煙氣脫硫系統(tǒng)阻力增大原因分析及處理措施

彭宜藻,郭福明

(江蘇華電揚州發(fā)電有限公司,江蘇 揚州 225005)

0 引言

隨著近年來環(huán)保要求的不斷提高,各火電機組相繼安裝了脫硫裝置,以減少鍋爐燃燒后尾氣中SO2的排放。江蘇華電揚州發(fā)電有限公司目前裝機容量 880MW,1臺 220MW機組和 2臺 330MW機組,每臺機組均安裝了脫硫裝置,采用的是 1爐 1塔石灰石/石膏濕法煙氣脫硫,#5機組容量 220MW,脫硫裝置于 2003年1月正式投入運行,至今運行已有 6年多時間;#6、#7機組容量 330MW,脫硫裝置分別于 2005年11月和 2005年12月正式投運。

江蘇華電揚州發(fā)電有限公司 4套脫硫系統(tǒng)均采用日本川崎技術,煙氣脫硫系統(tǒng)由入口擋板門、增壓風機、煙氣換熱器 GGH(Gas-Gas Heater)、除霧器、出口擋板門及煙氣管道組成。鍋爐吸風機排出的煙氣經(jīng)過煙氣入口擋板門后,進入脫硫增壓風機升壓,升壓后的煙氣經(jīng)過 GGH原煙氣側(cè)降溫,降溫后的煙氣從吸收塔中部進入,然后向上流動,在此過程中與向下噴淋的循環(huán)漿液接觸,煙氣中的 SO2被吸收,吸收塔內(nèi)部設置了垂直隔板,隔板底部浸入漿液面中,上部留一段空間作為煙氣通道,洗滌后的煙氣流動到吸收塔上部后沿隔板另一側(cè)向下流動,至吸收塔水平出口后進入除霧器(江蘇華電揚州發(fā)電有限公司除霧器布置在吸收塔出口煙道),除去液滴后的煙氣進入 GGH凈煙氣側(cè)升溫,最后經(jīng)煙氣出口擋板、煙囪排向大氣。根據(jù)江蘇華電揚州發(fā)電有限公司這幾年的運行情況看,煙氣脫硫系統(tǒng)阻力增加的主要原因是 GGH、吸收塔噴淋層、除霧器等元件及吸收塔進出口煙道堵塞。

1 煙氣脫硫系統(tǒng)阻力增加對運行的影響

煙氣流經(jīng) GGH、吸收塔、除霧器及煙道時均會受到阻力,脫硫增壓風機的作用就是提高煙氣壓力,克服脫硫設備對煙氣的阻力。在設計時,已計算了各部件的阻力并留有一定的富余度。隨著運行時間的增加和運行環(huán)境變化,這些部件結(jié)垢后煙氣通流面積減小,煙氣通過時阻力就會增加,當超過一定范圍時,就會對脫硫系統(tǒng)的運行產(chǎn)生較大影響,具體有5個方面:

(1)GGH堵塞和積垢,使熱電阻增大,降低傳熱效果,造成吸收塔入口煙氣溫度增加,GGH凈煙氣出口溫度降低,GGH換熱器的熱交換能力降低。

(2)除霧器元件堵塞和積垢,造成煙氣通流面積減小,局部流速、流量增加,加劇積垢的形成;同時,造成除霧效果降低,從而使經(jīng)過除霧器的煙氣中夾帶漿液顆粒增大,進而加快 GGH換熱元件的堵塞。

(3)除霧器、GGH換熱元件、噴淋層、煙道壓損增加將使增壓風機的功耗增加,影響能耗。超過增壓風機極限時,運行工況發(fā)生變化,氣流阻塞造成增壓風機失速,嚴重時多個葉片間的煙氣通道被氣流阻塞而引起喘振,風機振動增大,導致葉片折斷、軸變形斷裂等嚴重后果。江蘇華電揚州發(fā)電有限公司幾套脫硫系都曾發(fā)生過增壓風機失速現(xiàn)象,隨著系統(tǒng)運行時間的增加,失速區(qū)域有擴大趨勢,表現(xiàn)為增壓風機導葉開到一定開度后,增壓風機振動突然增大,聲音異常,電流減小,出口壓力減小,入口壓力增大,對安全運行造成一定影響。作者分析認為,這是由于煙氣脫硫系統(tǒng)阻力增加引起風機運行工況的變化,最終導致風機失速。

