與石膏的組成較為接近，主要成分均為CaSO4·2H2O。結(jié)合除霧器的工作機(jī)理，可以認(rèn)為除霧器的垢物與石膏的來(lái)源均為脫硫漿液所攜帶的固體顆粒物。但是掃描電鏡微觀顯示其晶體形態(tài)完全不同，除霧器垢物是顆粒與片狀晶體的混合物，而脫硫石膏呈現(xiàn)出顆粒狀（或短柱狀）晶體結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)垢機(jī)理分析

通過(guò)對(duì)除霧器的垢物進(jìn)行化學(xué)分析和掃描電鏡分析，可以確定該機(jī)組除霧器結(jié)垢是漿液固體顆粒的沉積與結(jié)晶反應(yīng)形成的混合垢。除霧器葉片在工作中粘附了一定的漿液固體顆粒，固體顆粒中存在硫酸鈣、亞硫酸鈣、碳酸鈣以及少量煙塵，這些固體顆粒具有一定的粘性，如果未能被沖洗水及時(shí)沖洗掉，會(huì)與煙氣中殘留的SO2繼續(xù)反應(yīng)，生成的硫酸鈣、亞硫酸鈣在葉片表面和原先截留的固體顆粒上快速成長(zhǎng)，形成了形態(tài)混雜的硬垢，在沖洗失效的情況下，導(dǎo)致除霧器嚴(yán)重結(jié)垢。

除霧器部分葉片結(jié)垢，會(huì)形成惡性循環(huán)，當(dāng)煙氣經(jīng)過(guò)時(shí)局部煙氣流速過(guò)大，煙氣中夾帶大量石膏漿液得不到有效分離，過(guò)大液滴在重力作用下回落到煙道中和除霧器表面，造成除霧器徹底堵塞，直至進(jìn)一步垮塌。

4 原因分析

4.1 沖洗效果差

脫硫系統(tǒng)的除霧器都設(shè)計(jì)有沖洗裝置，沖洗效果對(duì)除霧器結(jié)垢堵塞影響重大。除霧器沖洗水管道、噴嘴、閥門是否正常、噴嘴的布置、沖洗周期、沖洗水壓均對(duì)沖洗效果有直接影響。首先通過(guò)查閱資料，排除了沖洗水噴嘴與除霧器葉片間距設(shè)計(jì)、沖洗覆蓋率對(duì)沖洗效果的負(fù)面作用。

在事故發(fā)生后，檢修人員對(duì)該機(jī)組沖洗水管道和噴嘴進(jìn)行了逐個(gè)檢查，結(jié)果表明50多個(gè)噴嘴發(fā)生了堵塞或脫落。原因是噴嘴形式為軸向?qū)嵭腻F，外觀如圖3所示，兩級(jí)除霧器下表面沖洗水管上的噴嘴均為噴口向上，除霧器葉片上脫落的軟垢極易進(jìn)入噴嘴的出口，由于不是連續(xù)沖洗，噴嘴出口堆積的軟垢經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的停留，會(huì)變得結(jié)實(shí)從而造成噴嘴堵塞。另外當(dāng)沖洗水含固量較高或存在異物時(shí)，也會(huì)造成噴嘴堵塞。在后續(xù)運(yùn)行中，發(fā)生噴嘴堵塞的區(qū)域形成沖洗死角，除霧器葉片無(wú)法得到?jīng)_洗，極易結(jié)垢。另外還有部分沖洗水噴嘴脫落或沖洗水管斷裂，也會(huì)大大降低沖洗效果。如圖4所示，紅圈處的噴嘴脫落，沖洗水成柱狀下流，沖洗面積大大減小，所對(duì)應(yīng)的區(qū)域?qū)o(wú)法得到有效沖洗。此類故障在運(yùn)行中難以發(fā)現(xiàn)，需要每次停機(jī)時(shí)加強(qiáng)檢修，及時(shí)將脫落和堵塞的噴嘴進(jìn)行修復(fù)。

沖洗周期是保證沖洗效果的主要手段，沖洗間隔太長(zhǎng)，石膏漿液和煙氣中的飛灰不斷附著，除霧器表面結(jié)垢加重并經(jīng)高溫?zé)煔鉀_刷而硬化，形成厚實(shí)致密的硬垢，沖洗將徹底失效。除霧器一般要求2h至少?zèng)_洗一次，但是歷史數(shù)據(jù)表明該機(jī)組多次出現(xiàn)除霧器沖洗間隔超過(guò)6h的情況。沖洗周期過(guò)長(zhǎng)的主要原因是吸收塔液位過(guò)高，除霧器沖洗水全部進(jìn)入吸收塔漿液池，優(yōu)先考慮控制液位避免發(fā)生溢流，只好延長(zhǎng)沖洗周期，減少?zèng)_洗次數(shù)。

