火電廠濕法脫硫裝置故障分析及優(yōu)化改造

郝竹筠，徐豐躍

（1.國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長(zhǎng)春 130021；2.吉林電力股份有限公司二道江發(fā)電公司，吉林 通化 134003）

隨著電力建設(shè)的高速增長(zhǎng)及國(guó)家對(duì)SO2等煙氣污染物排放要求的日益嚴(yán)格，石灰石－石膏濕法煙氣脫硫（FGD）系統(tǒng)在我國(guó)火電廠得到廣泛應(yīng)用，為控制SO2排放、防治酸雨的污染發(fā)揮了巨大作用，但因設(shè)備投入成本高、電耗大、設(shè)備故障多及維護(hù)成本高等原因，使得脫硫整體運(yùn)行成本較高。本文針對(duì)某火電廠5、6號(hào)機(jī)組吸收塔系統(tǒng)除霧器故障率高、漿液pH計(jì)、密度計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確率低、脫硫設(shè)施運(yùn)行能耗大問題，進(jìn)行故障分析及設(shè)備優(yōu)化改造，改造后FGD系統(tǒng)運(yùn)行可靠性及經(jīng)濟(jì)性均得到很大提高。

1 吸收塔除霧器故障分析及優(yōu)化改造

吸收塔除霧器是FGD系統(tǒng)中非常重要的裝置，除霧效率的高低和壓降的大小直接影響到脫硫后煙氣的“干凈”程度和系統(tǒng)的運(yùn)行效率，其性能直接影響到濕法煙氣脫硫系統(tǒng)能否連續(xù)可靠運(yùn)行。除霧器嚴(yán)重故障時(shí)不僅會(huì)造成脫硫系統(tǒng)停運(yùn)，而且勢(shì)必會(huì)造成機(jī)組停運(yùn)（按環(huán)保部門要求已取消脫硫煙氣旁路）。為保證除霧器正常工作，必須對(duì)除霧器定期進(jìn)行沖洗，防止除霧器葉片結(jié)垢和堵塞而影響其工作效果。

1.1 除霧器運(yùn)行狀況及出現(xiàn)的故障

該火電廠5、6號(hào)機(jī)組采用兩爐一塔濕法脫硫工藝，除霧器選擇屋脊型，安裝在吸收塔上部，用以分離凈煙氣夾帶的霧滴。除霧器出口煙氣液滴質(zhì)量濃度不大于75mg／m3。設(shè)置除霧器沖洗系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)根據(jù)給定或可變化的程序，既可進(jìn)行自動(dòng)沖洗，也可人工沖洗。一爐一塔運(yùn)行時(shí)除霧器壓差應(yīng)小于80 Pa，兩爐一塔運(yùn)行時(shí)除霧器壓差應(yīng)不超過185Pa。

a.吸收塔內(nèi)部設(shè)有二級(jí)除霧器三層沖洗系統(tǒng)，每層沖洗設(shè)有5個(gè)電動(dòng)沖洗水閥門，三層共設(shè)置15個(gè)電動(dòng)沖洗水閥門，分為5組，每組有1個(gè)手動(dòng)分總閥門，控制3個(gè)沖洗水閥門。由于設(shè)計(jì)時(shí)未考慮東北冬季寒冷天氣的影響，吸收塔為半封閉狀態(tài)，只對(duì)沖洗水管路進(jìn)行了保溫，閥門及執(zhí)行機(jī)構(gòu)均裸露在外，在冬季頻繁出現(xiàn)除霧器沖洗系統(tǒng)故障。在2009年7月至2010年7月共發(fā)生除霧器沖洗水閥門故障50余次，2009年12月由于天氣寒冷，還出現(xiàn)除霧器多個(gè)閥門同時(shí)故障得情況，導(dǎo)致沖洗水自動(dòng)沖洗程序無法投入運(yùn)行，只能開啟手動(dòng)就地沖洗，期間除霧器壓差最高達(dá)260Pa，嚴(yán)重威脅除霧器的安全運(yùn)行。

b.5、6號(hào)機(jī)組吸收塔除霧器表面及內(nèi)部都有嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象，結(jié)垢面遍布整個(gè)除霧器，特別是除霧器表面結(jié)垢厚度達(dá)l cm以上，除霧器沖洗水無法沖洗掉，嚴(yán)重影響了除霧器的正常運(yùn)行。煙氣帶水量增加，加重下游設(shè)備酸性腐蝕，同時(shí)也加重了石膏雨。

c.當(dāng)帶有一定溫度的煙氣通過吸收塔時(shí)，會(huì)有大量的水分蒸發(fā)，以水蒸氣形式隨著飽和煙氣經(jīng)煙囪排出，還有一部分水分隨石膏排出，另外還有FGD系統(tǒng)的廢水排出。