(4)煙氣脫硫系統(tǒng)阻力增大后,增壓風機不能滿足全煙氣脫硫的要求,鍋爐引風機出來的煙氣不能及時排出,將會引起鍋爐爐膛壓力上升,影響鍋爐帶負荷能力。在此情況下,為了滿足鍋爐帶負荷的要求,只能將旁路擋板門打開一些,這樣就不能達到全煙氣脫硫的目的,影響脫硫效果。

(5)煙氣脫硫系統(tǒng)壓力增加,會導致旁路煙道的煙氣泄漏量增加,影響脫硫效果。

2 GGH換熱元件阻力增大的原因分析及措施

2.1 造成 GGH換熱原件阻力增大的原因

GGH的作用主要是降低進入吸收塔原煙氣的溫度,同時提高排向煙囪的凈煙氣溫度,防止煙氣溫度低于 SO2露點溫度而腐蝕煙道及煙囪等設備。經(jīng)過一段時間后,GGH換熱元件會因堵塞使煙氣通流面積減小,從而造成煙氣壓力損耗。造成換熱元件堵塞的原因有以下 2點:

(1)煙氣中灰塵黏附在換熱元件表面。鍋爐燃燒后的煙氣經(jīng)過電除塵器后通過吸風機排出,在正常情況下,電除塵器的效率在 99.7%以上,進入脫硫系統(tǒng)的灰塵質(zhì)量濃度小于 300mg/m3,但 GGH長時間運行以后,灰塵會逐步積累在換熱元件表面,加上有時候電除塵器運行不太正常,灰塵容易積在上面,如果吹灰器效果不理想,會很快造成 GGH換熱元件結(jié)垢,從而減小煙氣通流面積。

(2)除霧器除霧效率不好。由于煙氣在吸收塔內(nèi)保持一定的流速,噴淋漿液霧化以后的細小液滴會隨著煙氣流動,煙氣中帶有大量的漿液,經(jīng)過除霧器以后絕大部分漿液會被除去,但仍有部分石膏漿液會隨著煙氣帶至 GGH,石膏具有很強的黏附性,這一部分漿液中的石膏顆粒非常容易黏附在 GGH換熱元件表面,隨著水分的蒸發(fā),在 GGH換熱元件形成積垢。長時間運行后會堵塞煙氣通道,嚴重時會覆蓋整個 GGH表面。特別是除霧器嚴重結(jié)垢或者排放效率低,導致煙氣中含有大量的、大顆粒的霧滴,這些水分與煙氣中的 SO3,SO2發(fā)生反應生產(chǎn)硫酸和亞硫酸,黏附在傳熱元件表面,與煙氣中的灰塵、石膏結(jié)合形成難以去除的硬垢;尤其在除霧器進行沖洗時更會加劇此種狀況,使 GGH通流面積減小,煙氣難以通過,GGH差壓增加。

(3)GGH吹灰器效果不好。為了防止 GGH換熱元件積垢影響煙氣通過,其本身配置了 GGH吹灰器,但由于脫硫裝置本身運行環(huán)境比較惡劣,裝置經(jīng)常發(fā)生故障影響吹掃,使 GGH換熱元件積垢速度加快。根據(jù)江蘇華電揚州發(fā)電有限公司運行情況分析,在吹灰器出現(xiàn)故障后,GGH的壓差迅速增大,恢復正常吹掃后,不容易達到之前的水平。安裝時,吹灰器的行程不能覆蓋整個傳熱元件表面,或者吹掃介質(zhì)參數(shù)沒有達到運行要求(如蒸汽壓力低、溫度低、疏水不夠?qū)е缕袔?,影響吹灰器的吹掃效果。

2.2 降低 GGH阻力的措施

為了減少 GGH換熱元件的積灰和結(jié)垢,保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行,使 GGH的壓損降至最低限度,江蘇華電揚州發(fā)電有限公司根據(jù)運行經(jīng)驗,采取了以下 7項措施:

