无旁路脱硫设备配置及防腐蚀材料的可靠性分析

2011-11-06马成兵

中国环保产业 2011年1期

关键词：搅拌器防腐蚀鳞片

马成兵

(中环（中国）工程有限公司，南京 210008)

无旁路脱硫设备配置及防腐蚀材料的可靠性分析

马成兵

(中环（中国）工程有限公司，南京 210008)

脱硫装置取消烟气旁路后，对装置整体的可靠性要求非常高。本文就如何进一步提高系统的可靠性，对该工艺设备的配置及防腐蚀材料的选择进行了分析，并提出了建议。

脱硫装置;烟气旁路;防腐蚀材料;可靠性

某2×1000MW机组“上大压小”工程采用增压风机与引风机双机合一，取消了烟气旁路。脱硫装置取消烟气旁路后，对装置整体的可靠性要求非常高。为了提高整个脱硫系统运行的可靠性，减少发生故障的几率，一方面要求在系统设计上考虑更加全面，另一方面要求相关设备的配置更加合理、设备质量更加可靠，同时要求设备的防腐蚀性能也更加可靠。

1 影响脱硫系统可靠性的因素

影响脱硫系统可靠性的因素很多，主要为化学因素（工艺流程、运行参数、腐蚀、磨损等）和设备因素（机械方面、电气方面、结构设计、控制、检测等）。

1.1 化学因素

（1）工艺流程：如pH值、浆液密度的测量方式，间歇脱水还是连续脱水等不同的流程设计决定了不同的运行操作方式，可靠性也不一样。

（2）运行参数：如pH值、运行液位高度的设定是否恰当。

（3）腐蚀：主要是Cl-浓度，Cl-浓度过高是造成设备材料损坏的主要原因之一。

（4）磨损：搅拌器桨叶、泵的叶轮、管道、阀门等在含固量较大的浆液中的使用磨损是否正常。

（5）堵塞：吸收塔内浆液的pH值如控制不好、密度过大，或者在泵停止运行后浆液不及时排空、冲洗，含固浆液的沉积凝结会造成管道的堵塞，影响设备出力或安全。

1.2 设备因素

主要包括运行条件、设备选型、设备数量、设备容量、结构材料等。

2 对系统关键设备的控制

取消烟气旁路对脱硫装置主、辅设备的可靠和稳定运行提出了更高的要求，可通过对设备的选择控制，比如扩大设备进口范围、国产设备选用优质名牌产品以减少故障率、提高设备制造水平、强化防腐施工的过程检验等方法来提高整个系统的可靠性。

系统设备分类如表1所示。

建议进口的设备范围主要有：吸收塔喷嘴、除雾器、浆液循环泵（国产电机）、吸收塔搅拌器、石膏旋流器、废水旋流器、真空带式过滤机（国产钢架）、离心式脱水机、浆液蝶阀、氧化风机、顶进式浆液搅拌器、计量泵、防腐内衬材料。

表1 系统设备分类

3 取消旁路提高可靠性系统设计主要原则

3.1 适当增加设备的备用率

一般对浆液循环泵的设计均是按照全部工作设计，不考虑备用设备。在锅炉满负荷时全部运行，低负荷时关掉1台或2台泵。在取消旁路以后，若仍按有旁路的常规设计，在入口烟气出现事故高温，且同时出现所有浆液循环泵故障的情况下将存在较大风险（概率很低）。故对SO2吸收系统采用N+1配置，增加1台浆液循环泵和1层喷淋层，可保证在事故状态下至少有1台浆液循环泵可用，这样可有效保护脱硫设备，大大提高脱硫的可靠性。并且，在某1台浆液泵故障造成脱硫效率下降时开启备用循环泵喷淋可有效提高脱硫效率。

对系统中其它容易出现故障的设备或阀门也应考虑设置100%的备用，如吸收塔集液坑泵设置2台。同时还要考虑一定范围及数量的备品备件，如浆液循环泵的库房备用转子、叶轮、吸收塔搅拌器和小浆液泵的机械密封等。

3.2 进一步提高设备的可靠性

脱硫系统工艺流程中主要设备就是吸收塔、泵、风机、搅拌器、阀门。

吸收塔的维护一般在1年甚至更长的时间。塔内部件如除雾器、喷淋管、喷嘴维护量都较小。吸收塔搅拌器轴向排液量设计有一定的裕量，正常工作的N台搅拌器，若1台出现故障，其余几台可以保证在一定的时间内（最长14天）正常运行，这样就不会影响浆液的搅拌，一般容易出现故障的机械密封利用特殊工具（一个夹紧式法兰）在几个小时内即可在线完成更换。

浆液泵、搅拌器的故障主要是机械密封磨损、叶轮磨损或机械故障。一般正常的机械密封使用期限为6～9个月，叶轮正常使用寿命＞2万小时，轴承的寿命应＞2.5万小时。

（1）提高吸收塔的可靠性

1）吸收塔结构设计进行优化。增大顶层喷淋层与除雾器之间的距离，减小烟气中的一些固体颗粒被直接携带至除雾器的可能性，从而减少结垢的产生。

2）除雾器冲洗设计进行优化。一是增加除雾器第四层冲洗系统来保证有效的冲洗水流量，细化局部冲洗。因除雾器设备处理的介质混有石膏、亚硫酸钙固体颗粒，如果冲洗不当，极容易导致出现大范围的结垢，使除雾器的通道变窄，导致更快的烟气流速，直接将气流中的固体颗粒带至除雾器后方，导致除雾器表面出现结垢，从而影响除雾器性能，甚至还会导致除雾器局部塌陷、模块脱落。增加第四层冲洗将能有效防止结垢的产生，保证除雾器的效果。二是缩短除雾器冲洗喷嘴与除雾器模块之间的距离，增加冲洗喷嘴的数量，增大冲洗水的水量来提高冲洗的效果，防止结垢。

