電廠鹽泥脫硫結(jié)垢淺析

＊孫延福 李潤江 李廷廷

（山東海化集團(tuán)有限公司熱力電力分公司 山東 262737）

1.前言

鹽泥為公司純堿廠生產(chǎn)輔助廢料，每小時放泥量達(dá)227m3/h，完全能夠滿足公司3×600t/h循環(huán)流化床鍋爐脫硫系統(tǒng)采用鹽泥作為脫硫吸收劑的生產(chǎn)需求量（約130m3/h-200m3/h）。公司生產(chǎn)的鹽泥主要成分為NaCl、CaCO3、Mg(OH)2、H2O，約占鹽泥總量的99%左右。其中CaCO3為鹽泥溶液中的主要成分，含量達(dá)到了60%左右，完全可作為脫硫吸收劑，鹽泥中的溶解鹽Mg(OH)2也可作為脫硫吸收劑。根據(jù)公司純堿廠鹽泥的制作工藝可知，鹽泥中CaCO3、Mg(OH)2純度高，可利用率大，是理想的脫硫吸收劑。

以鹽泥為吸收劑對鍋爐煙氣進(jìn)行二氧化硫吸收處理，并經(jīng)過強(qiáng)制氧化后，所生成的石膏漿液中固體成分主要包含二水硫酸鈣，鹽泥中未反應(yīng)完全的碳酸鈣，鹽泥中的灰分，煙氣中被洗滌的粉塵等。石膏漿液中溶液成分主要包含硫酸鹽（硫酸鎂、硫酸鈣）和氯化鹽（氯化鈉、氯化鎂）等溶解鹽。因石膏漿液成份與鹽泥成份類似，鹽泥漿液充分利用，經(jīng)混合后再輸送至公司純堿廠排渣系統(tǒng)進(jìn)行集中處理。

我們采用鹽泥漿液作為脫硫劑取得了極好的經(jīng)濟(jì)效果，一方面可充分循環(huán)利用，利好循環(huán)經(jīng)濟(jì)；另一方面降低了脫硫運(yùn)行成本，增加了電廠經(jīng)濟(jì)效益。

2.脫硫設(shè)備存在的問題

公司煙氣脫硫塔為3×600t/h循環(huán)流化床鍋爐配套建設(shè)，處理煙氣量3×700000Nm3/h，脫硫塔入口煙氣中二氧化硫不大于4000mg/Nm3，入口粉塵濃度不大于30mg/Nm3，鹽泥漿液Cl-含量不大于40000mg/l；煙氣排放要求達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)：SO2≤35mg/Nm3，粉塵排放濃度≤5mg/Nm3。脫硫塔內(nèi)配套5層噴淋，兩級屋脊式除霧器，脫硫塔入口布置在漿液池和噴淋層之間。

我們在每年的停產(chǎn)大修中多次檢查發(fā)現(xiàn)，脫硫塔入口煙道及入口塔壁兩側(cè)均出現(xiàn)了大量塊狀結(jié)垢堆積如圖1、圖2、圖3。脫硫塔入口煙道（傾斜角度15°）下部積滿2m范圍內(nèi)，厚度高達(dá)600mm-700mm，結(jié)垢硬度不大；入口塔壁兩側(cè)及支撐上也掛滿高達(dá)2.5m的晶狀巨塊硬結(jié)垢，極難清理，導(dǎo)致入口煙氣通流面積減少了近2/5以上。這也是脫硫塔運(yùn)行中一直存在的增壓風(fēng)機(jī)出力不足、電流小、壓損大、增壓風(fēng)機(jī)入口處時常正壓反煙、帶不動負(fù)荷等問題的直接原因。脫硫塔內(nèi)鹽泥漿液排放掉后發(fā)現(xiàn)，塔內(nèi)底部存有不少大小不一的塊狀結(jié)垢，分析判斷應(yīng)該為脫硫塔入口高掛的結(jié)晶結(jié)垢物運(yùn)行中脫落，掉入脫硫塔漿液池內(nèi)，這也是塔內(nèi)氧化風(fēng)管時有脫落成因之一。同時在停塔中，我們做脫硫塔噴淋嘴霧化試驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)噴淋嘴內(nèi)部結(jié)垢霧化效果不佳，旋流霧化噴射變?yōu)橹绷鲊娚?，噴淋角重疊度不足，極易造成跑漏煙氣現(xiàn)象，影響脫硫塔脫硫除塵效率及煙氣達(dá)標(biāo)排放要求。

