濕法脫硫漿液循環(huán)噴淋系統(tǒng)結(jié)垢分析及控制措施

高叢輝

(中國石油集團(tuán)電能有限公司電力技術(shù)服務(wù)公司, 黑龍江 大慶163411)

0 引 言

中油電能有限公司電力技術(shù)服務(wù)公司熱電二公司煙氣脫硫系統(tǒng)為石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)。在大修期開塔檢修時發(fā)現(xiàn)漿液循環(huán)噴淋系統(tǒng)出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，主要出現(xiàn)在漿液循環(huán)泵入口濾網(wǎng)和部分噴淋噴嘴。雖然噴淋系統(tǒng)結(jié)垢是濕法脫硫系統(tǒng)常規(guī)問題，但是如果不進(jìn)行控制，隨著運行時間延長，結(jié)垢將導(dǎo)致噴淋系統(tǒng)濾網(wǎng)堵塞、噴淋層噴嘴堵塞等問題，直接影響漿液噴淋量和霧化效果，存在出口指標(biāo)不可控甚至超標(biāo)風(fēng)險。通過分析結(jié)垢狀況，研究結(jié)垢機(jī)理和垢樣組成，找到結(jié)垢原因，并采取運行控制措施，以使結(jié)垢問題得到控制。

1 結(jié)垢的危害

1.1 循環(huán)泵氣蝕損壞

漿液循環(huán)泵入口設(shè)置濾網(wǎng)，是為防止塔內(nèi)大顆粒雜物通過泵吸入進(jìn)入噴淋系統(tǒng)造成泵體及噴淋層設(shè)備堵塞。但是由于系統(tǒng)長時間運行或處于備用狀態(tài)時，濾網(wǎng)是浸泡在漿液池內(nèi)的，這也為結(jié)垢提供了附著位置。塔內(nèi)石膏結(jié)垢和亞硫酸鈣結(jié)垢將附著在濾網(wǎng)上導(dǎo)致堵塞。濾網(wǎng)堵塞嚴(yán)重會導(dǎo)致入口壓力降低、泵吸入量降低，容易造成循環(huán)泵氣蝕，造成蝸殼葉輪出現(xiàn)氣蝕坑，嚴(yán)重時將導(dǎo)致?lián)p壞泄漏。循環(huán)泵損壞照片如圖1所示。

1.2 循環(huán)泵出力下降

循環(huán)泵入口濾網(wǎng)堵塞，將導(dǎo)致泵吸入流量降低，造成循環(huán)泵出力下降[1]、漿液噴淋量不足。噴淋系統(tǒng)噴嘴結(jié)垢堵塞后，將導(dǎo)致可霧化噴嘴數(shù)量減少、霧化效果變差、噴淋覆蓋面積變小，導(dǎo)致出現(xiàn)煙氣走廊，引起指標(biāo)不可控。

1.3 系統(tǒng)電耗和維護(hù)成本增加

由于噴淋系統(tǒng)結(jié)垢導(dǎo)致噴淋效果變差，為保證指標(biāo)可控，需增加運行循環(huán)泵臺次，系統(tǒng)電耗率增加，運行成本增加。噴淋系統(tǒng)結(jié)垢嚴(yán)重時，需停運清理，清理維護(hù)成本增加。

圖1 循環(huán)泵氣蝕照片

2 結(jié)垢原因分析

2.1 垢樣分析

2.1.1 垢樣狀態(tài)

圖2為系統(tǒng)垢樣，4個垢樣分別取自漿液循環(huán)泵濾網(wǎng)和噴嘴，垢樣1、2取自濾網(wǎng)中上部,垢樣略微發(fā)黃[2]，垢樣3取自濾網(wǎng)底部，垢樣4取自堵塞的噴嘴。從垢樣外觀可看出，濾網(wǎng)主要結(jié)垢呈層狀，底部垢樣有針狀結(jié)晶，噴嘴內(nèi)垢樣呈球塊狀。層狀結(jié)垢說明結(jié)垢是逐漸形成的，且呈現(xiàn)逐層附著。

