石灰石-石膏濕法脫硫裝置的運(yùn)行維護(hù)分析

薛巨勇

(射陽(yáng)港發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇 射陽(yáng) 224345)

某電廠3號(hào)、4號(hào)機(jī)組為137.5 MW機(jī)組鍋爐為超高壓中間再熱自然循環(huán)汽包爐，每臺(tái)爐配備雙室三電場(chǎng)靜電除塵器，除塵效率大于99.4%。改造工程安裝了石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置，處理能力為鍋爐BMCR工況時(shí)的煙氣量，脫硫效率大于95%。3號(hào)、4號(hào)爐脫硫系統(tǒng)是典型的兩爐一塔的脫硫裝置，由煙氣系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、石膏脫水、石灰石粉制備漿液系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、事故漿池及漿液疏排系統(tǒng)、廢水處理等系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)自2005年12月投入運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行情況良好，但系統(tǒng)設(shè)備存在的磨損、結(jié)垢堵塞等問(wèn)題影響著脫硫系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

1 吸收塔噴淋層橫梁磨蝕情況分析

實(shí)際運(yùn)行中，由于煙氣中的SO2不可能百分之百的被脫除，且由于石灰石濕法洗滌方法不能有效吸收煙氣中的SO3，因此殘余的SO2和SO3與水接觸后生成亞硫酸霧和硫酸霧，再加上少量的HCl霧，在溫度較低且濕度較大的情況下，這種腐蝕性介質(zhì)極易形成液滴而沉積在溫度較低的壁面或吸收塔噴淋母管上，從而造成較強(qiáng)的腐蝕，經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后，引起吸收塔噴淋母管的主支撐橫梁兩端封頭有漿液泄漏，從這一泄漏現(xiàn)象判斷為橫梁內(nèi)部磨蝕穿孔，如圖1所示。由于工作介質(zhì)強(qiáng)腐蝕性，對(duì)橫梁的破壞性極大，要立即進(jìn)行修復(fù)處理。

圖1 吸收塔橫梁磨損穿孔

1.1 吸收塔噴淋層橫梁損壞的原因

噴淋層的主橫梁由10 mm鋼板拼制焊接而成，截面為400×600 mm的長(zhǎng)方形，總長(zhǎng)為11.11 m，其間由鋼板分隔為8個(gè)1.385 m的箱體，每塊隔板靠近底邊和封頭的4個(gè)角留有工藝孔，橫梁的表面采用耐磨型玻璃鱗片防腐。運(yùn)行時(shí)，靠近主橫梁附近的噴嘴噴出的漿液覆蓋在橫梁上，防止煙氣沿著橫梁側(cè)壁逃逸。

正是由于這種貼壁運(yùn)行的設(shè)計(jì)，日積月累的沖刷造成橫梁壁面耐磨防腐層損壞，并進(jìn)一步腐蝕、磨蝕鋼板，最終導(dǎo)致箱體穿孔，漿液通過(guò)隔板上的小孔流出至塔外。橫梁箱體劣化的趨勢(shì)很明顯，噴淋漿液對(duì)橫梁箱體外壁腐蝕和磨損沒(méi)有停止，橫梁箱體內(nèi)部進(jìn)入強(qiáng)腐蝕性的漿液，鋼板發(fā)生較強(qiáng)烈的腐蝕破壞，漿液進(jìn)入橫梁箱體后，還增加了橫梁的自重，破壞橫梁的承載能力。

1.2 采取的措施

（1）采用挖補(bǔ)的方法修復(fù)橫梁損壞的部位，同時(shí)對(duì)被漿液污染的8個(gè)箱體開(kāi)孔清洗。橫梁損壞的機(jī)理主要防腐層被磨蝕，因此，對(duì)所有被加工面和破損部位采取加強(qiáng)型防腐防磨措施，在原有防腐方案上，增加防腐防磨層的厚度，通過(guò)增加玻璃絲布，加強(qiáng)每層之間的結(jié)構(gòu)力，按比例摻配陶瓷粉，增加防腐層的抗磨性能。對(duì)噴淋區(qū)所有被漿液覆蓋的區(qū)域檢查，塔壁有部分已被磨蝕破壞，同樣采取焊補(bǔ)的措施進(jìn)行修復(fù)。

