FGD系統(tǒng)除霧器結(jié)垢沖洗及影響因素分析

陳益飛

（江蘇射陽港發(fā)電廠，江蘇射陽 224346）

目前江蘇射陽港發(fā)電廠煙氣脫硫（FGD）系統(tǒng)采用的是美國析流板除霧器（屋脊型）。投入運(yùn)行以來，除霧器葉片堵塞、結(jié)垢、壓差大等故障，多次使得脫硫效率下降、FGD系統(tǒng)停運(yùn)。在運(yùn)行過程中，結(jié)垢或堵塞一旦發(fā)生，那么結(jié)垢和堵塞會進(jìn)一步發(fā)展。結(jié)垢、堵塞的發(fā)生，使得與結(jié)垢和堵塞部位相鄰區(qū)域的煙氣流速增大，從而助長了堵塞、結(jié)垢的漫延，加速惡化除霧器性能。嚴(yán)重影響了FGD系統(tǒng)的可靠性。因此，掌握除霧器運(yùn)行過程中的一些重要的參數(shù)，正確操作和合理的維護(hù)管理對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有著非常重要的意義[1，2]。

1 除霧器工作原理與系統(tǒng)組成

除霧器利用水膜分離的原理實(shí)現(xiàn)氣水分離。當(dāng)帶有液滴的煙氣進(jìn)入人字形板片構(gòu)成的狹窄、曲折的通道時，由于流線偏析產(chǎn)生離心力，將液滴分離出來，液滴撞擊板片，部分黏附在板片壁面上形成水膜，緩慢下流，匯集成較大的液滴落下，從而實(shí)現(xiàn)氣水分離。

通常濕法FGD系統(tǒng)中的除霧器由除霧器本體和沖洗系統(tǒng)組成。沖洗系統(tǒng)則由沖洗噴嘴、沖洗管道、沖洗水泵、沖洗水自動開關(guān)閥、壓力儀表、沖洗水流量計(jì)以及程控器等組成。除霧器沖洗系統(tǒng)的作用是定期沖洗掉除霧器板片上捕集的漿體、固體沉淀物，保持板片清潔、濕潤，防止葉片結(jié)垢和堵塞流道。另外，除霧器沖洗水還是吸收塔的主要補(bǔ)加水，是系統(tǒng)水平衡中的重要部分。

由于析流板除霧器是利用煙氣中液滴的慣性力撞擊板片來分離氣水，因而除霧器捕獲液滴的效率隨煙氣流速的增加而增加，流速高作用于液滴的慣性大，有利氣水分離。但當(dāng)流速超過一定限值時，煙氣會剝離板片的液膜，造成二次帶水，反而降低除霧器效率。另外，流速的增加使除霧器的壓損增大，增大了脫硫風(fēng)機(jī)的能耗。

2 除霧器的系統(tǒng)結(jié)垢與堵塞原因分析

2.1 除霧器結(jié)垢和堵塞的原因

（1）系統(tǒng)的化學(xué)過程：吸收塔循環(huán)漿液中總含有過剩的吸收劑（CaCO3），當(dāng)煙氣夾帶這種漿體液滴被捕集在除霧器板片上而又未被及時清除時，會繼續(xù)吸收煙氣中未除盡的SO2，發(fā)生生成亞硫酸鈣/硫酸鈣的反應(yīng)，在除霧器板片上析出沉淀而形成垢。

（2）沖洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理：當(dāng)沖洗除霧器板面上的效果不理想時會出現(xiàn)干區(qū)，導(dǎo)致產(chǎn)生垢和堆積物。對沖洗系統(tǒng)的檢查、試驗(yàn)表明，保持除霧器板片的清潔和可工作性而言，在運(yùn)行期間，保持除霧器板片表面濕潤比在線高壓水沖洗更為重要。因此，通常變?yōu)椴捎玫蛪核?、較長的沖洗時間對保持除霧器板片的清潔是更為有效的措施。影響沖洗效果的因素有噴嘴類型、噴嘴布置、噴射角度、覆蓋率、沖洗水壓力、流量、沖洗保持時間和周期。

（3）沖洗水質(zhì)量：如果沖洗水中不溶性固體物含量較高，可能堵塞噴嘴和管道造成很差的效果。如果沖洗水中Ca2+達(dá)到過飽和，例如高硬度的地下水或工藝回收水，則會增加產(chǎn)生亞硫酸鹽/硫酸鹽的反應(yīng)，導(dǎo)致板片結(jié)垢。

（4）板片設(shè)計(jì)：板片的設(shè)計(jì)對除霧器的工作效率是至關(guān)重要的，板片表面有復(fù)雜隆起的結(jié)構(gòu)和有較多沖洗不到的部位，會迅速發(fā)生固體物堆積現(xiàn)象，最終發(fā)展成堵塞通道，并越演越烈。

（5）板片的間距：板片間距的確定也是除霧器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。太窄易發(fā)生固體堆積、堵塞板間流道。太寬使得臨界流速下降，除霧效果下降。