圖1 脫硫塔入口結(jié)垢

圖2 脫硫塔入口結(jié)垢

圖3 脫硫塔入口結(jié)垢

3.結(jié)垢主要成因分析

采用鹽泥漿液作為脫硫吸收劑，而鹽泥作為公司純堿廠生產(chǎn)中的輔助廢料，成分非常復(fù)雜，并含有砂石、塑料等各種硬質(zhì)雜物，更易造成脫硫塔運(yùn)行中結(jié)垢堵塞。脫硫塔運(yùn)行中結(jié)垢機(jī)理本身就非常復(fù)雜，多種影響因素同時作用，比較難于分析；而采用鹽泥漿液作脫硫吸收劑，導(dǎo)致脫硫塔結(jié)晶結(jié)垢原因機(jī)理及結(jié)垢垢質(zhì)類型更為復(fù)雜，影響因素更多。經(jīng)現(xiàn)場取垢樣試驗(yàn)、檢測分析，發(fā)現(xiàn)垢樣成分主要為CaSO4、MgSO4、CaCl2及少量的硅質(zhì)混合物等。通過與原脫硫塔設(shè)計單位進(jìn)行技術(shù)溝通交流、論證分析，高溫?zé)煔饧胞}泥漿液中顆粒物沉積、脫硫塔入口溫差變化大、漿液池中漿液回流、鹽泥漿液密度大等多項(xiàng)因素共同作用是導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)結(jié)垢形成的主要原因。

(1)沉積效應(yīng)

脫硫塔入口煙道2m左右處均為氣-液兩相交界處影響區(qū)，高溫?zé)煔庵泻写罅扛邷責(zé)焿m顆粒物，遇濕逐漸結(jié)團(tuán)，在成團(tuán)顆粒自身重力及高溫?zé)煔鉁u流作用下沉積入口煙道底部，逐漸堆積結(jié)塊。在停塔清理入口煙道沉積結(jié)垢中，發(fā)現(xiàn)結(jié)垢存在著分層且層面清晰，呈顆粒狀，顏色有局部微黃現(xiàn)象，驗(yàn)證了入口煙道區(qū)域結(jié)垢為高溫?zé)煔庵泻瑝m顆粒物逐漸沉積造成。

脫硫塔入口處，霧化狀態(tài)的鹽泥漿液向下流動中與高溫?zé)煔飧蓾窠唤咏佑|，在高溫?zé)煔鉁u流沖擊及鹽泥漿液自身重力作用下沉積附著結(jié)垢于塔壁兩側(cè)及入口支撐上，逐漸形成高達(dá)2.5m的晶狀巨塊結(jié)垢。因鹽泥漿液的特殊性，其含有大量飽和的鈣鎂鹽類及少量的硅質(zhì)混合脫硫反應(yīng)產(chǎn)物，在溫差變化較大的區(qū)域更易結(jié)晶析出，造成較硬晶狀結(jié)垢。

(2)溫差效應(yīng)

脫硫塔入口是脫硫塔內(nèi)溫差變化最大的區(qū)域，也是140℃高溫?zé)煔馀c脫硫塔內(nèi)鹽泥漿液最初接觸區(qū)域，亦是氣-液兩相交界處。此部分區(qū)域是脫硫塔內(nèi)溫差變化最大區(qū)域，在較大溫差作用下，鹽泥漿液中飽和的鈣鹽、鎂鹽等脫硫產(chǎn)物更易結(jié)晶析出，高溫?zé)煔鉁u流、氣液兩相流相互碰撞擾動下，逐漸附著在脫硫塔入口等處，形成硬質(zhì)晶狀結(jié)垢物。脫硫塔入口及支撐上高掛達(dá)2.5m的巨塊晶狀結(jié)垢也主要是溫差效應(yīng)因素造成的。采用鹽泥作脫硫吸附劑，脫硫塔未保溫或保溫效果不好，在溫差效應(yīng)下也極易導(dǎo)致脫硫塔漿液池內(nèi)壁結(jié)晶，形成硬質(zhì)晶狀結(jié)垢物。溫差效應(yīng)及鹽泥漿液沉積也是導(dǎo)致脫硫塔內(nèi)噴淋管道及噴嘴等結(jié)垢的主要原因之一，此處不再詳述。

