火电厂湿法脱硫装置故障分析及优化改造

郝竹筠，徐丰跃

（1.国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，长春 130021；2.吉林电力股份有限公司二道江发电公司，吉林 通化 134003）

随着电力建设的高速增长及国家对SO2等烟气污染物排放要求的日益严格，石灰石－石膏湿法烟气脱硫（FGD）系统在我国火电厂得到广泛应用，为控制SO2排放、防治酸雨的污染发挥了巨大作用，但因设备投入成本高、电耗大、设备故障多及维护成本高等原因，使得脱硫整体运行成本较高。本文针对某火电厂5、6号机组吸收塔系统除雾器故障率高、浆液pH计、密度计测量准确率低、脱硫设施运行能耗大问题，进行故障分析及设备优化改造，改造后FGD系统运行可靠性及经济性均得到很大提高。

1 吸收塔除雾器故障分析及优化改造

吸收塔除雾器是FGD系统中非常重要的装置，除雾效率的高低和压降的大小直接影响到脱硫后烟气的“干净”程度和系统的运行效率，其性能直接影响到湿法烟气脱硫系统能否连续可靠运行。除雾器严重故障时不仅会造成脱硫系统停运，而且势必会造成机组停运（按环保部门要求已取消脱硫烟气旁路）。为保证除雾器正常工作，必须对除雾器定期进行冲洗，防止除雾器叶片结垢和堵塞而影响其工作效果。

1.1 除雾器运行状况及出现的故障

该火电厂5、6号机组采用两炉一塔湿法脱硫工艺，除雾器选择屋脊型，安装在吸收塔上部，用以分离净烟气夹带的雾滴。除雾器出口烟气液滴质量浓度不大于75mg／m3。设置除雾器冲洗系统，运行时根据给定或可变化的程序，既可进行自动冲洗，也可人工冲洗。一炉一塔运行时除雾器压差应小于80 Pa，两炉一塔运行时除雾器压差应不超过185Pa。

a.吸收塔内部设有二级除雾器三层冲洗系统，每层冲洗设有5个电动冲洗水阀门，三层共设置15个电动冲洗水阀门，分为5组，每组有1个手动分总阀门，控制3个冲洗水阀门。由于设计时未考虑东北冬季寒冷天气的影响，吸收塔为半封闭状态，只对冲洗水管路进行了保温，阀门及执行机构均裸露在外，在冬季频繁出现除雾器冲洗系统故障。在2009年7月至2010年7月共发生除雾器冲洗水阀门故障50余次，2009年12月由于天气寒冷，还出现除雾器多个阀门同时故障得情况，导致冲洗水自动冲洗程序无法投入运行，只能开启手动就地冲洗，期间除雾器压差最高达260Pa，严重威胁除雾器的安全运行。

b.5、6号机组吸收塔除雾器表面及内部都有严重的结垢现象，结垢面遍布整个除雾器，特别是除雾器表面结垢厚度达l cm以上，除雾器冲洗水无法冲洗掉，严重影响了除雾器的正常运行。烟气带水量增加，加重下游设备酸性腐蚀，同时也加重了石膏雨。

c.当带有一定温度的烟气通过吸收塔时，会有大量的水分蒸发，以水蒸气形式随着饱和烟气经烟囱排出，还有一部分水分随石膏排出，另外还有FGD系统的废水排出。

1.2 除雾器堵塞原因分析

除雾器位于吸收塔顶部烟气出口处，属于“湿－干”交界区。由于吸收塔浆液中含有CaSO4、CaSO3、CaCO3及飞灰中含有硅、铁、铝等物质，这些物质具有较大的粘度，当浆液碰撞到除雾器表面及塔壁时，其中的部分便会粘附于除雾器及塔壁而沉降下来；同时，由于烟气具有较高的温度，加快沉积层水分的蒸发，使沉积层逐渐形成结构致密，类似于水泥的硬垢，影响除雾器可靠运行，分析如下。