2.1.2 垢樣成分

對垢樣進(jìn)行成分分析，具體分析數(shù)據(jù)見表1。

表1 垢樣成分分析數(shù)據(jù)

由垢樣成分分析可看出，循環(huán)泵濾網(wǎng)中上部結(jié)垢為亞硫酸鈣和硫酸鈣復(fù)合結(jié)晶，內(nèi)部可見片狀透明晶片。濾網(wǎng)底部塊狀垢樣為石膏沉積結(jié)垢和石灰石漿液沉積結(jié)垢、少量泥沙沉積物和鱗片防腐脫落雜物。噴嘴內(nèi)白色球塊狀結(jié)垢為硫酸鈣垢和少量亞硫酸鈣垢，同時伴有部分粉塵沉積垢。

圖2 系統(tǒng)垢樣

2.1.3 結(jié)垢機(jī)理

濕法脫硫系統(tǒng)結(jié)垢的形成主要與系統(tǒng)內(nèi)pH、氧化效果和塔內(nèi)漿液濃度有關(guān)。pH越低對控制結(jié)垢越有好處，但過低的pH又會影響吸收反應(yīng)進(jìn)行，因而應(yīng)控制pH在合理范圍，5.0～5.6為最優(yōu)狀態(tài)。濕法脫硫采用強(qiáng)制氧化的方式將吸收反應(yīng)產(chǎn)生的亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，氧化效果不好也會引起亞硫酸鈣含量增加，形成軟垢。當(dāng)塔內(nèi)漿液濃度過高，亞硫酸鈣過飽和系數(shù)達(dá)到1.4時將大量析出附著[3]，同時亞硫酸鈣給硫酸鈣結(jié)晶提供晶核，加快石膏硬垢的產(chǎn)生。

2.2 結(jié)垢原因分析

系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)pH控制合理，氧化風(fēng)機(jī)運行正常，氧化空氣管路暢通，氧化風(fēng)量充足。塔內(nèi)漿液濃度控制在1 080～1 130 kg/m3范圍內(nèi)[4]，系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整正常。排除以上因素，結(jié)垢因素則為運行方式不合理和設(shè)備沖洗存在問題。

2.2.1 濾網(wǎng)結(jié)垢原因分析

1)片狀結(jié)晶為析出在濾網(wǎng)上的亞硫酸鈣和硫酸鈣復(fù)合結(jié)晶，系統(tǒng)長時間運行，結(jié)晶逐漸長大形成結(jié)垢。晶體析出需要提供晶核，由于濾網(wǎng)上初期沉積的石膏為晶體析出提供了晶核，當(dāng)塔內(nèi)漿液密度較高且亞硫酸鈣過飽和度超過1.4時，晶體析出逐漸生長，隨著運行時間延長，晶體逐層析出形成片狀結(jié)垢，堵塞濾網(wǎng)。

2)塊狀石膏垢主要集中在濾網(wǎng)底部，是由濾網(wǎng)底部石膏沉積而形成的，特別是循環(huán)泵停運周期過長時，石膏粘附在濾網(wǎng)上形成結(jié)垢。

3)白色球塊狀結(jié)垢為石灰石沉積物，由于塔內(nèi)漿液補(bǔ)充，未反應(yīng)的石灰石漿液沉積在吸收塔底部，隨著運行時間延長，沉積量增加形成碳酸鈣沉積結(jié)垢。

4)由于工業(yè)水及石灰石粉中含有一些泥沙類雜質(zhì)，隨著運行時間延長逐漸富集，沉積到濾網(wǎng)附近，塔內(nèi)一些脫落的鱗片防腐碎塊隨漿液沉積到濾網(wǎng)上。

綜上所述，濾網(wǎng)結(jié)垢主要是由于系統(tǒng)循環(huán)泵備用周期過長，初期形成的軟垢未得到及時沖洗，隨著備用時間延長逐漸結(jié)晶成硬垢。原有沖洗方式存在不能將循環(huán)泵濾網(wǎng)上沉積漿液沖走的問題，造成長時間附著引起結(jié)垢。

