濕法脫硫吸收塔除霧器堵塞分析及預防

朱 浩，葉 羅，周 德，顧凌云

(國電泰州發(fā)電有限公司，江蘇 泰州 225300)

0 引言

迄今為止，國內外開發(fā)了數百種煙氣脫硫(FGD)技術，其中石灰石-石膏濕法煙氣脫硫最為成熟、可靠且應用廣泛，占世界投入運行的FGD系統(tǒng)的85%左右[1]，具有脫硫效率高、投資成本低、運行可靠性高等特點，適合中大型鍋爐的煙氣脫硫。

某火電廠二期3號1000MW機組煙氣脫硫工程采用石灰石-石膏濕式單塔雙循環(huán)煙氣脫硫工藝，一爐一塔系統(tǒng)配置，脫硫系統(tǒng)不設煙氣旁路，無增壓風機及GGH系統(tǒng)，吸收塔為逆流噴淋塔形式，頂部安裝2級屋脊式除霧器，每級除霧器有上下兩層沖洗水。脫硫吸收塔為圓柱體鋼制結構，內表面采用襯膠防腐。

1 除霧器工作原理

除霧器布置于吸收塔頂部，煙氣進入吸收塔與漿液循環(huán)泵噴淋層霧化漿液逆流交換反應后，濕煙氣攜帶漿液液滴以一定的速度流經除霧器，液滴由于撞擊作用、慣性作用和轉向離心力的作用在除霧器葉片上被捕集下來，霧滴匯集形成水流，因重力的作用下落至吸收塔漿液池內，實現了氣液分離，使得流經除霧器的煙氣達到除霧要求后排出，以保證下游設備的安全運行。影響除霧效率的因素主要包括：煙氣流速、通過除霧器斷面氣流分布的均勻性、葉片結構、葉片之間的距離及除霧器布置形式等。由于被捕獲的液滴中含有以硫酸鹽為主的固體物質，所以除霧器葉片存在結垢的風險。

屋脊式除霧器由兩層人字形除霧器組成。第一層除霧器為粗除霧，第二級除霧器為精除霧。在兩級除霧器上、下部布置共4層沖洗水管，沖洗水從噴嘴噴灑到除霧器元件上，除去除霧器表面的固體顆粒，除霧器沖洗采用自動間隔沖洗方式。

2 除霧器堵塞現象及危害

3號機組煙氣脫硫工程自投產以來，吸收塔系統(tǒng)總體運行良好，脫硫效率始終能保持在99%以上。某日運行中發(fā)現除霧器比同等負荷下差壓偏高，通過比較FGD入口、出口壓力以及引風機出口壓力等參數綜合判斷除霧器差壓偏高，初步判斷除霧器可能發(fā)生堵塞。為防止除霧器差壓的進一步上升，首先采取了調整除霧器沖洗周期、降低吸收塔和AFT塔漿液pH值、置換部分漿液等措施，但除霧器差壓控制無明顯效果，除霧器差壓仍呈上升趨勢(如圖1所示)。

3號機組引風機設計全壓為8.0kPa，隨著除霧器差壓上升，引風機運行全壓逐漸逼近上限，過高的全壓運行可能導致風機葉片受損以及失速發(fā)生，因此不得不降低機組負荷以保證引風機全壓不超過限值；同時由于吸收塔阻力上升，引風機出口壓力也逐漸上升，在此期間發(fā)生了引風機膨脹節(jié)撕裂的現象。

圖1 同等負荷下各參數變化趨勢

鑒于除霧器過高差壓可能對風煙系統(tǒng)設備造成損傷以及可能發(fā)生除霧器坍塌的風險，該廠利用機組調停機會及時對除霧器進行了檢查和處理，經檢查發(fā)現除霧器葉片之間存在大面積結垢，已造成除霧器局部堵塞。

3 除霧器堵塞原因分析

通過對除霧器垢樣進行化驗分析，垢中CaCO3含量為14.1%，CaSO3·1/2H2O為1.5%，CaSO4·2H2O(石膏)含量為35.3%，Cl-含量為0.2%，通過與發(fā)生堵塞前的工藝參數進行比較，對除霧器結垢堵塞的原因進行了分析。