(1)與鍋爐運行人員加強聯(lián)系,控制煙氣中SO3,SO2的含量,控制排煙溫度。實際運行結(jié)果表明:鍋爐排煙溫度升高,煙氣中的 SO3濃度就會增大,這是由于溫度對 SO2轉(zhuǎn)換成 SO3的化學過程影響很大(成指數(shù)關系),由于爐溫升高,SO3濃度將快速增大。排煙溫度升高也會導致煙氣中的飛灰等小顆粒與硫酸的吸附率降低,脫硫系統(tǒng)對SO2的脫除效率比較高,而 SO3脫除率比較低,所以,SO3與 SO2相比,對 GGH換熱元件積垢造成的影響要比其大。

(2)在脫硫系統(tǒng)中,煙氣氣流分布盡量均勻,過高或過低的流速都會影響到除霧器的正常運行,加劇堵塞;進入 GGH傳熱元件表面的流速偏差不能超過 10%?？稍趶濐^處加裝導流板,采取控制氣流的措施進行控制。

(3)按照要求設定吹灰器的各種介質(zhì)參數(shù)和吹灰行程,以確保能夠覆蓋住全部元件表面。根據(jù)傳熱元件的狀況定期進行吹灰,如有必要,在鍋爐啟、停期間或工況發(fā)生變化時,加大吹灰的頻率。

(4)在可能的前提下,盡量選用過熱蒸汽而不是壓縮空氣,這不僅僅是由于壓力和過熱度的原因,合格的過熱蒸汽的吹灰效果要好于壓縮空氣。

(5)加強電除塵裝置的運行維護,確保電除塵器的除塵效果,減小原煙氣中灰塵含量。

(6)根據(jù) GGH進出口壓差情況,增加吹灰器吹掃頻率,同時與鍋爐運行聯(lián)系,保證蒸汽品質(zhì)。必要時進行高壓水沖洗。

(7)如果運行過程中蒸汽吹掃和高壓沖洗都達不到理想效果時,在脫硫系統(tǒng)停運后,進行大流量沖洗。如果大流量沖洗仍不能達到效果,可以聯(lián)系專業(yè)沖洗公司對換熱元件進行處理。

3 除霧器元件阻力增大的原因分析及措施

3.1 除霧器元件阻力增大的原因分析

除霧器的作用是除洗滌后煙氣中的石膏漿液滴,除霧器共分為 2級。江蘇華電揚州發(fā)電有限公司的除霧器布置在吸收塔出口水平煙道上,為了防止石膏漿液沉積在除霧器元件上,每級除霧器前、后兩側(cè)均安裝了沖洗噴嘴,通過沖洗水將除霧器元件上的石膏漿液除去,隨沖洗水重新回到吸收塔。實際上經(jīng)過一段時間運行后,仍會有一定量的垢沉積在除霧器元件上,隨著運行時間的增加,結(jié)垢程度越嚴重,甚至將整個煙氣通道堵塞,嚴重影響脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。有的電廠還發(fā)生過除霧器元件因結(jié)垢嚴重而脫落(除霧器安裝于吸收塔頂部),砸壞運行設備,造成脫硫系統(tǒng)被迫停運的事故。通過初步檢查,其垢主要由結(jié)構比較疏松的物理垢和比較堅硬的化學垢混合組成,根據(jù)經(jīng)驗,物理垢比較容易除去,通過沖洗基本上能除去,而化學垢不容易清除。除霧器結(jié)垢的成因有以下 5點:

(1)沖洗不及時。煙氣正常通過除霧器時會有一定的壓降,超過一定數(shù)值后,說明存在堵塞現(xiàn)象,必須及時對除霧器元件進行沖洗。設備運行初期,除霧器結(jié)垢情況比較少,除霧器的壓降也不明顯,往往不太引起運行人員的注意,忽略了對除霧器的沖洗,沒有按時進行沖洗,等發(fā)現(xiàn)壓差明顯增大時再引起重視,其效果已受到影響。