(3)鹽泥漿液回流

脫硫塔煙氣入口處一般為塔內(nèi)漿液和高溫?zé)煔獾淖畛踅佑|區(qū)域，即氣-液兩相交界面。脫硫塔入口煙道如未設(shè)計均流裝置，并存在漿液池內(nèi)液面與煙氣入口過近等問題，高溫?zé)煔饬鞣植疾痪?，將極易在脫硫塔入口、漿液池液面形成渦流。煙氣渦流將直接造成漿液池內(nèi)漿液被卷吸回流，部分漿液反向回流至脫硫塔入口煙道處、入口塔壁兩側(cè)及入口支撐上，漿液中的鈣鹽等脫硫反應(yīng)產(chǎn)物相互碰撞、附著于上述部位，在溫變效應(yīng)下結(jié)晶析出，造成該區(qū)域部位產(chǎn)生硬質(zhì)晶狀結(jié)垢。因公司脫硫塔未非單爐單機(jī)制、鍋爐生產(chǎn)負(fù)荷也不穩(wěn)定，運(yùn)行調(diào)整頻繁，更易造成煙氣在脫硫塔入口處產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致脫硫塔入口結(jié)垢。我們通過穩(wěn)定負(fù)荷，降低漿液池液位等運(yùn)行試驗(yàn)，很好地驗(yàn)證了漿液池漿液回流造成脫硫塔入口結(jié)垢現(xiàn)象。

(4)鹽泥漿液密度

脫硫塔漿液池中鹽泥漿液的密度也是影響脫硫塔入口結(jié)垢的主要影響因素之一。脫硫塔運(yùn)行中塔內(nèi)鹽泥漿液置換、排放不及時，鹽泥漿液中含有大量飽和的鈣鹽、鎂鹽等脫硫反應(yīng)產(chǎn)物，漿液密度較大，在高溫?zé)煔鉄嵝?yīng)作用下，飽和的鈣鹽、鎂鹽等脫硫反應(yīng)產(chǎn)物不斷結(jié)晶析出，逐漸沉積附著在脫硫塔內(nèi)各處，形成較厚、較硬的晶狀結(jié)垢。

4.結(jié)垢危害分析

由于鹽泥漿液的特殊性，相比其他脫硫劑更易產(chǎn)生結(jié)垢，造成的危害更大，后果更嚴(yán)重。脫硫塔、入口煙道、噴淋層噴嘴、氧化管道、除霧器等結(jié)垢，一方面造成煙道鋼板硫腐蝕穿孔導(dǎo)致煙氣泄漏，影響現(xiàn)場環(huán)境質(zhì)量，同時也增加設(shè)備維修維護(hù)量；另外脫硫塔入口等各部位結(jié)垢，將導(dǎo)致整個脫硫系統(tǒng)壓損增大、設(shè)備堵塞、出力降低甚至停機(jī)停爐，導(dǎo)致鍋爐煙氣排放不達(dá)標(biāo)。

脫硫塔入口煙道積垢厚度達(dá)700mm、脫硫塔壁及支撐掛滿高達(dá)2.5m硬質(zhì)晶狀結(jié)垢，造成脫硫塔入口煙氣通流面積減少近2/5，系統(tǒng)壓損增加，脫硫除塵效率降低，嚴(yán)重影響電廠生產(chǎn)負(fù)荷，造成生產(chǎn)被動。硬質(zhì)結(jié)垢清理，將產(chǎn)生大量的人工費(fèi)，費(fèi)時費(fèi)力，同時易破壞脫硫塔玻璃鱗片，導(dǎo)致腐蝕程度加重；噴淋噴嘴發(fā)生硬質(zhì)結(jié)垢，清理時需割開噴淋嘴，將增加維修費(fèi)用及備品備件費(fèi)用。脫硫塔入口側(cè)壁及支撐處硬質(zhì)結(jié)垢在脫硫塔運(yùn)行中或清理時也極易發(fā)生大塊結(jié)垢墜入塔內(nèi)砸壞氧化風(fēng)管等，循環(huán)泵入口濾網(wǎng)雜物堆積，進(jìn)一步影響脫硫塔安全運(yùn)行。