圖3 潔凈的除霧器沖洗水噴嘴

圖4 沖洗水噴嘴脫落

4.2 沖洗水量不足

沖洗水量不足是沖洗周期過(guò)長(zhǎng)的直接原因，也是除霧器結(jié)垢問(wèn)題的根本原因。運(yùn)行中吸收塔液位經(jīng)常過(guò)高，難以接納大量的除霧器沖洗水，原因是機(jī)組長(zhǎng)期在70%以下負(fù)荷運(yùn)行，煙氣蒸發(fā)水量少，加上脫硫廢水處理系統(tǒng)故障頻發(fā)投運(yùn)率過(guò)低，導(dǎo)致系統(tǒng)水平衡被破壞，脫硫塔液位難以控制。另一方面，現(xiàn)場(chǎng)檢查還發(fā)現(xiàn)除霧器沖洗水閥存在內(nèi)漏現(xiàn)象，內(nèi)漏水全部進(jìn)入吸收塔漿液池，導(dǎo)致在運(yùn)行時(shí)沖洗水量進(jìn)一步降低，沖洗效果無(wú)法保證。

4.3 沖洗水水質(zhì)分析

除霧器通過(guò)間接沖洗來(lái)保持葉片表面潔凈，避免發(fā)生局部結(jié)垢。該機(jī)組除霧器沖洗水來(lái)源為電廠循環(huán)排污水，水質(zhì)分析顯示pH值為8.26，且Ca2+含量237m g/L，SO42-含量1572m g/L，指標(biāo)均超出《濕法煙氣脫硫裝置專用設(shè)備-除霧器》(JB/T10989－2010）標(biāo)準(zhǔn)中建議值（Ca2+≤200m g/L，SO42-≤400m g/L，pH值7～8）和除霧器廠家的建議值[9]。沖洗水的硫酸根和鈣離子含量較高，沖洗過(guò)程中難以起到迅速降低葉片表面附著漿液飽和度的作用，導(dǎo)致沖洗效果較差。另一方面葉片表面殘留的沖洗水與煙氣接觸時(shí)，會(huì)繼續(xù)進(jìn)行脫硫反應(yīng)，形成結(jié)晶垢。

4.4 漿液參數(shù)影響分析

石膏漿液pH值較高、濃度過(guò)大、氧化效果差等都容易引發(fā)吸收塔內(nèi)部結(jié)垢，包括除霧器，若控制不當(dāng)，會(huì)快速發(fā)展成為大面積堵塞。

運(yùn)行中，漿液pH值通過(guò)控制石灰石漿液的補(bǔ)充量來(lái)進(jìn)行控制。pH值較高時(shí)，表明漿液中存在過(guò)量的CaCO3，過(guò)量的CaCO3在除霧器表面沉積后，與煙氣中殘留的SO2繼續(xù)反應(yīng)，形成結(jié)晶垢。通過(guò)表2可見(jiàn)，漿液和石膏中的碳酸鈣含量均明顯較高，是導(dǎo)致除霧器結(jié)垢的一個(gè)主要原因。其次，根據(jù)已有的研究結(jié)論，pH較高時(shí)，循環(huán)漿液中存在的硫主要以SO32-形式存在，隨pH值升高，CaSO3的溶解度急劇下降，極易使CaSO3的飽和度達(dá)到并超過(guò)其形成均相成核作用所需的臨界飽和度而在塔壁和部件表面上結(jié)晶。而控制pH較高的原因是脫硫塔入口SO2濃度較高，設(shè)計(jì)值6522m g/Nm3，且波動(dòng)大，為確保排放達(dá)標(biāo)，一般控制pH較高。

另一方面，該機(jī)組漿液濃度也多次出現(xiàn)高于設(shè)計(jì)值的情況，原因是石膏脫水系統(tǒng)為多臺(tái)機(jī)組公用，石膏溢流箱容量不足，多臺(tái)機(jī)組同時(shí)脫水石膏溢流箱會(huì)溢流，排漿不及時(shí)導(dǎo)致漿液濃度較高。漿液濃度高會(huì)導(dǎo)致石膏飽和度較高，易于結(jié)垢[10]。