(2)沖洗水流量和壓力不能達到設計要求。除霧器沖洗時由1個閥門控制 1根沖洗管道(布置在水平煙道內(nèi)的除霧器沖洗管道有水平布置,也有的垂直布置,不同的除霧器廠家設計不一樣;布置在吸收塔頂部的除霧器沖洗一般都是上、下沖洗),每根管道上按照一定的間距安裝噴嘴,由于每個噴嘴的位置不一樣,如果沖洗水壓力低于設計值時,在沖洗時,后面的噴嘴有可能壓力不足而達不到理想的沖洗效果。

(3)在運行過程中,會有部分沖洗噴嘴堵塞。隨著運行時間的增加,部分噴嘴可能會由于水質(zhì)影響而堵塞,更多的可能被石膏漿液堵塞。由于除霧器沖洗是間隔進行的,而夾帶漿液滴的煙氣是連續(xù)流動的,部分噴嘴口與煙氣流動是逆向的,煙氣中液滴會進入噴嘴,從而使?jié){液滴黏附在噴嘴上,如果下一次沖洗時不能沖掉,就會不斷累積,該噴嘴所覆蓋的區(qū)域就會堆積石膏,造成除霧器局部堵塞。除霧器部分結(jié)垢后,煙氣通流面積減小,未堵塞區(qū)域的煙氣流量及流速會比原來增加,黏附的漿液也會增加,從而增加了這部分區(qū)域沖洗難度,加速堵塞,形成惡性循環(huán),使煙氣阻力更加增大,影響系統(tǒng)的運行。

(4)吸收塔漿的 pH值控制不好。要保證脫硫效果就要使吸收塔保持一定的 pH值,pH值較高時,脫硫效果提高,但 pH值的提高意味著漿液中CaCO3含量增加,CaCO3含量高的漿液更容易結(jié)垢;另外,漿液的 pH值高時,會抑制亞硫酸鈣氧化為硫酸鈣,從而使?jié){液中亞硫酸鈣含量增加,加速結(jié)垢。

(5)煙氣流速高。煙氣流速高則使煙氣中夾帶的液滴量增加,從而使除霧器元件上黏附的石膏漿液增加,容易結(jié)垢。

3.2 減小除霧器元件結(jié)垢的措施

為了減少除霧器的結(jié)垢,要加強運行過程中的調(diào)整,停運期間要做好除霧器的檢查和維護工作,盡量延長除霧器健康運行周期,作者建議采取以下 6項措施:

(1)加強運行監(jiān)視,及時沖洗。運行人員要從思想上引起足夠的重視,了解除霧器在不同負荷下正常運行的壓差,對運行參數(shù)進行認真分析,如果發(fā)現(xiàn)差壓大于正常值,說明可能有堵塞現(xiàn)象,及時對除霧器元件進行沖洗,不能因為暫時沒有影響到正常運行而忽視沖洗。

(2)確保除霧器沖洗水的流量和壓力。在脫硫系統(tǒng)正常投運前,要調(diào)整除霧器的壓力和流量,最好在啟動前派人進入除霧器內(nèi)部,觀察沖洗情況,結(jié)合設計要求,通過調(diào)節(jié)除霧器沖洗水手動總門來確定沖洗水壓力和流量,做好閥門開度標記和記錄,一般手動閥門調(diào)整好后不再經(jīng)常調(diào)整。在正常運行時,要確保沖洗水參數(shù),如果發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常,要進行認真分析,如果壓力大而流量降低有可能是有噴嘴堵塞,如果流量大而壓力低,則有可能有閥門內(nèi)漏或噴嘴脫落。

(3)控制 pH值。為了達到一定的脫硫效果,必須使?jié){液的 pH值保持在一定值,但是過高的 pH值增加了結(jié)垢的可能。運行人員為了提高脫硫效率,有時會過量加入石灰石漿液,從而使 pH值過高,雖然脫硫效率會有一定程度提高,但 pH值過高使除霧器、漿液管道、吸收塔等結(jié)垢的可能大大增加,而且浪費石灰石。

(4)與鍋爐運行人員加強聯(lián)系,調(diào)整鍋爐燃燒,控制煙氣流量。煙氣流量的增加,使煙氣流速增加,煙氣中夾帶的石膏漿液滴也會相應增加。如果煙氣含氧量過高,說明送風量太大或漏風量太大,脫硫運行人員要及時聯(lián)系鍋爐運行人員進行調(diào)整。