2.2 除霧器沖洗面

煙氣中大部分漿體液滴在V形板片的第一個通道處被捕獲，所以對除霧器迎風(fēng)面這一區(qū)域的沖洗最為有效。因此除霧器沖洗系統(tǒng)至少需沖洗除霧器每級的迎風(fēng)面。在一個有二級的除霧器中，最好還應(yīng)沖洗第一級的背面。通常超過95%的液滴在第一級中被除去，也就是說第一級的正面和背面都易被漿液“污染”，沖洗第一級的背面將有助于防止固體物聚積在板片出口側(cè)的通道上。如果第一級的通道超過2個或板間距相對較窄，就更有必要沖洗第一級的背面。

不建議沖洗最后一級的背面，在煙氣流速為3.0～3.7 m/s時,煙流將夾帶最后一級背面沖洗水的10%～20%,而且這部分沖洗水被直接帶至除霧器下游側(cè)的設(shè)備、煙道和煙囪內(nèi)，對于采用濕煙囪工藝的FGD系統(tǒng)，可能造成煙囪“降雨”。有的設(shè)計(jì)在第二級除霧器背面布置有沖洗水管，但僅在啟停FGD系統(tǒng)時沖洗其背面。

2.3 沖洗噴嘴與沖洗面的距離．

沖洗噴嘴太靠近除霧器表面，則單個噴嘴噴出水霧的覆蓋面積下降，保證沖洗水覆蓋整個除霧器表面所需要的噴嘴數(shù)將增多。噴嘴離除霧器表面遠(yuǎn)些可以減少所需噴嘴數(shù)量，如離得太遠(yuǎn)，煙氣流的作用可能使噴射的水霧形狀發(fā)生畸變，造成有些區(qū)域得不到充分的沖洗。從實(shí)際沖洗情況來看，噴嘴離除霧器表面0.6～0.9 m比較合理。

2.4 沖洗覆蓋率

如果除霧器得不到全面、有效的沖洗，就會迅速產(chǎn)生結(jié)垢和堵塞。因此，沖洗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重要的是沖洗要覆蓋除霧器的整個表面。沖洗噴嘴一般采用實(shí)心錐噴嘴，噴射水霧的斷面呈圓形，相鄰噴嘴射出的水霧必須適當(dāng)搭接、部分重疊，以確保沖洗水對整個除霧器表面有一定的覆蓋程度。為了確保除霧器的表面獲得全面、有效的沖洗，另外應(yīng)注意的問題是，要盡量減少除霧器支撐梁對沖洗的影響，噴嘴的布置要考慮支撐梁和其他障礙物的位置。如果布置不合理會造成除霧器的某些區(qū)域得不到?jīng)_洗。

2.5 沖洗噴嘴類型

許多類型的噴嘴都可用于除霧器的沖洗。實(shí)際運(yùn)行表明，用于除霧器沖洗的噴嘴在結(jié)構(gòu)、有效流道的大小、水霧形狀、噴射角度、霧化粒分布以及噴射斷面上水量分布的均勻程度等方面有特殊要求。

有一種裝有固定閥片的噴嘴，噴射出的水霧均勻、呈實(shí)心錐形，液滴比較大，建議采用這種噴嘴沖洗除霧器。如果采用的噴嘴噴射出大量細(xì)小的液滴，那么，這些細(xì)小的液滴就可能被煙氣夾帶穿過除霧器。由于要求噴嘴能長期可靠的工作，所以不推薦采用有內(nèi)旋轉(zhuǎn)頭的噴嘴。當(dāng)采用含有較多固體顆粒物的回收水作沖洗水時，沖洗噴嘴還應(yīng)有較大的有效流通通道，這樣可以減少噴嘴堵塞的可能性。

一般采用的沖洗噴嘴噴射角為90°～120°,對于除霧器沖洗系統(tǒng)，應(yīng)采用噴射角為90°的噴嘴，當(dāng)噴射角大于90°時，使錐形水霧邊緣部分的水流達(dá)到能充分沖洗板片所需要的時間稍長些。因?yàn)槭情g息沖洗，沖洗持續(xù)時間較短，噴嘴開始噴射時以小角度噴水沖擊除霧器，隨著壓力、水流量的穩(wěn)定，噴射斷面上水量分布才逐漸均勻。

最后，要求沖洗噴嘴噴射斷面上水量分布均勻、穩(wěn)定。對一些噴嘴的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，噴射斷面邊緣的水量明顯高于中間的水量（含液比高達(dá)3：1）。采用這種噴嘴，在水霧邊緣搭接、重疊的布置中，將造成水霧中心的沖洗水量不足，而搭接重疊區(qū)的沖洗水又過多。

