石灰石-石膏湿法脱硫装置的运行维护分析

2012-07-03薛巨勇

电力工程技术 2012年6期

薛巨勇

(射阳港发电有限责任公司，江苏射阳 224345)

某电厂3号、4号机组为137.5 MW机组锅炉为超高压中间再热自然循环汽包炉，每台炉配备双室三电场静电除尘器，除尘效率大于99.4%。改造工程安装了石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置，处理能力为锅炉BMCR工况时的烟气量，脱硫效率大于95%。3号、4号炉脱硫系统是典型的两炉一塔的脱硫装置，由烟气系统、吸收塔系统、石膏脱水、石灰石粉制备浆液系统、工艺水系统、事故浆池及浆液疏排系统、废水处理等系统组成。该系统自2005年12月投入运行以来，运行情况良好，但系统设备存在的磨损、结垢堵塞等问题影响着脱硫系统的可靠性和经济性。

1 吸收塔喷淋层横梁磨蚀情况分析

实际运行中，由于烟气中的SO2不可能百分之百的被脱除，且由于石灰石湿法洗涤方法不能有效吸收烟气中的SO3，因此残余的SO2和SO3与水接触后生成亚硫酸雾和硫酸雾，再加上少量的HCl雾，在温度较低且湿度较大的情况下，这种腐蚀性介质极易形成液滴而沉积在温度较低的壁面或吸收塔喷淋母管上，从而造成较强的腐蚀，经长期运行后，引起吸收塔喷淋母管的主支撑横梁两端封头有浆液泄漏，从这一泄漏现象判断为横梁内部磨蚀穿孔，如图1所示。由于工作介质强腐蚀性，对横梁的破坏性极大，要立即进行修复处理。

图1 吸收塔横梁磨损穿孔

1.1 吸收塔喷淋层横梁损坏的原因

喷淋层的主横梁由10 mm钢板拼制焊接而成，截面为400×600 mm的长方形，总长为11.11 m，其间由钢板分隔为8个1.385 m的箱体，每块隔板靠近底边和封头的4个角留有工艺孔，横梁的表面采用耐磨型玻璃鳞片防腐。运行时，靠近主横梁附近的喷嘴喷出的浆液覆盖在横梁上，防止烟气沿着横梁侧壁逃逸。

正是由于这种贴壁运行的设计，日积月累的冲刷造成横梁壁面耐磨防腐层损坏，并进一步腐蚀、磨蚀钢板，最终导致箱体穿孔，浆液通过隔板上的小孔流出至塔外。横梁箱体劣化的趋势很明显，喷淋浆液对横梁箱体外壁腐蚀和磨损没有停止，横梁箱体内部进入强腐蚀性的浆液，钢板发生较强烈的腐蚀破坏，浆液进入横梁箱体后，还增加了横梁的自重，破坏横梁的承载能力。

1.2 采取的措施

（1）采用挖补的方法修复横梁损坏的部位，同时对被浆液污染的8个箱体开孔清洗。横梁损坏的机理主要防腐层被磨蚀，因此，对所有被加工面和破损部位采取加强型防腐防磨措施，在原有防腐方案上，增加防腐防磨层的厚度，通过增加玻璃丝布，加强每层之间的结构力，按比例掺配陶瓷粉，增加防腐层的抗磨性能。对喷淋区所有被浆液覆盖的区域检查，塔壁有部分已被磨蚀破坏，同样采取焊补的措施进行修复。

（2）磨蚀性与浆液的密度有关，密度越高，浆液的磨蚀性越强。因此，在运行中要严格控制吸收塔浆液密度。

（3）优化喷淋层喷嘴的布置，在保证浆液覆盖率的情况下，重新选择的喷嘴覆盖高度，根据喷嘴特性及两层喷淋之间距离重新调整喷嘴高度，避开浆液对横梁的冲刷，避免喷淋层横梁被冲刷损坏。

2 喷淋层堵塞的问题分析

喷淋层喷淋模型是否完好是影响脱硫系统高效运行的主要因素，每次停炉都要对喷淋层进行检查。喷淋层喷嘴堵塞的现象时有发生，如图2所示。喷嘴堵塞后形成了喷淋盲区，大量未经洗涤的烟气逃逸，影响了脱硫效率，甚至造成下游工艺系统运行恶化。

图2 喷淋层喷嘴堵塞

2.1 喷淋层喷嘴堵塞的原因分析

喷淋层喷嘴堵塞主要是吸收塔浆液中存在大颗粒的杂质，运行时通过浆液循环泵进入喷淋层喷嘴，由于喷嘴为倒锥体，杂质卡在喷嘴上，日积月累造成喷嘴堵塞。对于杂质的产生主要有2个途径，一是系统中残留的工业垃圾，二是因操作控制的原因，系统紊乱积垢生成颗粒较大的杂质。