(5)加強除霧器的維護檢查。利用脫硫系統(tǒng)停運的機會,打開除霧器人孔進行檢查,查看除霧器噴嘴情況;檢查是否有堵塞、脫落和損壞現(xiàn)象;檢查是否有除霧器沖洗母管有無損壞、漏水情況;檢查除霧器噴嘴覆蓋情況;檢查是否有無沖洗不到的死區(qū)、噴嘴與除霧器元件的距離是否過大、檢查除霧器沖洗水門有無內(nèi)漏情況。沖洗門內(nèi)漏將會極大地影響其他部位的沖洗效果。檢查除霧器元件的結(jié)垢情況,停運后根據(jù)上述情況進行徹底沖洗,必要時進行人工清理。

(6)調(diào)整除霧器的沖洗程序。不同的設計單位除霧器的沖洗程序不完全相同,有的是根據(jù)吸收塔液位進行控制沖洗次數(shù),有的是根據(jù)煙氣流量來控制沖洗次數(shù),有的是根據(jù)除霧器差壓來控制沖洗次數(shù),每種方式都各有其優(yōu)點,但也有其局限性。各電廠可根據(jù)除霧器結(jié)垢情況確定適合的沖洗程序,根據(jù)實際情況看,一級除霧器堵塞比較嚴重,所以,沖洗程序可適當增加一級除霧器的沖洗次數(shù)和沖洗時間。補充吸收塔水時,盡量通過除霧沖洗來補充,以加強對除霧器元件的沖洗。

2008年8月,江蘇華電揚州發(fā)電有限公司根據(jù)除霧器結(jié)垢分布情況,對#6、#7脫硫系統(tǒng)除霧器沖洗程序進行了改進,2009年3月和 5月,分別對#7、#6脫硫系統(tǒng)進行小修,檢查除霧器時,發(fā)現(xiàn)沒有新的結(jié)垢,說明了對除霧器沖洗程序的改進是有效的。

4 煙氣脫硫系統(tǒng)其他部位阻塞

煙氣脫硫系統(tǒng)除了 GGH堵塞及除霧器堵塞外,在長時間運行過程中,還有吸收塔煙氣入口部位和吸收內(nèi)部支撐橫梁容易結(jié)垢。會對煙氣流通造成一定影響,但其堵塞程度要比前 2項小得多。

入口煙道處主要是由于噴淋漿液黏附在煙道入口立柱上形成的。吸收塔煙氣入口處是煙氣與漿液交接處,干濕界面會隨著煙氣壓力的變化及漿液循環(huán)量的變化而偏移,噴淋漿液在其下落過程中會落在煙道支撐立柱上,又經(jīng)過熱煙氣的烘烤而結(jié)垢,長時間運行后逐步堆積,減小煙氣入口通道,增加煙氣脫硫系統(tǒng)的阻力。這種情況一方面可通過設計進行改進,減少漿液飄至入口煙道處;另一方面可定期對煙氣入口處的立柱進行沖洗,減少堆積,沖洗水回流至吸收塔內(nèi)。

吸收塔內(nèi)支撐橫梁(特別是回流區(qū))及隔板等處的結(jié)垢目前沒有太好的辦法,適當控制吸收塔漿液密度對減緩結(jié)垢應該是有作用的。

5 結(jié)束語

隨著煙氣脫硫要求的提高和運行經(jīng)驗的積累,各電廠對煙氣脫硫系統(tǒng)堵塞問題引起的不穩(wěn)定運行情況更加重視,研究也進一步深入,可根據(jù)各自的情況進行有益的探索。目前,在投產(chǎn)的脫硫裝置中取消 GGH換熱裝置,短期來說煙氣阻力減小,增壓風機的容量也可以減小,降低了能耗,但長期運行對其他方面的影響還需要進一步跟蹤分析。

[1]孫克勤,鐘秦.火電廠煙氣脫硫系統(tǒng)設計、建造及運行[M].北京:化學工業(yè)出版社,2005.