脫硫除霧器堵塞機理分析及預防措施

王智

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脫硫除霧器堵塞機理分析及預防措施

王智

（陜西華電蒲城發(fā)電有限責任公司，陜西 渭南 715501）

脫硫除霧器結垢和堵塞事故頻發(fā)，嚴重制約發(fā)電機組的正常運行。通過資料收集、現場調查、數據分析、取樣化驗、現場測試等手段，總結除霧器從局部結垢到整體堵塞的發(fā)展過程，分析結垢的發(fā)生機理，對事故頻發(fā)的原因進行深入全面的分析，提出了一系列的預防措施：加強沖洗水噴嘴及管道、閥門、在線儀表的檢修維護，增設一級塔上級除霧器背面沖洗水，合理控制除霧器沖洗周期，優(yōu)化除霧器沖洗水水質，合理控制漿液參數，加強漿液等介質的手動化驗以提供運行參考，控制入口煙氣溫度和含塵濃度，脫硫系統(tǒng)啟停措施，脫硫系統(tǒng)水平衡優(yōu)化，加裝除霧器壓降測點等。

除霧器；脫硫；結垢；堵塞

除霧器是濕法脫硫塔中非常重要的核心裝置，除霧效率的高低和壓降的大小會直接影響脫硫后煙氣“干凈”程度，并影響脫硫裝置的長期連續(xù)運行。本文以某公司脫硫除霧器為研究對象，通過分析垢樣成分、研究除霧器結垢和堵塞的機理，提供系列應對措施。

1 脫硫除霧器系統(tǒng)存在的問題

陜西華電發(fā)電公司2×660 MW超臨界燃煤空冷機組2008年12月投產。脫硫除霧器故障率較高，檢查發(fā)現存在以下問題：

（1）上、下兩級除霧器有20多個單元垮塌或掀翻，整個除霧器被石膏漿液鋪滿，堵塞嚴重，除霧器葉片間有大量石膏垢及黑色片狀垢物，靠近凈煙氣出口處的吸收塔塔壁上有大量黑色垢物；

（2）沖洗水管上殘留大量石膏垢，同時部分除霧器沖洗水噴嘴被石膏漿液堵塞；

（3）凈煙氣煙道中有大量石膏垢存在。

2 脫硫除霧器垢樣及結垢機理分析

除霧器固體垢物如圖1所示。采用X射線光電子能譜分析法對固體樣品中的元素進行半定量分析，同時采用電鏡掃描法分析固形物的表面形貌特征。

圖1 除霧器垢樣

2.1 垢樣分析

2.1.1 XPS化驗結果分析

不同區(qū)域垢樣XPS元素半定量分析后可見，除霧器葉片間垢樣與噴淋區(qū)垢樣和晶體的化學成分較為接近，均為石膏（CaSO4·2H2O），可以確定除霧器垢物來源為脫硫循環(huán)漿液。由于取樣位置不一致，不同位置的垢物組分略有差異。

煙氣經過時流速分布偏差較大，除霧效果下降，高速煙氣對垢物產生沖刷作用可帶走一定水分，導致部分石膏垢結晶水丟失形成燒石膏（CaSO4·0.5H2O）。

2.1.2 SEM分析

對噴淋區(qū)垢樣、除霧器垢樣及脫硫石膏進行掃描電鏡分析，如圖2所示。可以觀察到噴淋區(qū)垢樣為明顯的層狀規(guī)則晶體結構，脫硫石膏呈現為相對均勻的短柱狀顆粒，而除霧器垢樣則呈現為顆粒狀與片狀層狀混雜的不規(guī)則的形態(tài)。

圖2 掃描電鏡分析

2.2 除霧器結垢和堵塞機理分析

通過對垢樣進行元素、晶相組成分析及電鏡掃描分析，可以判斷除霧器垢物主要來源為循環(huán)漿液所攜帶的固體顆粒物硫酸鈣、亞硫酸鈣、碳酸鈣及少量煙塵，如果未能被及時沖洗掉，會與煙氣中殘留的SO2繼續(xù)反應，生成的硫酸鈣晶體在葉片表面和原先截留的固體顆粒上快速成長，形成了形態(tài)混雜的硬垢，沖洗失效，導致除霧器結垢。