2.2 喷淋层喷嘴堵塞对策措施

（1）在每次大小修后，彻底清理脱硫工艺系统，同时控制好制浆系统、脱水系统以及地坑排水至吸收塔的污染物，避免杂质残留在系统内，造成喷淋层喷嘴堵塞。

（2）提高锅炉电除尘器的效率和可靠性，减少烟气中的粉尘进入脱硫工艺系统。

（3）运行控制吸收塔浆液中石膏过饱和度最大不超过140%，避免积垢形成杂质。

（4）选择合理的pH值运行，浆液的PH值对系统结垢的影响程度较高，浆液的PH值高，意味着碱度大，有利于碱性溶液与酸性气体之间的化学反应，对脱除SO2有利，但对脱硫的氧化会起抑制作用，适当降低并保持相对稳定的PH值，可以抑制H2SO3分解为，使反应物大多为易溶性的Ca（HSO3）2。从而减轻系统内的结垢倾向。保证吸收塔浆液的充分氧化，避免形成积垢[1]。

（5）定期向吸收剂中加入添加剂，如镁离子、乙二酸等，缓解垢物的生成。

（6）在长期低负荷的情况下，不要长期停运喷淋层，应定期切换，防止烟尘及石膏附着在喷嘴上造成喷嘴堵塞。

3 除雾器运行中压差大的分析

脱硫系统在运行中，发生过除雾严重积垢的问题。除雾器的压差由原有的不到100 Pa上升到400 Pa，并且有迅速升高的趋势，加强冲洗已无法恢复正常值，严重威胁设备系统的安全，停系统后检查除雾器，除雾器积垢已非常严重。

3.1 除雾器结垢和堵塞的原因分析

造成除雾器结垢和堵塞的原因有很多，除受除雾器自身的叶型、冲洗水压、冲洗水量、冲洗覆盖率、冲洗周期影响外，还与化学反应过程、被处理烟气的含固量、烟气流速和其他外因有关。其中化学反应过程对除雾器的运行性能有很大的影响，当烟气通过除湿装置时，其中的SO2与除雾器表面的浆液会发生SO2的吸收反应，会形成大量的亚硫酸盐和硫酸盐，经过一定时间以后将会发生结垢现象。

（1）从除雾器各级叶片结垢的情况来看，喷淋层喷嘴堵塞往往是除雾器叶片结垢的主要原因。首先，喷淋层喷嘴大面积的堵塞，烟气的穿透力增强，烟气拖拽大量浆液颗粒上行。同时，这部分烟气温度相对较高，很容易将灰垢留在叶片上。这时，如果还按原有的冲洗频率、冲洗水量冲洗，已经不能满足除雾器叶片的冲洗需要，积灰迅速在S型叶片的腰部堆积，这部分积灰在叶片上结晶生产石膏垢，在只有0.2 MPa左右的冲洗水压下，已很难将除雾器彻底冲洗干净，除雾器工况持续恶化，最终导致除雾器压差严重超标。

（2）在检查中发现，第一级除雾器迎风面叶片屋脊顶部最为严重，这与除雾器冲洗喷嘴冲洗模型有一定的关系，设计要求喷嘴与叶片最大距离在1 m以内，而喷嘴距屋脊处的距离较远，冲洗效果相对较差，冲洗不足的部位易形成结垢，一旦叶片上形成晶粒基体，很快会在此基础上长大，这是除雾器屋脊顶部易结垢的主要原因。

（3）在运行中，烟气的流速对除雾器的性能有很大影响。保持较高的烟气流速可以得到较好的分离效果，但一旦超过临界流速会造成除雾器液滴二次携带，在除雾器平台上集聚了大量的石膏浆液与工况除雾器恶化有关，除雾器叶片的通流面积变小，在烟气负荷增加后，烟气流速超过临界流速，除雾器液滴发生大量二次携带，烟气通过除雾器后迅速扩容，失去动力的浆液落在除雾器平台上。也就是在本次检查时发现除雾器平台上出现大量石膏的原因。

（4）除雾器塔体处的结垢是除雾器叶片结晶物的外延，靠近塔体的叶片上石膏缓慢地生长，最终扩展到塔体上，并进一步生长产生大量的结垢。

（5）检查除雾器冲洗模型，部分喷嘴喷出的为水柱，并不是扩散开的水幕，不能有效覆盖叶片，存在盲区。

3.2 除雾器堵塞处理情况及对策措施

（1）利用停炉机会，采用高压水对除雾器叶片进行彻底清理。并逐一检查除雾器冲洗喷嘴，更换损坏的喷嘴，确保除雾器的冲洗模型。

（2）尽量消除除雾器的结垢现象。一般情况下，如除雾器发生结垢的原因是在氧化程度低下，甚至无氧化发生的条件下生成的一种反应物Ca（SO3）0.8（SO4）0.21/2H2O，称为CSS软垢，使系统发生堵塞。而控制氧化是目前采取的一个有效方法，实验研究证明，当亚硫酸钙的氧化率15%～95%，钙的利用率低于80%时，硫酸钙容易结垢，而控制氧化是采用抑制或强制氧化的方法将氧化率控制在小于15%或大于95%，即可有效控制硫酸钙的结垢现象。

