燃煤电厂脱硫设备运行中存在的问题及优化

衷小鹏，闫 军

燃煤电厂脱硫设备运行中存在的问题及优化

衷小鹏，闫 军

（重庆远达烟气治理特许经营有限公司，重庆400060）

分析烟气湿法脱硫系统结垢、腐蚀、磨损、泄漏及堵塞等常见问题，提出有效减少设备故障的措施，并提出只有改善设备管理、优化运行，才能保证脱硫系统高效、稳定地运行，最终实现企业节能、减排、效益最大化。

脱硫设备；燃煤电厂；优化

据中国电力企业联合会（简称中电联）最新的统计数据显示，截至2015年底，安装脱硫设备的火电机组累计达到8．2亿kW，普及率达到93%。“十一五”期间火电机组脱硫设备快速普及，但工程质量参差不齐，部分设施腐蚀、结垢以及磨损情况严重，难以胜任甚至无法持续正常运转，技改势在必行。同时，国家在“十三五”规划中对节能减排提出新的目标要求，火电厂大气二氧化硫、氮氧化物、粉尘排放浓度要达到燃气轮机排放标准［1］，以目前的脱硫工艺而言难以满足。因此，针对脱硫设备及其运行参数做一些优化调整，以提高设备的安全性、稳定性是非常必要的。

1 脱硫设备常见问题及解决方法

1．1 设备腐蚀

腐蚀是脱硫设备面临的第一大问题，尤其对于石灰石－石膏湿法脱硫工艺。腐蚀是相对金属而言的，可分为以下类型：①点蚀，即金属表面出现细微的“锈孔”，腐蚀一般为纵深方向，最终导致钢材穿透，氯离子对其的影响明显；②缝隙腐蚀，即在金属焊接处、螺钉连接处出现细微缝隙，电解质进入形成电解池发生电化学腐蚀；③应力腐蚀，即在拉应力和氯离子腐蚀环境共同作用下，金属的局部出现由表及里的裂纹；④磨损腐蚀，即腐蚀性流体（烟气中的灰分、石灰石、石膏颗粒等）与金属构件以较高速度相对运动而引起的金属损伤。

目前脱硫系统均采取了有效的防腐措施，主要有以下几种。

1）使用耐腐蚀不锈钢（含镍、铬、钼的合金），常用316L，904L，2205。出于成本考虑，很少整体使用不锈钢，而是在碳钢基体贴合金层。316L能够耐受氯离子的腐蚀，为脱硫系统常使用的材质；904L能够耐受很强的氯离子腐蚀和点蚀、缝隙腐蚀，可作为金属贴衬；2205双向不锈钢具有良好的抗冲击韧性和抗应力腐蚀能力，因此设计时可用于减轻质量。

2）使用非金属材料，如玻璃钢（FRP）、PP等。FRP是一种纤维加强型合成树脂，具有很高的抗磨、抗拉伸、抗疲劳性，而且质量轻，可用作喷淋层管道等耐磨构件；PP材质具有很强的抗冲击性，可用作除雾器及冲洗水管。

3）金属基体表面涂防腐层，如玻璃鳞片、橡胶、碳化硅（陶瓷）。玻璃鳞片具有很好的防渗透性，通常作为脱硫吸收塔及烟道内壁的防腐涂层；橡胶内衬是目前金属管道防腐的主要手段，特别是丁基橡胶，具有良好的防磨、防腐特性；碳化硅陶瓷或搪瓷防腐的应用，主要看重的是它的防磨性较好。

1．2 设备磨损

磨损和腐蚀是紧密相连的。烟气中的飞灰、石灰石颗粒、石膏颗粒是造成磨损的主要因素，尤其是石灰石中的二氧化硅，磨损能力很强。高流速也是增加磨损的原因。防腐层的磨损会加速设备腐蚀，在磨损和腐蚀的双重作用下，设备的损坏速率将会大大增加。

脱硫设备的磨损和腐蚀相互交织，表现如下：①叶轮的机械磨损和气蚀；②喷淋层喷嘴的机械磨损；③搅拌器叶片的磨损，在机械磨损和腐蚀的双重作用中，机械磨损占主要；④管道衬胶的磨损经常发生在管道弯头、石灰石供浆管、浆液循环泵大小头。

使用耐磨材料，降低浆液固含量，保证烟气流场均匀、稳定是防止磨损的主要方法。

1．3 设备结垢

浆液中氯离子或亚硫酸盐含量超标，容易导致脱硫设备容器或管道内壁结垢，严重时影响设备正常运行。结垢最严重的部位一般是滤液水系统和旋流器稀浆管道，以及一些浆液箱、吸收塔接口管根部位。曾有多个电厂真空泵内结垢导致真空泵皮带损坏。

