脫硫塔噴淋層噴嘴堵塞的原因分析及對(duì)策

耿衛(wèi)眾

(古交西山發(fā)電有限公司， 山西 古交 030206)

古交西山發(fā)電有限公司2×660 MW超超臨界機(jī)組的煙氣脫硫裝置采用一爐兩塔串聯(lián)運(yùn)行方式,SO2吸收系統(tǒng)采用雙塔雙循環(huán)工藝,兩級(jí)脫硫吸收塔相對(duì)獨(dú)立。每臺(tái)機(jī)組脫硫裝置的一級(jí)塔為常規(guī)噴淋塔，配置有2臺(tái)漿液循環(huán)泵及2層噴淋層，噴淋層頂部不設(shè)除霧器。二級(jí)塔采用旋匯耦合脫硫工藝，配置有3臺(tái)漿液循環(huán)泵及3層噴淋層，噴淋層頂部設(shè)置有管束式除霧器。兩級(jí)吸收塔的噴淋層均采用“支撐梁式”噴淋層，噴淋管全部選用玻璃鋼(FRP)材質(zhì)，通過管網(wǎng)搭放或抱箍固定于鋼結(jié)構(gòu)支撐梁上[1]. 一級(jí)塔每層噴淋層配置有224個(gè)噴嘴，共448個(gè)，二級(jí)塔每層噴淋層配置有224個(gè)噴嘴，共672個(gè)。所有噴嘴的材質(zhì)均為碳化硅，型式為切向空心錐，通過粘結(jié)型式與噴淋管連接。

1 噴淋層噴嘴堵塞

2020年4月1#機(jī)組脫硫系統(tǒng)檢修期間，發(fā)現(xiàn)一級(jí)塔噴淋層噴嘴堵塞嚴(yán)重，其中A噴淋層共有16根支管及140個(gè)噴嘴嚴(yán)重堵塞,B噴淋層有30個(gè)噴頭堵塞，脫硫二級(jí)塔3層噴淋層支管及噴嘴均未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重堵塞現(xiàn)象。2020年9月2#機(jī)組脫硫系統(tǒng)檢修期間，發(fā)現(xiàn)一級(jí)塔噴淋層支管未堵塞，但噴淋層噴嘴均有不同程度的堵塞，其中，A噴淋層有69個(gè)噴嘴堵塞，B噴淋層有79個(gè)噴嘴堵塞，脫硫二級(jí)塔3層噴淋層支管及噴嘴均未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重堵塞現(xiàn)象。經(jīng)過對(duì)噴淋層支管及噴嘴的堵塞物進(jìn)行分析，確認(rèn)堵塞物為吸收塔防腐鱗片及石膏垢片，其中以石膏垢片為主[2].

2 噴淋層噴嘴堵塞的原因

針對(duì)一級(jí)脫硫塔噴淋層噴嘴嚴(yán)重堵塞，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況,從堵塞物防腐鱗片及石膏垢片的產(chǎn)生以及進(jìn)入噴淋層噴嘴的途徑著手，對(duì)造成一級(jí)脫硫塔噴淋層噴頭嚴(yán)重堵塞的原因進(jìn)行分析。

2.1 一級(jí)塔設(shè)計(jì)容積偏小，漿液密度高

脫硫裝置的一級(jí)塔為常規(guī)噴淋塔，設(shè)計(jì)漿池容積為1 639 m3，由于吸收塔起泡溢流，吸收塔實(shí)際運(yùn)行中的液位低于設(shè)計(jì)液位，實(shí)際漿液量約為1 300 m3. 一級(jí)塔配置有兩臺(tái)漿液循環(huán)泵，流量分別為13 000 m3/h、8 500 m3/h.

由于脫硫吸收塔防腐層內(nèi)襯玻璃鱗片短時(shí)受熱溫度極限不超過85 ℃，吸收塔內(nèi)部的煙氣溫度依靠塔內(nèi)噴淋的漿液來降溫，為防止一級(jí)塔單臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行中突發(fā)故障而跳閘，導(dǎo)致高溫?zé)煔庵苯舆M(jìn)入吸收塔而損壞吸收塔防腐材料，因此，一級(jí)吸收塔的兩臺(tái)漿液循環(huán)泵采用同時(shí)運(yùn)行的工作方式。

依據(jù)漿液循環(huán)停留時(shí)間計(jì)算公式[3]：

式中：

T—漿液循環(huán)停留時(shí)間，min；

V—吸收塔正常運(yùn)行液位對(duì)應(yīng)的吸收塔漿池容積，m3；

q—總循環(huán)漿液，m3/h.