3.1 低硫工況增加CaCO3結晶風險

單塔雙循環(huán)技術實際上是相當于煙氣過了兩級漿液循環(huán)，兩級循環(huán)分別設有獨立的循環(huán)漿池和噴淋層，煙氣中的SO2和SO3與石灰石漿液逆流反應生成亞硫酸鈣和硫酸鈣。煙氣首先經過一級循環(huán)，循環(huán)漿液pH 控制在4.6～5.0，其主要功能是保證優(yōu)異的亞硫酸鈣氧化效果和充足的石膏結晶時間；經過一級循環(huán)的煙氣直接進入二級循環(huán)，二級循環(huán)漿液中過量的CaCO3多達20%以上，此級循環(huán)主要實現脫硫洗滌過程，由于不用考慮氧化結晶問題，可維持較高的pH值(約5.8～6.4)。

在吸收塔漿池中，亞硫酸鈣被氧化成硫酸鈣，結晶硫酸鈣形成石膏(CaSO4·2H2O)，吸收塔中的主要化學反應有中和反應和氧化反應兩種。

中和反應：

2CaCO3+H2O+2SO2=2CaSO3·1/2H2O+2CO2

氧化反應：

2CaSO3·1/2H2O+O2+3H2O=2CaSO4·2H2O

3號機組脫硫AFT塔pH值設計要求為5.6～6.2，在機組調試期間，入爐煤硫分1.3%～1.5%，為了保證脫硫效率，AFT塔pH實際控制值為6.1。從2018年1月開始，3號機組入爐煤硫分在0.5%左右，較機組調試期間入爐煤硫份降幅較大，而AFT塔pH值仍維持在6.1左右，導致AFT漿液中過量的碳酸鈣得不到迅速反應，長期在高pH值、低硫份的工況下運行，增加了AFT漿池漿液發(fā)生碳酸鈣結晶的風險，碳酸鈣結晶發(fā)展到一定程度，與煙氣攜帶的漿液粘連，同時在煙氣攜帶下進入除霧器并導致其堵塞[2-4]。

3.2 除霧器沖洗間隔設定不合理

為了防止除霧器堵塞，除霧器采用定期沖洗，沖洗間隔時間按吸收塔液位來進行調整[2]，其控制策略是當吸收塔漿液液位小于設定液位，且AFT塔液位小于23.2m時，除霧器每級沖洗功能組正常運行，依次開沖洗電動門(每個沖洗門依次開沖洗60s)；當吸收塔漿液液位大于設定液位，且AFT塔液位大于23.2m時，觸發(fā)“除霧器沖洗屏蔽”信號。

實際運行結果表明，當沖洗間隔大于2h，對于除霧器漿液的粘連和結晶去除效果將明顯減弱，當遇到工況惡化時，將無法起到沖洗作用。

3.3 氯離子含量超標

吸收塔漿液中含有過高的氯離子將對整個脫硫系統(tǒng)產生影響，一方面會導致相對過飽和的石膏增加，石膏晶體析出速度加快，導致沉積以及結垢的問題發(fā)生；另一方面會使?jié){液中氯化鈣濃度增大，甚至會產生氯化鈣析出物，其產物會影響到氧氣與漿液的充分混合。

分析除霧器堵塞前后吸收塔、AFT塔漿液鈣離子、氯離子含量，發(fā)現氯離子富集情況嚴重，除霧器堵塞后吸收塔漿液氯離子濃度為24122mg/L，而運行要求吸收塔漿液氯離子濃度維持在8000mg/L左右，造成氯離子富集主要有以下兩個原因：

(1)冬季來煤氯含量偏高。由于該廠部分燃煤來自北方，北方煤在轉運清卸過程中要使用防凍劑，而常見的防凍劑主要成分為氯化鈣和氯化鈉[5]。

(2)廢水排放能力較小。該廠二期廢水系統(tǒng)與出石膏系統(tǒng)關聯，在非出石膏時段，無法出廢水。在低硫工況下，由于漿液循環(huán)泵運行臺數少，漿液密度上升緩慢，出石膏時間短，廢水出力更加不足，脫硫廢水排放量在2.9t/h左右，低于脫硫廢水設計排放量6.5t/h的要求。