控制氯离子含量（加强废水排放）、降低浆液pH值（促进亚硫酸根氧化）、及时脱水（防止石膏过饱和）可以有效降低结垢程度。

1．4 设备泄漏

由腐蚀、磨损导致的设备或管道穿孔泄漏，表现为漏烟、漏气（汽）、漏浆、漏水、漏油、漏粉（石灰石与石膏粉）。脱硫介质为石灰石浆液或石膏浆液，一旦设备发生泄漏，会对环境及设备产生较大的污染。采用耐磨防腐材质，做好防泄漏试验是避免泄漏的有效措施。

1．5 设备堵塞

1．5．1 除雾器堵塞

某厂除雾器的堵塞情况如图1所示。造成除雾器堵塞的主要原因是：①设备选型不合理，当设计存在偏差，实际烟气流速过高时，除雾器无法达到设计的除雾效果，导致堵塞；②除雾器冲洗装置的设计、布置和冲洗程序不合理；③除雾器断面上流速分布不均；④冲洗水压力、流量不足。

图1 某厂除雾器的堵塞情况

防止除雾器堵塞的主要措施是：①保证脱硫烟气入口粉尘含量在设计要求范围内；②合理选择除雾器冲洗水压力和冲洗周期；③合理控制吸收塔pH值及浆液的氧化程度。

1．5．2 GGH堵塞

某厂烟气换热器（GGH）堵塞情况如图2所示。GGH堵塞主要有以下原因：①吸收塔除雾器效果不好，净烟气携带液滴中石灰石、亚硫酸钙、石膏等混合粘附在GGH换热片上，逐渐形成结垢堵塞GGH；②脱硫装置运行时，吸收塔运行液位过高，或吸收塔起泡，造成石膏浆液从吸收塔原烟气入口倒流入GGH，使得GGH结垢堵塞；③GGH吹灰方式不当会造成积灰堵塞，如采用压缩空气吹灰而吹灰蒸汽参数不符合要求，高压水吹灰没有及时投入，吹灰频率不够等；④脱硫GGH设计不合理，GGH换热面高度、换热片间距、换热片类型、吹扫方式、布置形式、吹扫位置、吹扫速度等，都对GGH的积灰、结垢有影响；⑤吸收塔除雾器和喷淋层设计布置不合理，造成吸收塔内流场分布不均，或者吸收塔设计的流速过快，如烟气流经吸收塔时，流量大携带能力增强，会造成烟气携带较多石膏液滴进入GGH，逐渐造成GGH积灰堵塞。GGH的堵塞控制是一项综合性的工作，包括设计和设备的优化、运行的优化和设备的日常维护等，其中运行优化和加强设备的维护尤为重要，保证烟尘不超标、吸收塔浆液成分正常、除雾器不堵塞是控制GGH堵塞的必要条件［2］。

图2 某厂GGH堵塞情况

防止GGH堵塞的主要措施是：①保证脱硫烟气入口粉尘含量在设计要求范围内，避免大量烟气粉尘进入脱硫装置，造成GGH积灰堵塞；②严格控制吸收塔除雾器压差在200 Pa以下，尽量减少净烟气携带液滴；③严格控制脱硫装置运行参数在要求范围内，包括吸收塔pH值、吸收塔液位等，制订预防吸收塔起泡的相关措施并严格执行；④在脱硫系统启动时，建议尽量缩短启动浆液循环泵与增压风机的时间间隔，防止吸收塔浆液进入GGH；⑤强化GGH吹灰管理，严格按照GGH厂家的要求进行吹灰，先吹下部，再吹上部，保证吹灰蒸汽品质，蒸汽吹灰前保证疏水温度在260℃以上；⑥改进喷淋层、除雾器系统的设计，合理布置除雾器选型和喷嘴，保证吸收塔喷淋区的喷淋浆液普遍分布，避免烟气携带较多浆液，造成GGH积灰堵塞。

1．5．3 管道堵塞

某厂喷浆母管堵塞情况如图3所示。管道堵塞的主要原因是：①设计流速不合理、自流管道倾斜度不够，造成浆液沉积、结垢，进而引起堵塞；②塔壁或者管道内壁内衬物脱落、检修施工遗留物等造成管道堵塞；③机组负荷低、吸收塔入口二氧化硫浓度低时，某一层喷淋层长期停止运行，浆液倒灌沉积、结垢，造成管道堵塞；④阀门关闭不严，泄漏浆液沉积、结垢，导致管道堵塞。