通過(guò)表2可知，脫硫漿液氧化效果較好，對(duì)除霧器結(jié)垢影響較小。

4.5 儀表因素影響分析

在脫硫系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，沖洗水運(yùn)行的調(diào)整依據(jù)主要是除霧器壓差，壓差增高，應(yīng)加強(qiáng)沖洗。然而實(shí)際運(yùn)行中，由于該表計(jì)安裝位置為正壓，接觸濕煙氣，漿液液滴極易進(jìn)入取樣管，且難以清理，惡劣的工作環(huán)境使得該表計(jì)長(zhǎng)期讀數(shù)不準(zhǔn)，失去指導(dǎo)意義。歷史運(yùn)行記錄顯示多次出現(xiàn)除霧器壓差瞬間波動(dòng)、長(zhǎng)時(shí)間無(wú)變化甚至除霧器前后壓差顯示為負(fù)數(shù)的情況，運(yùn)行人員無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致除霧器結(jié)垢問(wèn)題不斷發(fā)展，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4.6 高溫?zé)煔獾奈：?/p>

除霧器材質(zhì)為聚丙烯，不耐高溫，長(zhǎng)時(shí)間高溫?zé)煔饬鬟^(guò)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致其變形，除霧器的局部變形會(huì)導(dǎo)致葉片間距和形狀改變，形成死角，難以徹底沖洗干凈，還可損壞沖洗水管和噴嘴，降低沖洗效果，極易引發(fā)結(jié)垢。

5 預(yù)防措施

5.1 提高沖洗效果

塔內(nèi)部除霧器沖洗水噴嘴和管道故障率較高，對(duì)此建議檢修人員在每次停機(jī)后都應(yīng)對(duì)該區(qū)域設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)檢查，及時(shí)更換和清理沖洗水管路上掉落和堵塞的噴嘴，修復(fù)沖洗水管道，確保沖洗水系統(tǒng)的“硬件”正常。在封人孔門前，應(yīng)先做除霧器沖洗試驗(yàn)，觀察沖洗效果，調(diào)整沖洗壓力。

運(yùn)行中嚴(yán)格按照規(guī)程要求循環(huán)地進(jìn)行沖洗，各區(qū)域2h最少?zèng)_洗一次，發(fā)現(xiàn)除霧器前后壓差有增大趨勢(shì)，適當(dāng)縮短沖洗周期。長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行，遇到液位高與沖洗周期的矛盾時(shí)，沖洗不及時(shí)帶來(lái)的問(wèn)題更為嚴(yán)重，因此應(yīng)側(cè)重于除霧器沖洗，建議采取先排掉部分漿液至事故漿液箱暫存來(lái)降低液位，確保除霧器的及時(shí)沖洗。

5.2 確保沖洗水量

足夠的沖洗水量才能保證沖洗周期和沖洗效果。通過(guò)以下措施來(lái)確保除霧器沖洗水量：首先應(yīng)避免機(jī)組長(zhǎng)期在低負(fù)荷下運(yùn)行，恢復(fù)脫硫廢水處理系統(tǒng)出力，低負(fù)荷時(shí)通過(guò)存儲(chǔ)部分濾液水（高負(fù)荷時(shí)再回用），適當(dāng)提高廢水排放量，禁止環(huán)境衛(wèi)生沖洗水進(jìn)入脫硫系統(tǒng)，維持系統(tǒng)水平衡。加強(qiáng)除霧器沖洗水閥的日常維護(hù)和管理，對(duì)于出現(xiàn)故障的閥門應(yīng)在最短時(shí)間內(nèi)給予修復(fù)，避免閥門內(nèi)漏導(dǎo)致除霧器沖洗水量的減少。同時(shí)降低設(shè)備的切換頻率，以此減少各類漿液泵及管道沖洗水量。

5.3 控制水質(zhì)指標(biāo)

對(duì)沖洗水水源進(jìn)行優(yōu)化，控制來(lái)水的硬度和SO42-濃度。除霧器沖洗和工藝用水合用一座水箱，運(yùn)行中注意檢查石膏漿液和石灰石供漿系統(tǒng)的各個(gè)沖洗水閥門內(nèi)漏情況，確保工藝水泵出口壓力高于各漿液泵出口壓力，避免漿液成分通過(guò)內(nèi)漏的閥門進(jìn)入工藝水箱，惡化除霧器沖洗水水質(zhì)。

5.4 優(yōu)化漿液運(yùn)行參數(shù)