（2）磨蝕性與漿液的密度有關(guān)，密度越高，漿液的磨蝕性越強(qiáng)。因此，在運(yùn)行中要嚴(yán)格控制吸收塔漿液密度。

（3）優(yōu)化噴淋層噴嘴的布置，在保證漿液覆蓋率的情況下，重新選擇的噴嘴覆蓋高度，根據(jù)噴嘴特性及兩層噴淋之間距離重新調(diào)整噴嘴高度，避開(kāi)漿液對(duì)橫梁的沖刷，避免噴淋層橫梁被沖刷損壞。

2 噴淋層堵塞的問(wèn)題分析

噴淋層噴淋模型是否完好是影響脫硫系統(tǒng)高效運(yùn)行的主要因素，每次停爐都要對(duì)噴淋層進(jìn)行檢查。噴淋層噴嘴堵塞的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，如圖2所示。噴嘴堵塞后形成了噴淋盲區(qū)，大量未經(jīng)洗滌的煙氣逃逸，影響了脫硫效率，甚至造成下游工藝系統(tǒng)運(yùn)行惡化。

圖2 噴淋層噴嘴堵塞

2.1 噴淋層噴嘴堵塞的原因分析

噴淋層噴嘴堵塞主要是吸收塔漿液中存在大顆粒的雜質(zhì)，運(yùn)行時(shí)通過(guò)漿液循環(huán)泵進(jìn)入噴淋層噴嘴，由于噴嘴為倒錐體，雜質(zhì)卡在噴嘴上，日積月累造成噴嘴堵塞。對(duì)于雜質(zhì)的產(chǎn)生主要有2個(gè)途徑，一是系統(tǒng)中殘留的工業(yè)垃圾，二是因操作控制的原因，系統(tǒng)紊亂積垢生成顆粒較大的雜質(zhì)。

2.2 噴淋層噴嘴堵塞對(duì)策措施

（1）在每次大小修后，徹底清理脫硫工藝系統(tǒng)，同時(shí)控制好制漿系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)以及地坑排水至吸收塔的污染物，避免雜質(zhì)殘留在系統(tǒng)內(nèi)，造成噴淋層噴嘴堵塞。

（2）提高鍋爐電除塵器的效率和可靠性，減少煙氣中的粉塵進(jìn)入脫硫工藝系統(tǒng)。

（3）運(yùn)行控制吸收塔漿液中石膏過(guò)飽和度最大不超過(guò)140%，避免積垢形成雜質(zhì)。

（4）選擇合理的pH值運(yùn)行，漿液的PH值對(duì)系統(tǒng)結(jié)垢的影響程度較高，漿液的PH值高，意味著堿度大，有利于堿性溶液與酸性氣體之間的化學(xué)反應(yīng)，對(duì)脫除SO2有利，但對(duì)脫硫的氧化會(huì)起抑制作用，適當(dāng)降低并保持相對(duì)穩(wěn)定的PH值，可以抑制H2SO3分解為，使反應(yīng)物大多為易溶性的Ca（HSO3）2。從而減輕系統(tǒng)內(nèi)的結(jié)垢傾向。保證吸收塔漿液的充分氧化，避免形成積垢[1]。

（5）定期向吸收劑中加入添加劑，如鎂離子、乙二酸等，緩解垢物的生成。

（6）在長(zhǎng)期低負(fù)荷的情況下，不要長(zhǎng)期停運(yùn)噴淋層，應(yīng)定期切換，防止煙塵及石膏附著在噴嘴上造成噴嘴堵塞。

3 除霧器運(yùn)行中壓差大的分析

脫硫系統(tǒng)在運(yùn)行中，發(fā)生過(guò)除霧嚴(yán)重積垢的問(wèn)題。除霧器的壓差由原有的不到100 Pa上升到400 Pa，并且有迅速升高的趨勢(shì)，加強(qiáng)沖洗已無(wú)法恢復(fù)正常值，嚴(yán)重威脅設(shè)備系統(tǒng)的安全，停系統(tǒng)后檢查除霧器，除霧器積垢已非常嚴(yán)重。

3.1 除霧器結(jié)垢和堵塞的原因分析

造成除霧器結(jié)垢和堵塞的原因有很多，除受除霧器自身的葉型、沖洗水壓、沖洗水量、沖洗覆蓋率、沖洗周期影響外，還與化學(xué)反應(yīng)過(guò)程、被處理煙氣的含固量、煙氣流速和其他外因有關(guān)。其中化學(xué)反應(yīng)過(guò)程對(duì)除霧器的運(yùn)行性能有很大的影響，當(dāng)煙氣通過(guò)除濕裝置時(shí)，其中的SO2與除霧器表面的漿液會(huì)發(fā)生SO2的吸收反應(yīng)，會(huì)形成大量的亞硫酸鹽和硫酸鹽，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間以后將會(huì)發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象。