3）提高设备选材标准。循环泵进口滤网、塔内氧化空气管道采用耐蚀合金。可减少因FRP材质管道断裂、破损产生的碎片等造成的循环泵堵塞、喷嘴堵塞现象，一方面保证脱硫效率，另一方面维持氧化空气在浆液池内需要的扩散效果，保证副产品石膏的质量。

（2）泵、搅拌器、浆液阀门

在设计时，对接触石膏浆液的设备材料的选择一般按浆液中氯离子浓度为40g/L、其它为20g/L进行。

3.3 事故高温烟气下设备的保护

在锅炉点火初期和机组故障跳闸期间，进入FGD塔的烟气温度可能达到180℃，对吸收塔内的除雾器、喷淋管、防腐内衬等造成破坏，所以必须把瞬间的事故高温在最短的时间内降低到设计温度。目前是在吸收塔入口原烟道上设计2套事故喷淋系统来保护塔内的设备。

3.4 提高设备防腐蚀的可靠性

包括材料、方案的优化，施工过程的有效控制。

3.5 保证石灰石浆液的可靠供应

为防止因石灰石浆液罐搅拌器或泵故障，造成新鲜的石灰石浆液不能及时输送到吸收塔内进行反应，降低脱硫效率，对石灰石浆液制备系统双冗余设置，2套石灰石浆液制备系统之间互为备用。至吸收塔的石灰石浆液供应也采用双管路设计，保证无论是在搅拌器还是浆液泵故障或管道堵塞、磨损的情况下，都可以满足使用要求。

4 设备防腐蚀可靠性分析

目前湿法烟气脱硫系统的防腐蚀一般采用以下几种防腐蚀材料：

（1）镍基合金

镍基合金防腐蚀性能出色，对意外恶劣条件的适应能力强，耐高温性能好，无需设置紧急降温系统；不容易被机械力破坏；维护、检修方便；使用寿命长。镍基合金由于以上优点是防腐蚀材料的首选，但其造价较高，一般只应用在吸收塔入口烟道、氧化空气喷枪、塔内有关部件的连接螺栓、滤网等关键部位，可靠性很高。

（2）丁基橡胶衬里

橡胶是有机高分子化合物，具有良好的缓和冲击吸收振动能力；耐磨、耐腐蚀、气体抗渗透性、防氟离子、可现场硫化；对基体结构适应性强，可进行较复杂结构件的贴覆；衬里破坏容易修复。加上橡胶衬里的价格较低，一般应用在脱硫系统箱罐设备的防腐蚀中，可靠性较高。橡胶失效主要表现为鼓泡、裂纹、脱落。

（3）玻璃鳞片树脂

玻璃鳞片按使用部位及特点，分为低温、高温玻璃鳞片和耐磨玻璃鳞片。低温玻璃鳞片具有优良的抗渗透性、耐化学性、耐腐蚀性，使用温度一般低于100℃，广泛应用于吸收塔的低温部分、净烟道、脱硫系统箱罐设备等。高温玻璃鳞片具有优良的耐高温性能，长期使用温度可达160℃，主要应用于原烟道及吸收塔入口。耐磨玻璃鳞片一般添加了陶瓷耐磨材料，主要应用于吸收塔喷淋区部位和搅拌器等浆液磨损严重的区域。玻璃鳞片的失效主要表现为开裂和脱落。

（4）玻璃钢

玻璃钢是一种以酚醛树脂为基体结合玻璃纤维增强材料而成的一种复合材料，具有良好的耐腐蚀、耐热、耐磨损性能。并且由于其价格低廉，质量轻，广泛应用于吸收塔喷淋母管、氧化空气喷枪、浆液管道等。

设备防腐可靠性的具体分析如下：

（1）烟道

在原烟道采用高温玻璃鳞片、净烟道采用低温玻璃鳞片，经工程实践证明其防腐性能是可以保证的。

（2）吸收塔入口干湿界面

在吸收塔入口段烟道四周（距吸收塔投影距离不小于1.5m范围内）采用6mm碳钢加爆破贴附2mmC276合金制作，经工程实践证明其防腐性能是可以保证的。

（3）吸收塔

多个工程实践证明，在以玻璃鳞片防腐蚀的吸收塔内部，发生腐蚀、穿孔等事故的一般是喷淋区域的塔壁和喷淋支撑梁，喷淋主管并没有出现过事故，所以对喷淋管仍选择采用FRP材质制作。相对玻璃鳞片，丁基橡胶衬里防腐的优点在于具有更好的耐磨性。该工程无烟气旁路，将橡胶衬里局部应用在吸收塔重点部位，可以进一步提高脱硫系统的可靠性，提高脱硫系统和机组可用率。所以对由于喷嘴长期的直接冲刷而引起腐蚀、穿孔等事故的侧壁及支撑梁，选择采用衬胶防腐来提高其耐冲刷性，从而减少了事故的发生几率。由于橡胶和鳞片搭接处不好处理，因而可在鳞片和橡胶施工前以100mm宽的1.4529合金板在塔壁内侧玻璃鳞片与衬胶搭接的上口与下口先进行一圈贴覆。吸收塔其它部位的防腐仍采用玻璃鳞片，在实际运用过程中，效果很好，维护检修也很方便。建议的防腐蚀形式见表2。