計(jì)算可知，脫硫一級(jí)塔漿液實(shí)際循環(huán)停留時(shí)間為3.63 min. 塔漿液循環(huán)停留時(shí)間短，導(dǎo)致漿液中石灰石與SO2反應(yīng)生成的CaSO3沒有足夠的時(shí)間氧化成CaSO4，石膏結(jié)晶時(shí)間短，晶體偏小，石膏脫水困難。一級(jí)塔是石膏的主要生成區(qū)，石膏不能及時(shí)外排，吸收塔漿液長(zhǎng)期維持高密度運(yùn)行，為石膏垢的生成創(chuàng)造了條件。

2.2 漿液pH值波動(dòng)劇烈

脫硫裝置的一級(jí)塔高度為25.4 m，二級(jí)塔高度為40.5 m，存在一定的高度差。兩塔的石灰石漿液供漿管路共用一根母管，通過控制兩塔供漿電動(dòng)門的開/關(guān)對(duì)兩塔補(bǔ)充新鮮石灰石漿液[4]. 因一級(jí)塔跟二級(jí)塔存在高差，當(dāng)兩塔供漿電動(dòng)門同時(shí)打開時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)同時(shí)給一、二級(jí)吸收塔補(bǔ)充石灰石漿液，因此，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，二級(jí)塔供漿電動(dòng)門常開,通過手動(dòng)開/關(guān)一級(jí)塔供漿電動(dòng)門，為一、二級(jí)吸收塔輪流補(bǔ)漿。

一級(jí)塔設(shè)計(jì)脫硫效率較高，可達(dá)到80%左右，由于吸收塔供漿方式不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)，通過手動(dòng)方式供漿，吸收塔漿液pH值不易維持穩(wěn)定，pH值經(jīng)常在4.0～5.2，二級(jí)塔處理漿液硫分較少，漿液pH值相對(duì)穩(wěn)定，pH可控制在5.2～5.6. 當(dāng)機(jī)組負(fù)荷及脫硫裝置入口硫分變化時(shí)，一級(jí)塔吸收塔漿液pH值在3.5～5.5波動(dòng)。低pH值時(shí)，亞硫酸鹽溶解度急劇上升，硫酸鹽溶解度略有下降，會(huì)有大量石膏在很短時(shí)間內(nèi)大量產(chǎn)生并析出，產(chǎn)生硬垢。高pH值時(shí)，石灰石的溶解度較小，容易生成軟垢[5]. 一級(jí)塔漿液pH值的劇烈波動(dòng)，同樣為石膏垢的生成創(chuàng)造了條件。

2.3 吸收塔部分防腐材料脫落

為了防止?jié){液、煙氣對(duì)吸收塔壁及噴淋層支撐梁的腐蝕，在吸收塔表面均刷有防腐材料，防腐材質(zhì)為玻璃鱗片膠泥。由于吸收塔塔壁周邊噴淋層部分噴嘴安裝角度不合適，對(duì)塔壁沖刷比較嚴(yán)重，導(dǎo)致塔壁防腐層脫落嚴(yán)重。另一方面，包裹在噴淋層支撐梁防腐材料外部的PP板未用抱箍加固，經(jīng)常因漿液的沖刷而脫落，失去對(duì)支撐梁防腐材料的保護(hù)作用，導(dǎo)致噴淋層支撐梁防腐層脫落，進(jìn)入漿液中。

2.4 漿液循環(huán)泵入口濾網(wǎng)變形

#1、#2機(jī)組分別于2018年4月、9月投產(chǎn)發(fā)電，吸收塔內(nèi)的石膏垢及雜物僅在大修時(shí)清理。機(jī)組的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，導(dǎo)致石膏垢片及雜物在吸收塔內(nèi)大量沉積，對(duì)漿液循環(huán)泵入口濾網(wǎng)造成堵塞，使循環(huán)泵入口濾網(wǎng)通流截面減小，一級(jí)吸收塔兩臺(tái)漿液循環(huán)泵同時(shí)運(yùn)行，經(jīng)常出現(xiàn)搶漿現(xiàn)象，導(dǎo)致漿液循環(huán)泵運(yùn)行中頻繁出現(xiàn)振動(dòng)值超限。為避免因振動(dòng)值超限而損壞設(shè)備，運(yùn)行過程中需要對(duì)漿液循環(huán)泵入口濾網(wǎng)頻繁進(jìn)行反沖洗，以便清潔濾網(wǎng)，增大通流截面。頻繁對(duì)漿液循環(huán)泵入口濾網(wǎng)進(jìn)行反沖洗，使?jié){液循環(huán)泵入口濾網(wǎng)變形，與吸收塔塔壁之間出現(xiàn)不同程度的縫隙，吸收塔漿液中的石膏垢片及防腐鱗片通過該縫隙，經(jīng)由漿液循環(huán)泵至噴淋層噴嘴處堵塞噴嘴，進(jìn)而堵塞噴淋層支管。