（1）從除霧器各級(jí)葉片結(jié)垢的情況來(lái)看，噴淋層噴嘴堵塞往往是除霧器葉片結(jié)垢的主要原因。首先，噴淋層噴嘴大面積的堵塞，煙氣的穿透力增強(qiáng)，煙氣拖拽大量漿液顆粒上行。同時(shí)，這部分煙氣溫度相對(duì)較高，很容易將灰垢留在葉片上。這時(shí)，如果還按原有的沖洗頻率、沖洗水量沖洗，已經(jīng)不能滿足除霧器葉片的沖洗需要，積灰迅速在S型葉片的腰部堆積，這部分積灰在葉片上結(jié)晶生產(chǎn)石膏垢，在只有0.2 MPa左右的沖洗水壓下，已很難將除霧器徹底沖洗干凈，除霧器工況持續(xù)惡化，最終導(dǎo)致除霧器壓差嚴(yán)重超標(biāo)。

（2）在檢查中發(fā)現(xiàn)，第一級(jí)除霧器迎風(fēng)面葉片屋脊頂部最為嚴(yán)重，這與除霧器沖洗噴嘴沖洗模型有一定的關(guān)系，設(shè)計(jì)要求噴嘴與葉片最大距離在1 m以?xún)?nèi)，而噴嘴距屋脊處的距離較遠(yuǎn)，沖洗效果相對(duì)較差，沖洗不足的部位易形成結(jié)垢，一旦葉片上形成晶粒基體，很快會(huì)在此基礎(chǔ)上長(zhǎng)大，這是除霧器屋脊頂部易結(jié)垢的主要原因。

（3）在運(yùn)行中，煙氣的流速對(duì)除霧器的性能有很大影響。保持較高的煙氣流速可以得到較好的分離效果，但一旦超過(guò)臨界流速會(huì)造成除霧器液滴二次攜帶，在除霧器平臺(tái)上集聚了大量的石膏漿液與工況除霧器惡化有關(guān)，除霧器葉片的通流面積變小，在煙氣負(fù)荷增加后，煙氣流速超過(guò)臨界流速，除霧器液滴發(fā)生大量二次攜帶，煙氣通過(guò)除霧器后迅速擴(kuò)容，失去動(dòng)力的漿液落在除霧器平臺(tái)上。也就是在本次檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)除霧器平臺(tái)上出現(xiàn)大量石膏的原因。

（4）除霧器塔體處的結(jié)垢是除霧器葉片結(jié)晶物的外延，靠近塔體的葉片上石膏緩慢地生長(zhǎng)，最終擴(kuò)展到塔體上，并進(jìn)一步生長(zhǎng)產(chǎn)生大量的結(jié)垢。

（5）檢查除霧器沖洗模型，部分噴嘴噴出的為水柱，并不是擴(kuò)散開(kāi)的水幕，不能有效覆蓋葉片，存在盲區(qū)。

3.2 除霧器堵塞處理情況及對(duì)策措施

（1）利用停爐機(jī)會(huì)，采用高壓水對(duì)除霧器葉片進(jìn)行徹底清理。并逐一檢查除霧器沖洗噴嘴，更換損壞的噴嘴，確保除霧器的沖洗模型。

（2）盡量消除除霧器的結(jié)垢現(xiàn)象。一般情況下，如除霧器發(fā)生結(jié)垢的原因是在氧化程度低下，甚至無(wú)氧化發(fā)生的條件下生成的一種反應(yīng)物Ca（SO3）0.8（SO4）0.21/2H2O，稱(chēng)為CSS軟垢，使系統(tǒng)發(fā)生堵塞。而控制氧化是目前采取的一個(gè)有效方法，實(shí)驗(yàn)研究證明，當(dāng)亞硫酸鈣的氧化率15%～95%，鈣的利用率低于80%時(shí)，硫酸鈣容易結(jié)垢，而控制氧化是采用抑制或強(qiáng)制氧化的方法將氧化率控制在小于15%或大于95%，即可有效控制硫酸鈣的結(jié)垢現(xiàn)象。