a.除雾器冲洗周期长，石膏颗粒和烟尘不断附着在除雾器表面，导致结垢加重，并经高温烟气冲刷不断硬化，直至形成厚实致密的硬垢，此时冲洗已无法冲刷掉垢物。

b.除雾器冲洗水压力不够。

c.除雾器冲洗水喷嘴布置不合理，存在冲洗死角。

d.吸收塔浆液过饱和，烟气含固量增加，烟气与浆液接触后携带固体颗粒量大大增加，与除雾器碰撞后部分附着在除雾器表面，逐渐形成垢物。

e.脱硫系统进口烟尘含量远高于设计值，大量飞灰在除雾器表面沉积，由于飞灰中的金属氧化物粘性较强，而且飞灰颗粒细小，一旦结垢很难去除。

1.3 提高除雾器运行可靠性的措施

a.用彩钢板将5、6号机组脱硫系统的吸收塔除雾器冲洗水平台封闭，利用冲洗水平台的有限空间对冲洗水阀门保温，在吸收塔本体处扒开2处保温为保温房提供热源，在保温房两侧装设保温门帘防寒防冻。

b.对5、6号机组脱硫系统的吸收塔除雾器冲洗水阀门及电动执行机构进行彻底检查，更换损坏的执行机构和内漏的阀门，确保程控冲洗系统正常。

c.校验除雾器压力表，确保监测除雾器压差的准确性。

d.检查除雾器冲洗水泵运行情况，冲洗水压力及流量满足除雾器冲洗要求。

e.停机检查除雾器冲洗情况，要求冲洗全面。

2 pH计、密度计故障分析及优化改造

吸收塔中浆液pH值是一个关键的检测和控制参数，影响吸收塔中吸收剂的供给量和脱硫效率。pH计作为湿法脱硫工艺控制流程中重要测量工具，其测量的准确性直接影响整个脱硫系统安全、经济运行。脱硫系统石灰石、石膏浆液不仅含有氯离子，粘度大，且极易结垢，对pH电极冲刷、磨损也很严重，因此对pH计质量及电极安全提出很高要求。

作为脱硫系统2大核心测量元件之一的密度计，系统运行对浆液密度值测量稳定性、连续性、可靠性有着极高的要求。运行中需通过测量吸收塔浆液密度来监视吸收塔内石膏浆液浓度，一旦吸收塔石膏浆液质量浓度过大，长期超过25%运行，会造成吸收塔内部结垢；使设备磨损、腐蚀加剧，缩短设备使用寿命；易造成除雾器、烟气换热器堵塞；石膏系统工作异常。

2.1 存在的问题

目前FGD系统浆液pH计和密度计基本布置于石膏排出泵出口管道上，用以监测浆液pH值和浆液密度。在FGD浆液系统中，每个pH测点至少装有2套pH计。正常运行时，一般取测量值的平均值，参与吸收塔石灰石浆液加料的闭环控制。由于吸收塔石膏浆液固体含量较高，决定了其具有高腐蚀特性及高磨蚀性，石膏排出泵的性能特性决定了吸收塔pH计与密度计将不可避免地长期处于一个高压高流速的工况下。如果密度计显示不准确，特别是显示数值偏低时，容易引起由于实际液位偏高造成的浆液倒灌等影响脱硫系统安全运行的问题。密度计显示不准确，还容易造成吸收塔内浆液排出难以控制，特别是在显示密度偏低的情况下，吸收塔内实际密度较高，可能会造成浆液浓度过饱和度偏高，出现严重的结垢现象。

2.2 原因分析

a.由于pH计与密度计的布置方式与实时监测的需要，要求石膏排出泵必须连续运行。石膏排出泵连续运行，致使脱硫系统耗电率升高，属不经济运行方式。当石膏排出泵停止运行时，石膏浆液介质处于停止状态，pH计与密度计所监测结果就失去了准确性。

b.石膏浆液在高压、高流速的工况下具备的高磨蚀能力将对安装在其系统中的pH计电极及密度计过流内径表面造成极大的冲刷磨蚀，使pH计与密度计的使用寿命以及测量的可靠性大大降低，增加了检修维护成本。

c.pH计与密度计冲洗困难。目前，pH计和密度计的冲洗是在石膏排出泵停止的工况下进行，如果燃煤硫分偏高加上机组负荷较高时，就不能停止石膏排出泵冲洗，这就为浆液pH值及密度的测量带来不可避免的误差，同时也为系统安全稳定运行带来了巨大隐患。