除霧器表面的垢物與煙氣接觸的部分會逐漸產生結晶垢，結晶垢的發(fā)生將從外往里逐步發(fā)展，反應不徹底和不均勻，在局部位置形成了層狀垢。

3 除霧器堵塞原因分析

通過提取陜西華電發(fā)電公司5#、6#機組脫硫系統(tǒng)半年的運行數據，同時在電廠進行實地跟蹤調研和現場試驗，分析除霧器堵塞原因為：

（1）沖洗系統(tǒng)的影響

除霧器都設計有沖洗裝置，及時沖洗沉積物，可避免除霧器結垢和堵塞。

經觀測分析，因沖洗系統(tǒng)因素造成除霧器堵塞的原因主要有：沖洗水系統(tǒng)設計沖洗覆蓋率不足，沖洗周期較長，沖洗水壓偏低，沖洗水管道及噴嘴、閥門損壞等。另外，沖洗水水質不符合JB/T 10989－2010的要求，也是造成除霧器堵塞的直接原因之一。

（2）漿液的影響

漿液中的石灰石和石膏溶解度都較低，吸收塔及脫硫管路系統(tǒng)很容易發(fā)生結垢。漿液的pH值控制不合理、吸收劑補充過量、石膏漿液濃度高、漿液中亞硫酸鈣含量多、漿液氧化效率低、冷卻水冷卻效果差等等，均是導致除霧器結垢堵塞的因素。

（3）煙氣參數的影響

為保證除霧效果必須把煙氣流速控制在合適范圍內，并盡量接近臨界流速。同時存有垢物的葉片表面粗糙，沖洗效果下降，會加快結垢直至除霧器徹底堵塞。除霧器的臨界流速高，煙氣流速在除霧器的設計工況下，對于除霧器的正常運行較為有利。

如果脫硫系統(tǒng)進口煙氣飛灰（含有Al2O3、SiO2及可溶性鹽）含量較高，飛灰與煙氣中的殘余SO3、SO2與漿液反應會形成類似水泥的硅酸鹽，一旦結垢很難去除。

一般要求經過除霧器的煙氣溫度不得超過80℃。長時間高溫煙氣流過時會導致變形，導致葉片間距和形狀改變，形成死角，在運行中極易引發(fā)結垢。

（4）系統(tǒng)原因的影響

首先，脫硫系統(tǒng)重新啟動前，除霧器葉片很干燥，當漿液液滴碰撞到除霧器葉片上時干燥的除霧器葉片會吸收水分，使?jié){液變得超飽和，易發(fā)生結垢。停運后會逐漸干燥成垢。

其次，吸收塔水平衡是脫硫裝置長期穩(wěn)定運行的基礎，除霧器的定期沖洗是保證除霧器長期、高效運行的保障。

（5）其他因素的影響

本項目一級塔平板式除霧器的下部與頂層噴淋管中心間距為2.0 m，兩級除霧器間距1.435 m，上級除霧器與凈煙氣出口間距1.347 m。除霧器距離頂部噴淋管和煙氣出口的間距均偏小，除霧效率下降，容易結垢。另外，歷史運行數據顯示，除霧器表計顯示不準確，顯示數據與理論值存在明顯偏離，難以及時指導運行調整，嚴重影響除霧器的正常運行。

4 除霧器結垢和堵塞預防措施及建議

4.1 保證沖洗效果

4.1.1 加強沖洗水噴嘴及管道的檢修維護

嚴格按照運行規(guī)程要求進行除霧器沖洗，避免硬垢的發(fā)展，保證除霧器葉片的清潔。建議檢修人員在每次停機后都對該區(qū)域設備進行詳細檢查，及時更換和清理沖洗水管路上掉落和堵塞的噴嘴，修復沖洗水管道，確保沖洗水系統(tǒng)的“硬件”正常。在封人孔門前，應先做除霧器沖洗試驗，觀察沖洗效果，調整沖洗壓力。

4.1.2 增設一級塔上級除霧器背面沖洗水

建議在一級脫硫塔上級除霧器背面設置手動沖洗裝置，在除霧器運行過程中，根據具體情況對除霧器進行全面的沖洗，特別是當脫硫系統(tǒng)停運時，對上級除霧器進行徹底的清理，可有效避免除霧器的頻繁結垢。

4.1.3 合理控制除霧器沖洗周期

在控制脫硫塔液位與進行除霧器沖洗相矛盾時，應側重于除霧器沖洗，而不是優(yōu)先控制液位。當發(fā)現除霧器差壓有上升趨勢時，縮短沖洗周期。

4.1.4 加強沖洗水閥門的日常維護

加強除霧器沖洗水閥的日常維護和管理，避免閥門內漏導致除霧器沖洗水量的減少；對二級塔除霧器沖洗水閥門區(qū)域加裝保溫間，同時起到保溫和防雨的作用，延長設備使用壽命。

4.1.5 優(yōu)化除霧器沖洗水水質

本項目除霧器沖洗水硬度和SO4-2濃度較高，建議電廠對該水源進行優(yōu)化，控制來水的硬度和SO4-2濃度；避免漿液成分通過內漏的閥門進入工藝水箱，惡化除霧器沖洗水水質；在工藝水箱補水口或除霧器沖洗水泵入口管路加裝固體顆粒過濾器，避免雜質顆粒進入除霧器沖洗管路。