1.2 除霧器堵塞原因分析

除霧器位于吸收塔頂部煙氣出口處，屬于“濕－干”交界區(qū)。由于吸收塔漿液中含有CaSO4、CaSO3、CaCO3及飛灰中含有硅、鐵、鋁等物質(zhì)，這些物質(zhì)具有較大的粘度，當(dāng)漿液碰撞到除霧器表面及塔壁時(shí)，其中的部分便會(huì)粘附于除霧器及塔壁而沉降下來；同時(shí)，由于煙氣具有較高的溫度，加快沉積層水分的蒸發(fā)，使沉積層逐漸形成結(jié)構(gòu)致密，類似于水泥的硬垢，影響除霧器可靠運(yùn)行，分析如下。

a.除霧器沖洗周期長(zhǎng)，石膏顆粒和煙塵不斷附著在除霧器表面，導(dǎo)致結(jié)垢加重，并經(jīng)高溫?zé)煔鉀_刷不斷硬化，直至形成厚實(shí)致密的硬垢，此時(shí)沖洗已無法沖刷掉垢物。

b.除霧器沖洗水壓力不夠。

c.除霧器沖洗水噴嘴布置不合理，存在沖洗死角。

d.吸收塔漿液過飽和，煙氣含固量增加，煙氣與漿液接觸后攜帶固體顆粒量大大增加，與除霧器碰撞后部分附著在除霧器表面，逐漸形成垢物。

e.脫硫系統(tǒng)進(jìn)口煙塵含量遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值，大量飛灰在除霧器表面沉積，由于飛灰中的金屬氧化物粘性較強(qiáng)，而且飛灰顆粒細(xì)小，一旦結(jié)垢很難去除。

1.3 提高除霧器運(yùn)行可靠性的措施

a.用彩鋼板將5、6號(hào)機(jī)組脫硫系統(tǒng)的吸收塔除霧器沖洗水平臺(tái)封閉，利用沖洗水平臺(tái)的有限空間對(duì)沖洗水閥門保溫，在吸收塔本體處扒開2處保溫為保溫房提供熱源，在保溫房?jī)蓚?cè)裝設(shè)保溫門簾防寒防凍。

b.對(duì)5、6號(hào)機(jī)組脫硫系統(tǒng)的吸收塔除霧器沖洗水閥門及電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行徹底檢查，更換損壞的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和內(nèi)漏的閥門，確保程控沖洗系統(tǒng)正常。

c.校驗(yàn)除霧器壓力表，確保監(jiān)測(cè)除霧器壓差的準(zhǔn)確性。

d.檢查除霧器沖洗水泵運(yùn)行情況，沖洗水壓力及流量滿足除霧器沖洗要求。

e.停機(jī)檢查除霧器沖洗情況，要求沖洗全面。

2 pH計(jì)、密度計(jì)故障分析及優(yōu)化改造

吸收塔中漿液pH值是一個(gè)關(guān)鍵的檢測(cè)和控制參數(shù)，影響吸收塔中吸收劑的供給量和脫硫效率。pH計(jì)作為濕法脫硫工藝控制流程中重要測(cè)量工具，其測(cè)量的準(zhǔn)確性直接影響整個(gè)脫硫系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。脫硫系統(tǒng)石灰石、石膏漿液不僅含有氯離子，粘度大，且極易結(jié)垢，對(duì)pH電極沖刷、磨損也很嚴(yán)重，因此對(duì)pH計(jì)質(zhì)量及電極安全提出很高要求。

作為脫硫系統(tǒng)2大核心測(cè)量元件之一的密度計(jì)，系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)漿液密度值測(cè)量穩(wěn)定性、連續(xù)性、可靠性有著極高的要求。運(yùn)行中需通過測(cè)量吸收塔漿液密度來監(jiān)視吸收塔內(nèi)石膏漿液濃度，一旦吸收塔石膏漿液質(zhì)量濃度過大，長(zhǎng)期超過25%運(yùn)行，會(huì)造成吸收塔內(nèi)部結(jié)垢；使設(shè)備磨損、腐蝕加劇，縮短設(shè)備使用壽命；易造成除霧器、煙氣換熱器堵塞；石膏系統(tǒng)工作異常。