2.3 技术改造

pH计与密度计的改造方案相同，分别在石膏排出泵与浆液循环泵之间的塔壁处选取一点开孔，并相应制作管径为25mm的硬连管道，开孔的方式采用水平上倾60°，以避免浆液的自沉积特性对开孔管道造成的堵塞影响。根据管道直径配装法兰连接的隔膜阀一个，作为浆液的隔断阀门使用，法兰前的防腐需与吸收塔内壁防腐一同考虑。在管道后各加装一个防腐材质的容器，供pH计与密度计安装固定，及提供测量场所之用。浆液经塔壁开孔处管道由于液体产生的静压与大气之间的压差自流至pH计及密度计测量容器之中，测量过后的浆液引入至吸收塔地坑，由吸收塔地坑泵打入吸收塔返回系统。pH计与密度计的电源线与信号线重新设计布线方案。

在pH计及密度计测量管路上直接安装专用冲洗水，能对pH电极及密度计进行最直接有效的冲洗，防止管路堵塞及pH电极结垢等原因造成的测量误差。在自动冲洗管路上设计电磁阀，实现每2 h冲洗一次，每次冲洗2min的远程自动冲洗控制。

3 改造效果

除雾器冲洗水阀门平台保温后，在2010年12月至2011年12月共发生3次冲洗水阀门故障情况，而且只需对阀门重新定位、调整处理就可以，除雾器自动冲洗程序在整个冬季全部自动运行，除雾器压差也控制在合理范围内。由于除雾器冲洗系统运转正常，减少阀门内漏，杜绝吸收塔溢流，为吸收塔的水平衡和液位控制奠定了良好的基础，提高了脱硫设施运行的可靠性。除雾器平均压差由204 Pa降低至108Pa，除雾器安全稳定运行同时节能效果明显。

pH计与密度计技术改造后，减缓了浆液对pH计电极和密度计的腐蚀、磨损，减少了更换pH计电极和密度计频率，保证pH值和浆液密度监测的连续性，提高了pH值和浆液密度测量的准确性。石膏排出泵不必连续运行，降低脱硫系统耗电率。

除雾器冲洗阀门平台未封闭前，冬季运行时，阀门及执行机构经常损坏，被迫更换。改造脱硫塔除雾器冲洗系统15个阀门及执行机构前，每年需更新约5套，每套价值约5万元，共计造价25万元。除雾器冲洗系统改造后，每年仅根据磨损程度更换，以每套系统使用寿命为10年计算，每年平均设备更换费用7.5万元。改造冲洗平台封闭保温费用为10万元，若将其计入当年费用中，当年节省资金7.5万元，以后每年节省17.5万元。除雾器系统安全稳定运行，减少因脱硫系统停运而扣发的脱硫电价。

pH计和密度计改造后，使监测数据准确可靠，准确控制石灰石浆液的补给量和排出石膏的最佳浓度值，相应地降低了脱硫剂耗量。改造前每年需更换2支pH计电极和1支密度计，造价约为20万元。系统改造后，更换频率为pH计每2年更换一支，密度计3年更换1支，更换费用为每年4万元。石膏排出泵每年可减少运行约1800h，功率为30 kW，厂用电0.36元／（kW·h），则每年节约电费1.95万元。系统改造费用约为10万元，若将其计入当年成本，则当年节省费用8万元，以后每年节省费用18万元。

4 结束语

除雾器冲洗系统及pH计、密度计系统改造后，使FGD系统故障发生率明显降低，设备运行稳定。除雾器的正常运行可有效地降低烟气含湿量，减少了石膏雨现象的发生；pH计和密度计的改造，使其运行工况大大改善，监测数据准确可靠，提高了对浆液pH值和密度的测量精度，准确控制石灰石浆液的补给量和排出石膏的最佳浓度值，相应降低了脱硫剂耗量，另外，石膏排出泵不必连续运行，经济效益较显著。