（3）采取有效措施，保證噴淋層噴嘴可靠運(yùn)行，使?jié){液均勻完整地覆蓋噴淋層，減少熱煙氣逃逸和漿液過(guò)量攜帶。

（4）第一級(jí)除霧器葉片的負(fù)載最大，后面的葉片負(fù)擔(dān)相對(duì)較輕。因此，修改除霧器沖洗功能組，增加第一級(jí)沖洗的頻率和沖洗時(shí)長(zhǎng)，調(diào)整合適的二、三級(jí)沖洗模式，達(dá)到最佳的沖洗效果。

（5）合理控制吸收塔漿液池的液位，確保除霧器能及時(shí)沖洗。

（6）通過(guò)運(yùn)行調(diào)節(jié)，盡量保證除霧器在合適的參數(shù)狀態(tài)下運(yùn)行，以保證達(dá)到最好除霧性能，并保證除霧器不發(fā)生結(jié)垢和堵塞。

（7）加強(qiáng)除塵器的管理，提高除塵器的效率和可靠性，嚴(yán)格控制煙氣中的含塵量，煙氣通過(guò)噴淋層洗滌后，仍有部分灰粒進(jìn)入除霧器，增加除霧器的負(fù)擔(dān)。減少灰塵進(jìn)入工藝系統(tǒng)。

（8）定期檢驗(yàn)除霧器的壓差變送器，為運(yùn)行提供準(zhǔn)確的判斷，及時(shí)采取措施，確保除霧器在清潔的狀態(tài)下運(yùn)行。

4 增壓風(fēng)機(jī)磨損情況分析及措施

3號(hào)、4號(hào)爐脫硫系統(tǒng)采用的是靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，葉輪、固定導(dǎo)葉采取了防磨措施。但在機(jī)組停運(yùn)時(shí)檢查，3號(hào)、4號(hào)爐升壓機(jī)風(fēng)機(jī)葉輪防磨層磨損較嚴(yán)重，如圖3所示。其中葉輪的耐磨鼻全部磨損可見(jiàn)母材，葉片工作面的磨蝕也較嚴(yán)重，不少部位的防磨層已經(jīng)因磨損露出了母材。

4.1 原因分析

圖3 升壓風(fēng)機(jī)葉片防磨層磨損

風(fēng)機(jī)葉輪的磨損主要與煙氣中含塵量和含塵顆粒的大小、硬度有關(guān)。3號(hào)、4號(hào)爐除塵器為雙室三電場(chǎng)，除塵效率相對(duì)較低，由于長(zhǎng)期燃用低發(fā)熱量、高灰份的劣質(zhì)煤，煙氣含塵量已超過(guò)電除塵器的處理能力，經(jīng)處理后的煙氣含塵量較高，煙氣含塵量大是造成葉輪磨損的主要原因。葉輪原有防磨措施是采用熱噴涂的涂裝工藝，由于工藝控制相對(duì)的復(fù)雜，必須解決噴焊所引起的工件變形和噴層裂紋等問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)很難滿足工藝要求，需要將葉輪返回制造廠修復(fù)處理。

4.2 對(duì)策措施

（1）風(fēng)機(jī)在強(qiáng)磨蝕氣氛中運(yùn)行，必然會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損。因此，必須加強(qiáng)電除塵器的運(yùn)行維護(hù)管理消除一切不利于電除塵運(yùn)行的因素，保證除塵器除塵效率始終處于最佳狀態(tài)，降低煙氣含塵量，減小設(shè)備的磨損。（2）由于磨損量在不斷增加，要做好應(yīng)對(duì)風(fēng)機(jī)不平衡振動(dòng)的故障，及時(shí)對(duì)葉輪進(jìn)行動(dòng)平衡消缺。（3）做好設(shè)備備品管理，增加葉輪的備品，利用機(jī)組大小修時(shí)間，更換備用葉輪，將磨損的葉輪輪流返廠修復(fù)。（4）應(yīng)考慮采用組合式葉輪，葉片上的耐磨件可拆卸更換，可以節(jié)約大量的維修費(fèi)用和縮短檢修工期。

5 GGH積垢堵塞分析

在設(shè)計(jì)時(shí)，雖然已考慮了GGH換熱元件防堵塞的問(wèn)題，但GGH運(yùn)行一段時(shí)間仍會(huì)有沉積物堵塞GGH換熱片，如圖4所示。由于GGH換熱元件積垢，使壓差增大，增加系統(tǒng)運(yùn)行阻力，甚至造成增壓風(fēng)機(jī)發(fā)生失速或喘振故障，直接影響脫硫系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