图3 某厂喷浆母管堵塞情况

防止管道堵塞的主要措施是：①设计流速不能过低，管径不能过细，自流管道倾斜度要足够，必须设置冲洗水，避免造成浆液沉积、结垢；②控制内衬施工工艺，避免局部冲刷，减少塔壁或者管道壁内衬物脱落；③加强检修后的现场清理；④设置必要的滤网，避免因异物造成管道堵塞；⑤机组负荷低、吸收塔入口二氧化硫浓度低时，实行喷淋层定期轮换停投，避免因浆液长期倒灌沉积、结垢，造成管道堵塞；⑥清理内漏阀门，避免因泄漏浆液的沉积、结垢造成管道堵塞。

2 脱硫工艺优化

2．1 脱硫系统设计优化

1）取消增压风机和GGH，消除增压风机在压力控制方面给主机带来的风险；避免GGH运行中出现的堵塞问题，同时也降低脱硫系统的电耗。

2）除雾器安装应考虑检修和人工机械除垢的方便性，增加各级除雾器之间的空间，利于停机冲洗。

3）提高冲洗水和冷却水的水质，控制水的氯离子含量、含固量、硬度等，控制值越低越好。

4）设计入口烟道事故喷淋洗涤水回收利用或处置方案（目前为循环使用，只起到了降温的作用）。

5）泵采用无水机封和氧化铝陶瓷叶轮，减少机封损坏率，消除机封水系统的结垢堵塞，延长叶轮的使用寿命。

6）广泛采用碳化硅、FRP代替橡胶衬里和作为非承载结构，强腐蚀区采用904L贴衬防腐。

2．2 运行优化

2．2．1 加强6个调整

①增压风机的调整。在锅炉负荷变化时，通过增压风机入口信号，调节动（静）叶角度维持正负压，保证风机正常运行。增压风机动（静）叶控制应禁止随意解除自动。②湿磨机的调整。保持料、水的合适比例，随着浆液细度、电流的变化，调整加钢球的时间和质量。③浆液罐液位的调整。控制石灰石浆液箱补充水，控制浆液浓度。维持所有坑、箱、罐液位至规定范围，以保证系统的可运行，同时杜绝跑、冒、滴、漏情况发生。④吸收塔液位的调整。通过吸收塔液位的调节，维持吸收塔的水平衡，保证吸收塔液气接触空间。⑤给浆量调整。通过调节给浆量，维持吸收塔pH值，营造合适的反应环境。⑥真空皮带机的调整。通过含水量的变化调整石膏的厚度和皮带的速度，以维持石膏品质。

2．2．2 严格控制关键参数

脱硫系统的关键参数有吸收塔浆液pH值和密度、吸收塔液位、石灰石浆液密度、氧化风压力、除雾器压差、石膏含水率、氯离子浓度、出口二氧化硫浓度等。严格控制这些参数，做到控制值绝不超限。

石灰石密度应控制在25%～30%，过低的密度会导致供浆量增大，系统水平衡不易控制；过高的密度不仅会增加设备的磨损，还会降低石灰石利用率。保持吸收塔浆液pH值稳定在5．0～5．6范围内，在满足脱硫率的情况下，靠低值控制。吸收塔浆液密度控制在1 050～1 150 kg／m3，减轻磨损堵塞和设备负载。吸收塔液位是维持和检验脱硫系统水平衡的重要参数，经验表明，控制液位稳定在0．3m的范围内波动是适宜的。除雾器堵塞程度和压差呈正相关性，除雾器压差控制得越低越好。定期排放脱硫废水，降低系统氯离子含量和浆液杂质。

2．2．3 开展有效的化验监督

化验监督就像“体检”，能够有效地反馈运行状态，指导运行调整。脱硫的化验监督项目相对较多，主要有石灰石成分化验、吸收塔浆液成分化验、石膏成分化验、旋流器浆液成分化验、工艺水成分化验、垢成分化验。

化验时取样要有代表性，不仅取样部位要有代表性，而且取样时间（对应的工况）也要有代表性。例如脱硫结垢成分化验可选取吸收塔底部、入口烟道、除雾器、喷淋层等不同部位的样本。总之，化验监督一定要反映系统运行的整体真实情况。