綜上所述，一級(jí)吸收塔長(zhǎng)期維持高密度運(yùn)行，漿液pH值波動(dòng)劇烈，為漿液中石膏垢的生成提供了條件；防腐層的脫落，造成漿液中存在大量防腐鱗片。漿液中的石膏垢片及防腐鱗片通過變形的漿液循環(huán)泵入口濾網(wǎng)與塔壁之間的縫隙，進(jìn)入噴淋層，造成噴淋層噴嘴及支管堵塞。

3 防止脫硫塔噴淋層噴嘴堵塞的措施

1) 優(yōu)化吸收塔漿液排出方式，延長(zhǎng)石膏晶體結(jié)晶時(shí)間。

在每臺(tái)機(jī)組的一級(jí)脫硫塔兩臺(tái)石膏排出泵出口母管增加一路管線至二級(jí)脫硫塔，石膏脫水系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)，將一級(jí)脫硫塔部分漿液通過石膏排出泵排放至二級(jí)脫硫塔，然后通過二級(jí)塔的漿液平衡泵輸送至一級(jí)塔，延長(zhǎng)一級(jí)塔漿液的循環(huán)停留時(shí)間，從而延長(zhǎng)石膏晶體的結(jié)晶時(shí)間，以利于晶體長(zhǎng)大，提高石膏脫水系統(tǒng)的出力，降低一級(jí)吸收塔漿液密度，減小石膏垢的生成量。

2) 控制吸收塔pH值，減小波動(dòng)范圍。

機(jī)組檢修期間，分別在每臺(tái)機(jī)組的一級(jí)脫硫塔及二級(jí)脫硫塔供漿管路上增加調(diào)節(jié)閥及流量計(jì)，通過調(diào)整供漿調(diào)節(jié)閥的開度，進(jìn)而控制一級(jí)、二級(jí)吸收塔的供漿量，實(shí)現(xiàn)兩塔同時(shí)供漿，以便維持各塔的pH值在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)[5]. 運(yùn)行中，一級(jí)脫硫塔的pH控制在4.6～5.0，二級(jí)脫硫塔的pH控制在5.2～5.6，一級(jí)脫硫塔pH的波動(dòng)范圍明顯縮小，有利于減小石膏垢的生成量。

3) 避免吸收塔防腐材料脫落。

根據(jù)噴淋層噴嘴周邊塔壁防腐材料的脫落情況，調(diào)整對(duì)吸收塔塔壁沖刷嚴(yán)重的噴嘴的安裝角度，以減輕對(duì)塔壁防腐層的沖刷。同時(shí)，在噴淋層支撐梁包裹的PP板頂部覆蓋3 mm厚的2205不銹鋼板，并用同材質(zhì)的不銹鋼板做成的方環(huán)(方環(huán)每邊的寬度均為10 cm)抱箍，對(duì)噴淋層支撐梁的PP板及頂部的不銹鋼板進(jìn)行固定，有效防止噴淋層支撐梁防腐材料的脫落。

4) 減少漿液循環(huán)泵入口濾網(wǎng)的反沖頻次。

機(jī)組臨修期間對(duì)一級(jí)吸收塔塔壁及循環(huán)泵入口濾網(wǎng)石膏垢片等雜物進(jìn)行清理，以緩解一級(jí)脫硫塔的運(yùn)行壓力，減少漿液循環(huán)泵入口濾網(wǎng)的反沖頻次。

另一方面，運(yùn)行人員根據(jù)設(shè)備運(yùn)行工況，當(dāng)漿液循環(huán)泵發(fā)生運(yùn)行電流、壓力等參數(shù)下降，振動(dòng)值超限時(shí)，可通過添加少量脫硫?qū)Ｓ孟輨?添加量為2 000 mL/次)緩解，以延長(zhǎng)漿液循環(huán)泵入口濾網(wǎng)的反沖洗周期，減少反沖洗頻次，避免濾網(wǎng)因過度反沖洗而變形。

4 結(jié) 語

針對(duì)古交西山發(fā)電公司一級(jí)脫硫塔噴淋層噴嘴嚴(yán)重堵塞的問題，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，分析了造成噴淋層噴嘴嚴(yán)重堵塞的原因并提出了相應(yīng)的解決措施，有效緩解了脫硫塔噴淋層噴嘴出現(xiàn)大面積嚴(yán)重堵塞的情況，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。該措施適用于采用一爐兩塔，尤其是一級(jí)塔設(shè)計(jì)容積偏小，雙塔雙循環(huán)脫硫工藝的同類電廠。