2.6 沖洗水流量、持續(xù)時間和周期

除霧器表面沖洗水的瞬時水量常被稱作沖洗水流量，用L/(s.m2)表示。沖洗水流量也是除霧器沖洗系統(tǒng)的一個重要參數(shù)量。如果沖洗水量太小，易造成結(jié)垢或堵塞，沖洗水量太大會使除霧器板片中充滿水沫，造成煙氣夾帶水霧量增多。沖洗水量、沖洗持續(xù)時間和沖洗頻率除了要滿足沖洗除霧器的要求外，還需FGD系統(tǒng)的的水平衡，特別當(dāng)采用全部或部分沖洗水作為吸收塔的補(bǔ)加水時。因此，有些沖洗程序考慮了鍋爐負(fù)荷，使沖洗時間和頻率隨煙氣流量調(diào)整，或?qū)_洗時間和頻率作為控制吸收塔反應(yīng)罐液位的變量。

現(xiàn)場運(yùn)行表明，垂直流除霧器第一級迎風(fēng)面的沖洗水流量應(yīng)為1.0 L/(s·m2)，第一級背面和第二級迎風(fēng)面的沖洗水流量應(yīng)為0.34 L/(s·m2)。對于水平流除霧器，推薦的沖洗水流量為，第一級迎風(fēng)面1.0 L/(s·m2)，第一級背面和第二級迎風(fēng)面為0.7 L/(s·m2)。

沖洗周期指兩次沖洗的時間間隔。沖洗持續(xù)時間和沖洗周期的確定需綜合考慮保持除霧器清潔和避免影響FGD系統(tǒng)水平衡。沖洗時間長，周期短有利保持除霧器清潔，但大量沖洗水進(jìn)入吸收塔可能破壞系統(tǒng)水平衡，造成正水平衡，并給反應(yīng)罐漿液濃度的控制帶來困難。此外，除霧器沖洗期間煙氣帶水量增大，一般是不沖洗時的3～5倍。

沖洗的目的是在結(jié)垢或堵塞發(fā)生之前沖出去或稀釋粘附在除霧器板面上未流走的漿液。沖洗頻率高可以減少漿液在除霧器板片上的停留時間和京戲成過飽和漿液的時間。沖洗時間只需要足以保證有充足的水量沖洗至板片上，按上述推薦的沖洗水流量可以在短時間內(nèi)沖洗干凈除霧器的所有板片。沖洗時間必須包括沖洗水閥開啟、噴嘴達(dá)到額定沖洗水流量所需要的時間，洗凈板片所需要的最短時間和水閥關(guān)閉時間。

由于除霧器每級以及各級的每面粘附漿液的情況不同，因此每面沖洗周期不同。第一級下面多為30 min沖洗1次，每次持續(xù)沖洗時間45～60 s，而其背面則30～60 min沖洗1次，每次持續(xù)時間45～60 s；第二級正面每小時沖洗1次，每次時間為45～60 s，而其背面不裝沖洗水管或裝了沖洗水管也僅在啟停機(jī)時進(jìn)行沖洗。

2.7 沖洗水壓力

沖洗水壓力影響噴射液滴大小和水霧的形狀。壓力過高易使沖洗水霧化，增加煙氣帶水量，而且會降低板片的使用壽命。壓力過低有可能形成不了理想的水霧形狀，煙氣流還會使水霧開關(guān)發(fā)生畸變，降低沖洗效果。應(yīng)根據(jù)沖洗噴嘴的特性以及噴嘴與沖洗表面的距離等因素來確定沖洗水壓，一般沖洗水壓力為140～280 kPa較為適合。

2.8 沖洗水質(zhì)量

沖洗水質(zhì)量主要指沖洗水中石膏相對飽和度和固體懸浮物含量，這是除霧器沖洗系統(tǒng)必須考慮的因素。除霧器沖洗水的一部分會黏附在板片上直到下個沖洗周期，附在板片上的這些水會吸收煙氣中殘留的SO2而增加其石膏相對飽和度。如果沖洗水原來就具有較高的石膏相對飽和度 （例如采用來自脫水系統(tǒng)的回收水作沖洗水時），那么，這種水就會變成石膏過飽和溶液，從而產(chǎn)生結(jié)垢。通過實(shí)踐已證實(shí)，沖洗水石膏相對飽和度低于50%能成功地防止由于沖洗水質(zhì)量造成的除霧器結(jié)垢。當(dāng)沖洗水的石膏相對飽和度高于50%時，可以將其與石膏相對飽和度較低的其他補(bǔ)加水或與部分新鮮水混合使用。

3 結(jié)束語

總之，除霧器結(jié)垢與堵塞是FGD系統(tǒng)一個長久的課題，目前我公司通過近幾年的摸索和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并將這些經(jīng)驗(yàn)合理運(yùn)用到實(shí)際工作中，收到很好的效果。優(yōu)化了FGD系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的運(yùn)行。

[1]肖文德，吳志良.二氧化硫脫除與回收[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2]周志祥，段建中，薛建明.火電廠濕法煙氣脫硫技術(shù)手冊[M].北京：中國電力出版社，2006.