3.4 漿液密度高

吸收塔漿液密度高將容易導致石膏過飽和而析出，在吸收塔內發(fā)生沉積的概率也大大增加。若此時系統(tǒng)維持在高pH 值氛圍，會導致漿液中 CaCO3濃度偏高，由于石灰石溶液粘性特點，且除霧器是一個“干濕”分界點，從而易造成除霧器結垢堵塞。

3號吸收塔和AFT塔漿液密度計、pH計還存在測量不準的問題，在線測量數據偏差較大，雖然對漿液密度和pH均采取定時人工取樣測量，但效率較低且不能起到實時監(jiān)視作用。

4 預防措施

上述分析表明，除霧器堵塞是多重因素影響的結果。為了使除霧器安全高效運行，運行人員不僅要做好日常監(jiān)視，更要做好以下幾點控制：

(1)嚴格遵守脫硫啟停操作，如脫硫裝置啟動時，漿液循環(huán)泵至少保證1臺投入運行，否則禁止將熱煙氣引入到吸收塔中。

(2)做好除霧器差壓監(jiān)視，并根據差壓情況調整沖洗周期。在機組啟動前，實際檢查除霧器沖洗效果，以確保能覆蓋整個除霧器并達到沖洗壓力；同時，應加強沖洗門的維護保養(yǎng)，完善防護措施，并對除霧器沖洗時的壓力、流量進行控制，保證沖洗流量在60～90t/h，沖洗壓力大于0.15MPa，控制工藝水母管壓力大于0.7MPa運行。

(3)維持適當的運行pH值。根據入爐煤硫份重新調整脫硫漿液參數，當入爐煤硫份低時，吸收塔、AFT塔漿液pH值應在控制在設計規(guī)范下限；反之，則按設計規(guī)范上限控制。確保凈煙氣SO2達標排放，當漿液pH值達上限時仍然無法控制凈煙氣SO2排放濃度時，應及時啟動備用漿液循環(huán)泵運行，嚴禁采用提高石灰石供漿量、長期維持高pH值而不啟動漿液循環(huán)泵的運行方式來提高脫硫效率。

(4)針對密度計、pH計不準的現狀，應盡快對吸收塔漿液密度計和pH計實施技術改造，采用有代表性的測點或增設部分測點，以保證能及時、準確掌握脫硫系統(tǒng)的運行狀況。

(5)通過技改提高排廢水能力。針對在非出石膏時段無法排廢水的現象，在石膏旋流器底流增加管路至石膏溢流漿液箱并增加切換閥，同時加強廢水排放系統(tǒng)缺陷的處理，在系統(tǒng)滿足6.5t/h排放量的基礎上實現24h連續(xù)運行。

(6)控制吸收塔、AFT塔液位不超限。在冬季尤其低負荷時期，由于吸收塔入口煙氣溫度低，煙氣蒸發(fā)攜帶能力減弱，將給吸收塔、AFT塔水平衡控制帶來難度。因此在日常做好液位監(jiān)視的基礎上，一方面應控制濕除、地坑沖洗水等排入量并調整保持廢水連續(xù)排放；另一方面應關注內部漿液起泡情況，及時添加消泡劑進行處理。若采取措施調整無效，液位仍高應及時倒?jié){。

(7)加強化驗跟蹤并關注漿液氯離子的變化情況，及時進行運行調整。針對冬季來煤含氯超標的問題，可采用南方和北方港口入爐煤摻配的方式來控制入爐煤的氯離子。

5 結語

濕法脫硫吸收塔除霧器堵塞問題不僅影響到脫硫系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行，嚴重時會使機組帶負荷能力受限，甚至危及設備的安全。由于除霧器的運行特點，在發(fā)生堵塞后難有在線處理辦法，故在除霧器堵塞處理上相對于“通”，更重要的是“防”。因此在生產運行中只有嚴格地執(zhí)行措施要求，不斷總結運行調整經驗，才能確保安全運行，真正形成環(huán)保與經濟的雙收良好局面。