圖4 GGH換熱元件積垢

5.1 GGH積垢情況

轉(zhuǎn)子換熱元件冷端最外圓弧的區(qū)域積垢最為嚴(yán)重，垢物非常致密、堅(jiān)硬，覆蓋寬度約0.5 m，占整個(gè)換熱元件截面25%，損失非常大。其他區(qū)域也有比較多的積垢，轉(zhuǎn)子換熱元件的熱端相對(duì)比較干凈。

5.2 GGH積垢原因分析

（1）近年來(lái)電廠采購(gòu)到的多為低發(fā)熱量、高灰份的劣質(zhì)煤，加之3號(hào)、4號(hào)爐除塵器為雙室三電場(chǎng)，除塵效率相對(duì)偏低，導(dǎo)致煙氣系統(tǒng)含塵量偏大，造成GGH換熱元件積灰的可能性大大增加。

（2）除霧器在運(yùn)行中，有一定數(shù)量的石膏漿液透過(guò)除霧器逃逸，進(jìn)入GGH換熱元件，這部分漿液較難清除，很容易在GGH換熱元件上附著固化。同時(shí)，由于除霧器的煙氣進(jìn)入GGH前不斷冷卻，水滴在煙道壁上匯聚并沿著煙道壁進(jìn)入GGH，主要作用在換熱元件的外圓和內(nèi)圓上，徑向覆蓋范圍較廣，分?jǐn)偟南鄬?duì)較少。在外圓上粉塵吸潮后，經(jīng)過(guò)高溫?zé)煔獾淖饔?，形成非常致密、?jiān)硬的灰垢。

（3）GGH是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，運(yùn)行中外圓的線速度最高，吹灰吹掃時(shí)作用在外圓的時(shí)間相對(duì)最短，由于外圓上積灰最為嚴(yán)重，吹灰的不徹底，在GGH換熱元件的外圓上日積月累形成最為嚴(yán)重的附著物。

（4）GGH在線沖洗有2種模式，分別是壓縮空氣吹掃和高壓水沖洗。通過(guò)觀察，壓縮空氣吹掃時(shí)，壓縮空氣壓力達(dá)不到設(shè)定值，壓縮空氣的壓力甚至低于0.4 MPa，壓縮空氣的吹掃性能大打折扣。高壓水沖洗的壓力為10 MPa，總的沖洗效果良好，但對(duì)于外圓上的灰垢處理的效果并不明顯，并且這種沖洗模式廠方推薦每年不超過(guò)6次。

5.3 采取防堵塞結(jié)垢的措施

（1）加強(qiáng)電除塵器的維護(hù)，嚴(yán)格控制電除塵器的投入率和除塵效率，使除塵器保持長(zhǎng)期高效運(yùn)行，控制進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的煙氣含塵量。

（2）嚴(yán)格執(zhí)行除霧器的沖洗制度，按時(shí)對(duì)除霧器進(jìn)行沖洗，防止除霧器葉片積灰，造成石膏漿液的逃逸。

（3）對(duì)壓縮空氣吹灰噴嘴進(jìn)行改造，將原有的6只噴嘴改為4只噴嘴，使壓縮空氣吹掃的壓力達(dá)到0.6 MPa以上，提高壓縮空氣的吹灰性能。

（4）利用機(jī)組停運(yùn)機(jī)會(huì)，對(duì)GGH換熱元件徹底進(jìn)行清理，清除殘余的積垢。

（5）與GGH廠家溝通，增加GGH高壓水沖洗頻率，按每月一次定期工作執(zhí)行，或根據(jù)GGH壓差值決定及時(shí)沖洗，及時(shí)清除GGH換熱元件上的灰垢，不讓其硬化。

（6）需要對(duì)吹灰器進(jìn)一步改造，采用蒸汽吹灰，提高吹灰器的吹灰能力。

（7）擬對(duì)GGH凈煙氣側(cè)煙道改造，在煙道的內(nèi)壁上增設(shè)環(huán)形槽，用于收集吸收塔出口匯聚的水滴，并將其返回至吸收塔，減少水與GGH換熱元件上灰份作用的機(jī)會(huì)，減輕換熱元件積垢。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，介紹了石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置中主設(shè)備存在的腐蝕磨損和結(jié)垢堵塞的問(wèn)題，對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，有針對(duì)性地從工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備結(jié)構(gòu)、操作控制等方面提出解決方案和對(duì)策措施，并在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上提出改進(jìn)建議，提高設(shè)備的可靠性，對(duì)今后脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和設(shè)備選型具有一定的指導(dǎo)意義。

[1]曾庭華.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的調(diào)試、試驗(yàn)及運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.