2．2．4 探索建立计算机优化控制

优先使用计算机优化控制作为运行的基本调整依据，逐渐减少对人为经验的依赖。探索建立脱硫系统的供浆量调节、氧化风量调节、脱硫效率调节（出口浓度调节）的计算机优化控制作为实际调整的参考。例如：氧化风量调节可根据当前时间点前1 h工况和后1 h工况（根据入口硫分、负荷预测），以烟气量、脱出二氧化硫量（依据脱硫效率或年度限值）、烟气含氧量、氧化风机额定出力等作为函数自变量，计算出需要的氧化空气量，指导运行人员调整氧化风机运行数量；脱硫效率调节亦可根据当前时间点前1 h工况和后1 h工况，以设定脱硫效率、排放浓度值、浆液pH值、入口硫分、烟气量等作为函数自变量，计算出所需要的液气比，指导运行人员调整循环泵运行组合。

2．3 设备维护优化

设备维修的目的是为了保持设备长期稳定的运行，目前设备维修方式主要还是事后维修、定期维修（包括等级检修）。要建立合理的维修方式，防止不修、欠修、过修。以点检定修制为实施手段，使运行、检修、物资三位一体，加强设备运行过程的诊断监督。

2．3．1 落实和强化点检定修制

制定脱硫特有设备检查与检修标准，例如防腐损伤容限评价标准、防腐施工标准、除雾器检查标准等。主要依据精密仪器，辅以实践经验开展设备诊断。

设备点检管理建立五层防护体系：①运行班组以发现明显的故障或异常为主；②维护班组按照专业分工以发现设备特定部件的隐蔽性缺陷为主；③维护单位专工以精密点检和技术诊断为主；④项目公司专工以分析设备劣化倾向、检修计划、物资准备为主；⑤特许公司主管、专工以评价项目公司设备管理结果和提供特定专业技术支持为主。把定期检验、试验摆在更加突出的地位，把隐患、缺陷暴露在萌芽或初始阶段，做到有计划有预案地应对设备故障或异常。

建立设备点检、设备管理台账。从缺陷分析、备件使用、维修后评价、维修成本分析等方面实现设备的可控、可靠。注重运行数据的统计、分析，例如除雾器冲洗参数统计分析、工艺水使用分布分析、浆液循环泵运行参数统计分析、循环泵组合方式与脱硫效率变化分析等，增强运行人员在设备管理中的先导作用。

2．3．2 加强检修质量控制和过程管理

根据设备老化规律，加强检修管理。从检修周期（间隔时间）、检修工期、检修项目、检修工艺、检修质量控制标准、检修费用投入等方面入手，做好设备检修工作，保持设备健康状况水平。

2．4 工艺技术及设备优化

采用新设备、新技术、新工艺。选择可靠性更高的设备，如选用直联循环泵，去掉减速机环节，彻底消除减速机润滑冷却等带来的一些问题；选用陶瓷叶轮代替金属叶轮，延长叶轮使用寿命；选用磁力搅拌器解决搅拌器机封泄漏问题；浆液管道用碳化硅防腐代替衬胶防腐，提高防磨水平，延长使用寿命等。

3 结束语

环保行业是高能耗、高物耗的绿色行业，随着国家对环保的重视，环保设备管理及运行优化工作已经成为每个电厂的工作重点。在日趋严峻的环保压力面前，为使企业效益最大化，除了对环保设备进行提效改造外，最根本的就是在保证排放指标可控的情况下做到“过程控制、终端治理”。通过提高设备管理、优化运行，最终实现企业的节能、减排任务，同时使效益最大化。

［1］ 国家发展改革委，环境保护部，国家能源局．关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014－2020年）》的通知［EB／OL］．（2014－0－12）［2016－09－23］．http：／／www．sdpc．gov．cn／gzdt／201409／t20140919＿626240．htm l．

［2］ 廖永进，曾庭华，郭斌，等．电站锅炉脱硫系统GGH堵塞治理的探讨［J］．锅炉技术，2011，42（2）：71－74．

A Study on the Problems in the Operation of the Desulfurization Equipment in a Coal-Fired Power Plant and the Optim ization

ZHONG Xiaopeng，YAN Jun
（Chongqing Yuanda Smoke Gas Treatment Franchise Co．，Ltd．of CPI，Chongqing 400060，P．R．China）

Based on years of the author's fieldwork experience，this paper analyzes the common problems of the WFGD system such as scaling，corrosion，abrasion，leakage and blocking aswell as presenting effectivemeasures to reduce the faults of the equipment．In addition，it suggests improving the equipmentmanagement and optimizing the operation，to ensure the efficient and stable operation of the desulfurization system as well as realizing the energy conservation，the emission reduction and the benefitmaximization of the enterprise．

desulfurization equipment；coal-fired power plant；optimization

X773

A

1008-8032（2017）02-0053-04

2016－12－30

衷小鹏（1967－），工程师，主要从事火电厂锅炉、脱硫、脱硝、隔尘的生产及技术管理。