（3）采取有效措施，保证喷淋层喷嘴可靠运行，使浆液均匀完整地覆盖喷淋层，减少热烟气逃逸和浆液过量携带。

（4）第一级除雾器叶片的负载最大，后面的叶片负担相对较轻。因此，修改除雾器冲洗功能组，增加第一级冲洗的频率和冲洗时长，调整合适的二、三级冲洗模式，达到最佳的冲洗效果。

（5）合理控制吸收塔浆液池的液位，确保除雾器能及时冲洗。

（6）通过运行调节，尽量保证除雾器在合适的参数状态下运行，以保证达到最好除雾性能，并保证除雾器不发生结垢和堵塞。

（7）加强除尘器的管理，提高除尘器的效率和可靠性，严格控制烟气中的含尘量，烟气通过喷淋层洗涤后，仍有部分灰粒进入除雾器，增加除雾器的负担。减少灰尘进入工艺系统。

（8）定期检验除雾器的压差变送器，为运行提供准确的判断，及时采取措施，确保除雾器在清洁的状态下运行。

4 增压风机磨损情况分析及措施

3号、4号炉脱硫系统采用的是静叶可调轴流风机，叶轮、固定导叶采取了防磨措施。但在机组停运时检查，3号、4号炉升压机风机叶轮防磨层磨损较严重，如图3所示。其中叶轮的耐磨鼻全部磨损可见母材，叶片工作面的磨蚀也较严重，不少部位的防磨层已经因磨损露出了母材。

4.1 原因分析

图3 升压风机叶片防磨层磨损

风机叶轮的磨损主要与烟气中含尘量和含尘颗粒的大小、硬度有关。3号、4号炉除尘器为双室三电场，除尘效率相对较低，由于长期燃用低发热量、高灰份的劣质煤，烟气含尘量已超过电除尘器的处理能力，经处理后的烟气含尘量较高，烟气含尘量大是造成叶轮磨损的主要原因。叶轮原有防磨措施是采用热喷涂的涂装工艺，由于工艺控制相对的复杂，必须解决喷焊所引起的工件变形和喷层裂纹等问题，现场很难满足工艺要求，需要将叶轮返回制造厂修复处理。

4.2 对策措施

（1）风机在强磨蚀气氛中运行，必然会产生严重的磨损。因此，必须加强电除尘器的运行维护管理消除一切不利于电除尘运行的因素，保证除尘器除尘效率始终处于最佳状态，降低烟气含尘量，减小设备的磨损。（2）由于磨损量在不断增加，要做好应对风机不平衡振动的故障，及时对叶轮进行动平衡消缺。（3）做好设备备品管理，增加叶轮的备品，利用机组大小修时间，更换备用叶轮，将磨损的叶轮轮流返厂修复。（4）应考虑采用组合式叶轮，叶片上的耐磨件可拆卸更换，可以节约大量的维修费用和缩短检修工期。

5 GGH积垢堵塞分析

在设计时，虽然已考虑了GGH换热元件防堵塞的问题，但GGH运行一段时间仍会有沉积物堵塞GGH换热片，如图4所示。由于GGH换热元件积垢，使压差增大，增加系统运行阻力，甚至造成增压风机发生失速或喘振故障，直接影响脱硫系统的安全性和经济性。

图4 GGH换热元件积垢

5.1 GGH积垢情况

转子换热元件冷端最外圆弧的区域积垢最为严重，垢物非常致密、坚硬，覆盖宽度约0.5 m，占整个换热元件截面25%，损失非常大。其他区域也有比较多的积垢，转子换热元件的热端相对比较干净。

5.2 GGH积垢原因分析

（1）近年来电厂采购到的多为低发热量、高灰份的劣质煤，加之3号、4号炉除尘器为双室三电场，除尘效率相对偏低，导致烟气系统含尘量偏大，造成GGH换热元件积灰的可能性大大增加。

（2）除雾器在运行中，有一定数量的石膏浆液透过除雾器逃逸，进入GGH换热元件，这部分浆液较难清除，很容易在GGH换热元件上附着固化。同时，由于除雾器的烟气进入GGH前不断冷却，水滴在烟道壁上汇聚并沿着烟道壁进入GGH，主要作用在换热元件的外圆和内圆上，径向覆盖范围较广，分摊的相对较少。在外圆上粉尘吸潮后，经过高温烟气的作用，形成非常致密、坚硬的灰垢。

（3）GGH是旋转设备，运行中外圆的线速度最高，吹灰吹扫时作用在外圆的时间相对最短，由于外圆上积灰最为严重，吹灰的不彻底，在GGH换热元件的外圆上日积月累形成最为严重的附着物。

（4）GGH在线冲洗有2种模式，分别是压缩空气吹扫和高压水冲洗。通过观察，压缩空气吹扫时，压缩空气压力达不到设定值，压缩空气的压力甚至低于0.4 MPa，压缩空气的吹扫性能大打折扣。高压水冲洗的压力为10 MPa，总的冲洗效果良好，但对于外圆上的灰垢处理的效果并不明显，并且这种冲洗模式厂方推荐每年不超过6次。