5.解決策略

公司脫硫塔是2012年建設(shè)投產(chǎn)，為節(jié)省開支，降低維修改造費(fèi)用，我們對脫硫塔不再進(jìn)行較大的技術(shù)改造，同時為確保解決脫硫塔結(jié)垢問題，只進(jìn)行小范圍、局部的技術(shù)改造，在優(yōu)化運(yùn)行操作、加強(qiáng)設(shè)備維修質(zhì)量等方面進(jìn)行了多項(xiàng)措施改進(jìn)。脫硫塔改進(jìn)后效果圖如圖4改進(jìn)后入口煙道、圖5圖6改進(jìn)后除霧器。

圖4 改進(jìn)后入口煙道

圖5 改進(jìn)后除霧器

圖6 改進(jìn)后除霧器

(1)改造過濾裝置

鹽泥漿液的特殊性，其含有大量砂石、塑料等雜質(zhì)雜物，原鹽泥箱配套過濾裝置網(wǎng)孔較大，過濾效果非常不理想。通過加大過濾面積、改小網(wǎng)孔等措施，同時定期清理濾網(wǎng)雜物，極好地解決了鹽泥漿液中較大顆粒雜物，減少了脫硫塔流通部位沉積結(jié)垢、堵塞。

(2)加裝均流裝置

企業(yè)生產(chǎn)性質(zhì)決定了鍋爐負(fù)荷經(jīng)常波動，運(yùn)行調(diào)整頻繁，高溫?zé)煔庠诿摿蛩肟谔幐桩a(chǎn)生紊流、渦流等，將導(dǎo)致煙氣回流現(xiàn)象，造成脫硫塔結(jié)垢現(xiàn)象。因脫硫塔原配套設(shè)計時未設(shè)有煙氣均流裝置，為改善煙氣渦流及鹽泥漿液卷吸回流現(xiàn)象發(fā)生，我們計劃在脫硫塔入口處加裝煙氣均流裝置，進(jìn)一步解決脫硫塔入口結(jié)垢問題。

(3)優(yōu)化運(yùn)行操作

為解決脫硫塔漿液池內(nèi)液面與高溫?zé)煔馊肟谶^近問題，減少人工清理及維修費(fèi)用，通過降低脫硫塔漿液池液位，控制漿液池液位由原設(shè)計10m改為8.5m-9m，降低1.0m-1.5m；同時加大脫硫塔內(nèi)漿液置換，適當(dāng)提高塔內(nèi)漿液PH值；增加入塔海水調(diào)節(jié)進(jìn)行稀釋，加大脫硫塔內(nèi)漿液排放，降低鹽泥漿液密度，減少鹽泥漿液沉積、結(jié)垢發(fā)生；適當(dāng)增加除霧器沖洗頻率，減少除霧器結(jié)垢。穩(wěn)定負(fù)荷，避免負(fù)荷較大波動，經(jīng)降低漿液池液位等運(yùn)行試驗(yàn)，再次停產(chǎn)大修檢查時，煙道入口及脫硫塔入口兩側(cè)等處基本不再積存大量結(jié)垢現(xiàn)象，噴淋嘴等處結(jié)垢也有了較大的改善。

(4)加強(qiáng)前置設(shè)備維修質(zhì)量

脫硫塔系統(tǒng)對煙氣中含塵均有嚴(yán)格要求，布袋除塵器經(jīng)常出現(xiàn)布袋磨損、碰撞等造成布袋泄漏，布袋除塵器運(yùn)行中泄漏無法控制，造成煙氣中含塵超標(biāo)，加大了脫硫系統(tǒng)脫硫除塵壓力，加重了脫硫塔入口煙氣結(jié)垢現(xiàn)象發(fā)生。因此必須確保布袋除塵器檢修質(zhì)量，減少布袋泄漏，降低脫硫塔入口煙氣含塵量。

6.結(jié)束語

近幾年以來，我國對環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，煙氣排放均需達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，這對熱電廠等配套的脫硫裝置性能要求也越來越高，脫硫裝置系統(tǒng)在安全生產(chǎn)中的地位也越來越高。而濕法脫硫裝置系統(tǒng)普遍存在結(jié)垢堵塞等問題，嚴(yán)重制約著脫硫設(shè)備安全運(yùn)行，所以我們應(yīng)該很好地分析、解決脫硫塔結(jié)垢問題，以保證脫硫設(shè)備長周期穩(wěn)定運(yùn)行。