2.1 存在的問題

目前FGD系統(tǒng)漿液pH計(jì)和密度計(jì)基本布置于石膏排出泵出口管道上，用以監(jiān)測(cè)漿液pH值和漿液密度。在FGD漿液系統(tǒng)中，每個(gè)pH測(cè)點(diǎn)至少裝有2套pH計(jì)。正常運(yùn)行時(shí)，一般取測(cè)量值的平均值，參與吸收塔石灰石漿液加料的閉環(huán)控制。由于吸收塔石膏漿液固體含量較高，決定了其具有高腐蝕特性及高磨蝕性，石膏排出泵的性能特性決定了吸收塔pH計(jì)與密度計(jì)將不可避免地長(zhǎng)期處于一個(gè)高壓高流速的工況下。如果密度計(jì)顯示不準(zhǔn)確，特別是顯示數(shù)值偏低時(shí)，容易引起由于實(shí)際液位偏高造成的漿液倒灌等影響脫硫系統(tǒng)安全運(yùn)行的問題。密度計(jì)顯示不準(zhǔn)確，還容易造成吸收塔內(nèi)漿液排出難以控制，特別是在顯示密度偏低的情況下，吸收塔內(nèi)實(shí)際密度較高，可能會(huì)造成漿液濃度過飽和度偏高，出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象。

2.2 原因分析

a.由于pH計(jì)與密度計(jì)的布置方式與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需要，要求石膏排出泵必須連續(xù)運(yùn)行。石膏排出泵連續(xù)運(yùn)行，致使脫硫系統(tǒng)耗電率升高，屬不經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。當(dāng)石膏排出泵停止運(yùn)行時(shí)，石膏漿液介質(zhì)處于停止?fàn)顟B(tài)，pH計(jì)與密度計(jì)所監(jiān)測(cè)結(jié)果就失去了準(zhǔn)確性。

b.石膏漿液在高壓、高流速的工況下具備的高磨蝕能力將對(duì)安裝在其系統(tǒng)中的pH計(jì)電極及密度計(jì)過流內(nèi)徑表面造成極大的沖刷磨蝕，使pH計(jì)與密度計(jì)的使用壽命以及測(cè)量的可靠性大大降低，增加了檢修維護(hù)成本。

c.pH計(jì)與密度計(jì)沖洗困難。目前，pH計(jì)和密度計(jì)的沖洗是在石膏排出泵停止的工況下進(jìn)行，如果燃煤硫分偏高加上機(jī)組負(fù)荷較高時(shí)，就不能停止石膏排出泵沖洗，這就為漿液pH值及密度的測(cè)量帶來不可避免的誤差，同時(shí)也為系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了巨大隱患。

2.3 技術(shù)改造

pH計(jì)與密度計(jì)的改造方案相同，分別在石膏排出泵與漿液循環(huán)泵之間的塔壁處選取一點(diǎn)開孔，并相應(yīng)制作管徑為25mm的硬連管道，開孔的方式采用水平上傾60°，以避免漿液的自沉積特性對(duì)開孔管道造成的堵塞影響。根據(jù)管道直徑配裝法蘭連接的隔膜閥一個(gè)，作為漿液的隔斷閥門使用，法蘭前的防腐需與吸收塔內(nèi)壁防腐一同考慮。在管道后各加裝一個(gè)防腐材質(zhì)的容器，供pH計(jì)與密度計(jì)安裝固定，及提供測(cè)量場(chǎng)所之用。漿液經(jīng)塔壁開孔處管道由于液體產(chǎn)生的靜壓與大氣之間的壓差自流至pH計(jì)及密度計(jì)測(cè)量容器之中，測(cè)量過后的漿液引入至吸收塔地坑，由吸收塔地坑泵打入吸收塔返回系統(tǒng)。pH計(jì)與密度計(jì)的電源線與信號(hào)線重新設(shè)計(jì)布線方案。