4.2 合理控制漿液參數

4.2.1 維持合理的漿液pH值

漿液的pH值應嚴格穩(wěn)定在5.2～5.8之間。

4.2.2 維持合理的漿液密度

以吸收塔設計值和脫水系統(tǒng)設計值的最低值作為參考，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)生結晶反應。

4.2.3 加強介質化驗

由于脫硫系統(tǒng)對線表計的要求較高，在線表計故障頻發(fā)對于運行操作帶來了很大限制，建議運行人員實驗室分析數據控制吸收塔漿液CaSO3含量。

4.3 改善煙氣參數

4.3.1 避免高溫煙氣沖刷

建議設置事故噴淋裝置和事故噴淋備用水源，確保除霧器不受高溫煙氣沖刷。必須在循環(huán)泵運行的前提下，煙氣才能進入吸收塔；吸收塔出口煙氣降至80℃以下，循環(huán)泵才能停運。

4.3.2 降低入口煙氣含塵濃度

加強電除塵的運行和維護，以此控制脫硫系統(tǒng)入口煙氣含塵濃度，避免入口煙氣含塵濃度高帶來的除霧器結垢和堵塞。

4.4 脫硫系統(tǒng)優(yōu)化措施

4.4.1 脫硫系統(tǒng)啟停相關措施

脫硫系統(tǒng)啟動前和停機后，及時進行除霧器沖洗。脫硫系統(tǒng)初次投運時，向吸收塔進石灰石漿液時，應加入足夠量的石膏晶種，有效避免脫硫塔內部的結垢。機組每次停機后，對其進行徹底清理，保證停運期間除霧器葉片的清潔。

4.4.2 開展脫硫系統(tǒng)水平衡優(yōu)化

當系統(tǒng)負荷降低時，應通過以下途徑來改善系統(tǒng)和吸收塔的水平衡，提高吸收塔補水量：①加強運行維護，減少閥門內漏水；②加強設備的檢修維護，降低設備的切換頻率，以減少各類漿液泵及管道沖洗水量；③新建集水坑對機封水進行回收利用；④避免機組長期在低負荷下運行；⑤恢復脫硫廢水處理系統(tǒng)，保證脫硫系統(tǒng)定期外排廢水。

4.5 加強儀表維護工作

對在線儀表應制定定期巡視、檢查、校驗制度，加大對除霧器差壓計、密度計、pH計的維護工作力度，確保其準確性。建議兩座吸收塔除霧器區(qū)域各增加一組測點。建議建立引風機電流、脫硫塔入口煙氣壓力等參數的運行卡片，便于運行人員在操作中隨時比對，通過觀察引風機電流、吸收塔入口壓力等參數的變化（特別是在機組高負荷時），及時發(fā)現問題。

5 結論

（1）除霧器垢物來源及結垢機理：除霧器垢樣組分與脫硫石膏的組分接近，主要來源就是脫硫循環(huán)石膏漿液，是煙氣所攜帶液滴中的固體顆粒在除霧器葉片上發(fā)生了沉積和結晶反應形成的混合垢。

（2）除霧器局部結垢至堵塞的過程：當煙氣經過結垢的除霧器葉片時，葉片表面一旦開始發(fā)生局部結垢，流通面積減少，氣流速度提高，形成了惡性循環(huán)，致使結垢區(qū)域迅速擴大，最終導致除霧器堵塞。

（3）除霧器局部結垢和堵塞的原因分析：①除霧器沖洗水系統(tǒng)的運行狀況對除霧器結垢堵塞影響重大，沖洗水噴嘴和管道異常、沖洗周期過長、沖洗水質較差、沖洗水閥門內漏、沖洗水壓不穩(wěn)定均是除霧器結構的原因。②漿液pH值較高、濃度過大、氧化效果差等與除霧器結垢有直接關系。③煙氣流速過高、原煙氣的含塵量高導致除霧器易結垢。④除霧器補水量偏低、沖洗水量不足是除霧器結垢和堵塞的主要原因。⑤一級塔除霧器與頂層噴淋管距離較短，易于引發(fā)除霧器除霧效率下降和結垢堵塞事故。⑥除霧器差壓在線表計不準確，不利于除霧器的沖洗維護，需采取措施加強對除霧器運行情況的監(jiān)管。

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2018－05－23

王智（1973－），男，陜西渭南人，助理工程師，主要從事大型發(fā)電裝置設備維修維護工作。

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10.3969/j.issn.1006-0316.2018.10.008

1006－0316 (2018) 10－0035－05