2.2.2 噴淋層結(jié)垢原因分析

塔內(nèi)噴淋層噴嘴有空心錐單口噴嘴和空心錐雙口噴嘴兩種，兩種噴嘴按照設(shè)計數(shù)量布置在每個噴淋層管路上。噴淋層結(jié)垢嚴(yán)重的噴嘴主要是各層的單向向下的空心錐單口噴嘴，雙口噴嘴結(jié)垢較少。結(jié)垢成分為石膏垢，結(jié)垢形成原因與除霧器結(jié)垢原因相似[5]，兩種噴嘴結(jié)垢的原因?qū)Ρ热鐖D3所示。

圖3 兩種噴嘴結(jié)垢原因?qū)Ρ?/p>

結(jié)垢過程發(fā)生在循環(huán)泵備用停運期間，由濕煙氣經(jīng)過圖3中單口空心錐噴嘴和雙口噴嘴的狀態(tài)可以看出，攜帶漿液的濕煙在上行過程中碰到噴嘴后，漿液會沿噴嘴壁向下流回吸收塔，煙氣可直接通過雙口噴嘴，而單口向下的噴嘴則將煙氣內(nèi)漿液遮擋后使其沿著噴嘴內(nèi)壁沉積。循環(huán)泵長時間停運會導(dǎo)致石膏沉積量逐漸增加，最后形成硬垢[6]，循環(huán)泵再運行時無法沖掉所結(jié)硬垢，導(dǎo)致堵塞。

3 控制措施

針對系統(tǒng)實際運行狀況、結(jié)垢機(jī)理和結(jié)垢原因進(jìn)行分析，通過調(diào)整循環(huán)泵運行方式、改進(jìn)沖洗方式等措施進(jìn)行結(jié)垢控制。具體措施如下：

1)系統(tǒng)循環(huán)泵實際運行中為一運兩備狀態(tài)，原設(shè)備輪換周期為半個月，實際備用泵備用周期為一個月，由于備用周期過長為軟垢變硬垢提供了時間，因此將循環(huán)泵輪換周期改為一周一次，縮短備用時間，減少結(jié)垢。

2)針對沉積漿液附著結(jié)垢問題，將原入口沖洗方式進(jìn)行改變。由于原沖洗方式?jīng)_洗水只能沖洗濾網(wǎng)局部，不能將大量附著物沖洗干凈。通過入口注水至出口管水壓力超過吸收塔液位靜壓力后，打開入口門進(jìn)行瞬間大流量高壓沖洗，可將濾網(wǎng)上附著物和初期軟垢徹底沖洗，減少結(jié)垢。沖洗方式對比效果如圖4所示。

圖4 入口濾網(wǎng)沖洗方式改變前后效果對比

3)備用泵啟動前通過出口沖洗水對循環(huán)泵噴淋層進(jìn)行沖洗，將附著的漿液和初期軟垢沖洗掉，減少循環(huán)泵噴淋層結(jié)垢。

4 應(yīng)用實效分析

1)控制措施實施后，漿液循環(huán)系統(tǒng)結(jié)垢狀況明顯改善，入口濾網(wǎng)結(jié)垢量大大降低，效果對比如圖5所示。

2)循環(huán)泵噴淋層噴嘴堵塞狀況大大好轉(zhuǎn)，堵塞比例由措施前的45.2%降至17.5%。具體數(shù)據(jù)對比見表2。

3)通過實施控制措施，結(jié)垢狀況得到改善，設(shè)備損耗大大降低，同時維護(hù)工作量減少，效益明顯。

圖5 措施實施前后濾網(wǎng)結(jié)垢狀況對比

表2 噴嘴堵塞數(shù)量對比

5 結(jié) 語

針對濕法脫硫循環(huán)噴淋系統(tǒng)結(jié)垢問題，通過改變運行方式和沖洗方式使系統(tǒng)結(jié)垢得到了改善。為了更好控制結(jié)垢發(fā)生，在優(yōu)化運行控制基礎(chǔ)上，還可應(yīng)用添加新型阻垢劑等方式進(jìn)行改善。