濕法脫硫二級吸收塔除霧器堵塞研究

杜子勛，鄭保貴

（華電淄博熱電有限公司，山東 淄博 255000）

0 引言

煙氣脫硫是控制二氧化硫污染的主要措施，石灰石-石膏濕法脫硫技術是當今煙氣脫硫的主流技術之一。除霧器是煙氣脫硫系統(tǒng)中非常重要的核心裝置，用于經(jīng)吸收塔洗滌后分離煙氣攜帶的液滴，除霧器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。本文以某熱電廠為例，該電廠6號機組曾因為二級吸收塔除霧器堵塞問題，根據(jù)文獻［1］提到的減緩結垢的優(yōu)化方案對二級塔進行了技術調(diào)整。調(diào)整后，問題依然沒有得到最根本的解決，針對這一難題進行了進一步分析和研究。

1 問題查找

2018年，對該熱電廠6號機組脫硫二級吸收塔進行改造，將吸收塔塔體抬高4.9 m，吸收塔出口煙道由側出改為頂出，除霧器更換為三級屋脊式除霧器，最上級噴淋層中心線與最底層除霧器間距提高為3 m。完成改造后點火啟動機組，并對除霧器出口霧滴含量進行檢測。在鍋爐蒸發(fā)量1 000 t／h情況下，經(jīng)檢測，實際霧滴濃度為 22 mg／Nm3（標態(tài)，干基，6%O2），符合除霧器出口煙氣中的霧滴濃度設計值≤25 mg／Nm3（標態(tài)，干基，6%O2）。 但 6 號機組脫硫二級吸收塔除霧器壓差仍持續(xù)升高，如圖1所示。除霧器堵塞問題仍然沒有得到較好解決。

圖1 6號機組二級塔除霧器壓差歷史曲線

2 原因分析

該電廠聯(lián)合電力研究院環(huán)化專業(yè)技術人員到現(xiàn)場進行異常情況排查，對6號機組二級塔除霧器堵塞的誘因進行逐一分析處理。根據(jù)文獻［2］中提到的石灰石-石膏法脫硫系統(tǒng)除霧器結垢原因的分析，綜合評定后，對除霧器進行了檢查分析。

2.1 在線檢查除霧器堵塞情況

文獻［3］提出煙氣偏流原因?qū)е碌奈账?nèi)結垢以及煙氣偏流對除霧器的影響。為此，打開最下層除霧器下方塔壁沖洗水管預留孔進行在線觀察，發(fā)現(xiàn)最下層除霧器表面附著了大面積黑色晶體狀硬質(zhì)垢狀物，南側除霧器表面垢狀物僅發(fā)生在除霧器葉片間，附著厚度約為1 cm；吸收塔北側除霧器表面垢狀物為成片連接，覆蓋除霧器迎風側葉片，垢樣厚度約為2 cm。在線取樣發(fā)現(xiàn)吸收塔北側除霧器垢狀物比南側堅硬，且該硬垢采用除霧器沖洗水無法沖掉。

2.2 對吸收塔漿液進行過濾和化驗

對該電廠5號和6號機組一、二級吸收塔漿液進行取樣，對漿液依次進行過濾、烘干。并對5號和6號機組二級吸收塔漿液濾出物表觀進行檢查，發(fā)現(xiàn)兩者存在明顯區(qū)別，烘干后的漿液濾出物連同在線取得的除霧器垢樣，送往山東省分析測試中心進行電鏡掃描，對樣品微觀形貌進行檢測，檢測結果顯示，6號機組二級吸收塔石膏結晶異常，為片狀結晶。

2.3 檢查除霧器沖洗情況

現(xiàn)場調(diào)閱該電廠6號二級吸收塔當年5月30日至8月6日期間除霧器沖洗情況，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場除霧器實際執(zhí)行沖洗水頻次為第一層除霧器下層沖洗60 s／240 min，第一層除霧器上層沖洗 60 s／240 min；第二層除霧器下層沖洗60 s／240 min，第二層除霧器上層沖洗 60 s／480 min；第三層除霧器下層沖洗60 s／480 min。按此沖洗水頻次，除霧器壓差從90 Pa逐漸上漲到253 Pa。根據(jù)文獻［4］煙氣帶水的原因分析及對策，8月9日，修改除霧器沖洗頻次為第一層除霧器下層沖洗60 s／120 min，第一層除霧器上層沖洗60 s／90 min；第二層除霧器下層沖洗60 s／240 min，第二層除霧器上層沖洗 60 s／480 min；第三層除霧器下層沖洗60 s／360 min。嚴格按照廠家提供的沖洗水邏輯進行沖洗，沖洗水壓力一直維持在0.2～0.3 MPa、流量為 110～147 m3／h，符合沖洗要求。