漿液的pH值應(yīng)嚴(yán)格控制在5.2-5.8之間，且盡量穩(wěn)定，避免大幅波動(dòng)。在脫硫系統(tǒng)啟動(dòng)前，向吸收塔進(jìn)石灰石漿液時(shí)，必須將pH值控制在下限水平[10]，并加入適當(dāng)?shù)氖嗑ХN，利于反應(yīng)產(chǎn)物在已有的晶體表面生長(zhǎng)。盡快完成脫水系統(tǒng)的增容改造，運(yùn)行中控制合理的石膏飽和度，避免漿液在吸收塔漿池外的其他部位發(fā)生結(jié)晶反應(yīng)。

5.5 加強(qiáng)除霧器壓差監(jiān)視

除霧器壓差計(jì)對(duì)于除霧器的運(yùn)行至關(guān)重要，目前各個(gè)位置僅安裝一個(gè)點(diǎn)，不能全面反映除霧器運(yùn)行狀況，建議增加一組測(cè)點(diǎn)，并定期進(jìn)行疏通和校驗(yàn)，保證測(cè)量孔暢通，提高測(cè)量值的準(zhǔn)確度。同時(shí)建立引風(fēng)機(jī)電流、脫硫塔入口煙氣壓力等參數(shù)的運(yùn)行卡片，運(yùn)行操作中通過(guò)觀察引風(fēng)機(jī)電流、吸收塔入口壓力等參數(shù)的變化，間接判斷除霧器壓差的真實(shí)情況，在結(jié)垢問(wèn)題出現(xiàn)早期采取應(yīng)對(duì)措施，避免結(jié)垢的快速發(fā)展。

5.6 避免高溫?zé)煔鉀_刷

高溫?zé)煔鈱?duì)除霧器有損壞作用，建議設(shè)置事故噴淋裝置，并設(shè)置事故噴淋用水備用水源。當(dāng)出現(xiàn)入口煙氣溫度高報(bào)警時(shí)或循環(huán)泵全停時(shí)，連鎖開(kāi)啟事故噴淋和除霧器沖洗水，保護(hù)除霧器不受高溫?zé)煔鉀_刷。在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，必須在循環(huán)泵運(yùn)行的前提下，煙氣才能進(jìn)入吸收塔；系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)，必須是煙氣停止進(jìn)入后，循環(huán)泵保持運(yùn)行至吸收塔出口煙氣降至80℃以下，才能停運(yùn)。

6 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)某660M W發(fā)電機(jī)組脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)的除霧器結(jié)垢問(wèn)題，進(jìn)行了除霧器葉片間的垢物化驗(yàn)，得知垢物的來(lái)源是循環(huán)漿液，是漿液固體顆粒的沉積與結(jié)晶反應(yīng)形成的混合垢。沖洗效果差、沖洗水量不足、水質(zhì)不合格、漿液參數(shù)不合理以及差壓表計(jì)不準(zhǔn)確是導(dǎo)致除霧器出現(xiàn)結(jié)垢并快速發(fā)展的直接原因。建議通過(guò)加強(qiáng)檢修、確保沖洗水量、控制水質(zhì)指標(biāo)、優(yōu)化漿液參數(shù)、加強(qiáng)儀表在線監(jiān)視和避免高溫?zé)煔鉀_刷六個(gè)方面采取措施，預(yù)防除霧器的結(jié)垢，保證脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

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Analysis and Preventive Measures for Scaling in Mist Eliminator of WFGD System

DANG Long1，ZHANG Xiao-ling2，WANG Zhi1，CHEN Jun1，SHI Chen-xin1
（1.Shaanxi Huadian Puchen Power Generation Co.,Ltd,Pucheng 715501，China；2.Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

In a pow er plant，the scaling accidentofm istelim inator occured frequently in the 660M W unitflue gas desulfurization system.The problem had seriously affected the norm aloperation.To solve this problem,this paperanalyzed the scaling sam ples and the factors which affected the operation ofthe m istelim inator.Itis concluded thatthe m ixed scales form ed by the deposition and the crystallization reaction between the flue gas and the slurry.The m ixed scales and the w ashing is notin tim e are the reasons forthe failure ofthe m istelim inator.Forthis problem，a series ofpreventive m easures are putforw ard.

desulfurization；m ist elim inator；scaling；blocking；preventive m easure

X 701.3

B

2095-3429（2017）01-0030-05

2016-11-16

修回日期：2017-01-06

黨龍（1976-），男，陜西澄城人，工程碩士，高級(jí)工程師，主要從事電廠生產(chǎn)技術(shù)研究與管理工作。

D O I：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.01.007