在pH計(jì)及密度計(jì)測(cè)量管路上直接安裝專用沖洗水，能對(duì)pH電極及密度計(jì)進(jìn)行最直接有效的沖洗，防止管路堵塞及pH電極結(jié)垢等原因造成的測(cè)量誤差。在自動(dòng)沖洗管路上設(shè)計(jì)電磁閥，實(shí)現(xiàn)每2 h沖洗一次，每次沖洗2min的遠(yuǎn)程自動(dòng)沖洗控制。

3 改造效果

除霧器沖洗水閥門平臺(tái)保溫后，在2010年12月至2011年12月共發(fā)生3次沖洗水閥門故障情況，而且只需對(duì)閥門重新定位、調(diào)整處理就可以，除霧器自動(dòng)沖洗程序在整個(gè)冬季全部自動(dòng)運(yùn)行，除霧器壓差也控制在合理范圍內(nèi)。由于除霧器沖洗系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，減少閥門內(nèi)漏，杜絕吸收塔溢流，為吸收塔的水平衡和液位控制奠定了良好的基礎(chǔ)，提高了脫硫設(shè)施運(yùn)行的可靠性。除霧器平均壓差由204 Pa降低至108Pa，除霧器安全穩(wěn)定運(yùn)行同時(shí)節(jié)能效果明顯。

pH計(jì)與密度計(jì)技術(shù)改造后，減緩了漿液對(duì)pH計(jì)電極和密度計(jì)的腐蝕、磨損，減少了更換pH計(jì)電極和密度計(jì)頻率，保證pH值和漿液密度監(jiān)測(cè)的連續(xù)性，提高了pH值和漿液密度測(cè)量的準(zhǔn)確性。石膏排出泵不必連續(xù)運(yùn)行，降低脫硫系統(tǒng)耗電率。

除霧器沖洗閥門平臺(tái)未封閉前，冬季運(yùn)行時(shí)，閥門及執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)常損壞，被迫更換。改造脫硫塔除霧器沖洗系統(tǒng)15個(gè)閥門及執(zhí)行機(jī)構(gòu)前，每年需更新約5套，每套價(jià)值約5萬元，共計(jì)造價(jià)25萬元。除霧器沖洗系統(tǒng)改造后，每年僅根據(jù)磨損程度更換，以每套系統(tǒng)使用壽命為10年計(jì)算，每年平均設(shè)備更換費(fèi)用7.5萬元。改造沖洗平臺(tái)封閉保溫費(fèi)用為10萬元，若將其計(jì)入當(dāng)年費(fèi)用中，當(dāng)年節(jié)省資金7.5萬元，以后每年節(jié)省17.5萬元。除霧器系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少因脫硫系統(tǒng)停運(yùn)而扣發(fā)的脫硫電價(jià)。

pH計(jì)和密度計(jì)改造后，使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，準(zhǔn)確控制石灰石漿液的補(bǔ)給量和排出石膏的最佳濃度值，相應(yīng)地降低了脫硫劑耗量。改造前每年需更換2支pH計(jì)電極和1支密度計(jì)，造價(jià)約為20萬元。系統(tǒng)改造后，更換頻率為pH計(jì)每2年更換一支，密度計(jì)3年更換1支，更換費(fèi)用為每年4萬元。石膏排出泵每年可減少運(yùn)行約1800h，功率為30 kW，廠用電0.36元／（kW·h），則每年節(jié)約電費(fèi)1.95萬元。系統(tǒng)改造費(fèi)用約為10萬元，若將其計(jì)入當(dāng)年成本，則當(dāng)年節(jié)省費(fèi)用8萬元，以后每年節(jié)省費(fèi)用18萬元。

4 結(jié)束語(yǔ)

除霧器沖洗系統(tǒng)及pH計(jì)、密度計(jì)系統(tǒng)改造后，使FGD系統(tǒng)故障發(fā)生率明顯降低，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。除霧器的正常運(yùn)行可有效地降低煙氣含濕量，減少了石膏雨現(xiàn)象的發(fā)生；pH計(jì)和密度計(jì)的改造，使其運(yùn)行工況大大改善，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，提高了對(duì)漿液pH值和密度的測(cè)量精度，準(zhǔn)確控制石灰石漿液的補(bǔ)給量和排出石膏的最佳濃度值，相應(yīng)降低了脫硫劑耗量，另外，石膏排出泵不必連續(xù)運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)效益較顯著。