2.4 原煙氣粉塵測試

8月21日，電力研究院技術人員對該電廠6號機組靜電除塵器出口煙塵濃度進行測試，考察脫硫塔入口煙塵濃度，測試結果顯示除塵器出口實測煙塵濃度約為60 mg／m3，滿足吸收塔入口煙塵濃度200 mg／m3的設計要求。

通過以上的分析、調(diào)查、研究、論證，該電廠得出以下兩點導致6號機組二級吸收塔除霧器堵塞的主要原因：

1）6號機組二級吸收塔漿液一開始沒有石膏晶種，硫酸鈣達到飽和時，會按照均相成核作用自己形成晶核。這種晶核很小，在溶液中不易形成晶體，導致石膏結晶不正常，當這種晶核附著在吸收塔內(nèi)構件（如吸收塔壁、支撐梁、除霧器等）表面上后會逐步生成為堅硬垢。

2）6號機組二級塔入口SO2濃度偏低，氧化風機一直處于開啟狀態(tài)，在吸收塔反應區(qū)生成的亞硫酸鈣，在氧化區(qū)幾乎可以完全被氧化為硫酸鈣。由于二級吸收塔漿液較稀，當硫酸鈣濃度逐漸升高，達到過飽和時，發(fā)生均相結晶現(xiàn)象。

綜合以上原因得出，6號機組二級吸收塔內(nèi)硬垢形成的主要原因是由于塔內(nèi)漿液密度過低、二級塔入口SO2濃度偏低且氧化風機始終處于運行狀態(tài)，導致吸收塔內(nèi)發(fā)生結晶現(xiàn)象，長時間附著于吸收塔內(nèi)構件，逐漸形成硬垢。該電廠通過技術研究，決定利用現(xiàn)有資源，利用一級吸收塔漿液提升二級吸收塔漿液密度。

3 技術整改實施

針對上述原因，該電廠制定了相應的改造方案，以及后續(xù)的運行實施方案：

1）在停機前，按照廠家除霧器順控邏輯進行沖洗，同時對6號機組脫硫系統(tǒng)的運行方式進行調(diào)整。在滿足凈煙氣SO2排放的情況下，盡量不運行二級脫硫塔噴淋層，以減少漿液攜帶量。待一級脫硫塔4層噴淋層全部運行后，再開啟二級脫硫塔噴淋層，循環(huán)泵組合方式優(yōu)先級別依次為2+0，3+0，4+0，4+1和4+2，最大限度降低6號機組二級塔的結垢程度。

2）在停機后，首先對除霧器進行人工沖洗，再次投入運行時，要按照廠家除霧器順控邏輯進行沖洗。其次，在停機過程中，對6號機組兩個吸收塔進行改造，實現(xiàn)一、二級吸收塔漿液互通。當二級塔入口SO2濃度較低時，適當降低二級塔漿液pH值，促進碳酸鈣、亞硫酸鈣的溶解，減少碳酸鈣顆粒在除霧器表面的沉積。

9月30日，該電廠利用機組調(diào)停機會，組織專業(yè)力量對6號機組一級吸收塔石膏排出泵出口管路進行改造，將原有的6號石膏排出泵至渣漿池管路改為至6號機組二級吸收塔管路，實現(xiàn)6號機組一級塔和二級塔的互聯(lián)互通。在一級吸收塔不投石膏脫水系統(tǒng)的情況下，通過一級吸收塔石膏排出泵將一級吸收塔漿液排至二級吸收塔，通過二級吸收塔強制循環(huán)泵將二級吸收塔漿液排至一級吸收塔，通過這種方式來提高二級吸收塔漿液密度維持在1 020～1 040 kg／Nm3， 保證二級塔石膏正常結晶，避免硫酸鈣過度飽和，形成附著在除霧器上的硬垢。改造管道系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 一級吸收塔石膏排出泵至二級吸收塔管道圖

4 效果對比

10月4日，該電廠6號機組一級塔和二級塔互聯(lián)互通改造完成。當月機組啟動至今，對此次改造后的除霧器進行了重點追蹤觀察，在鍋爐蒸發(fā)量不超過1 000 t／h的情況下，6號機組二級吸收塔除霧器差壓始終維持在150 Pa以內(nèi)，滿足規(guī)程規(guī)定的除霧器壓差性能保證值在一個檢修周期內(nèi)（一年內(nèi)）不超過300 Pa的要求，改造效果明顯。改造前后除霧器對比圖如圖3所示。

圖3 改造前后除霧器對比圖

5 結語

通過改造解決了影響設備安全運行的主要問題，達到了預期效果和目的。對除霧器堵塞問題有了更深刻的認識，進一步鞏固了取得的成果，該電廠6號機組二級吸收塔除霧器堵塞研究改造項目的成功應用，突破了電力行業(yè)對雙塔雙循環(huán)濕法脫硫二級塔除霧器結垢的固有認知和思維。同時合理利用系統(tǒng)現(xiàn)有設備管道，改造費用較低，為電力行業(yè)其他機組的脫硫系統(tǒng)改造提供了借鑒經(jīng)驗。