湿法脱硫浆液循环喷淋系统结垢分析及控制措施

高丛辉

(中国石油集团电能有限公司电力技术服务公司, 黑龙江 大庆163411)

0 引 言

中油电能有限公司电力技术服务公司热电二公司烟气脱硫系统为石灰石-石膏湿法脱硫系统。在大修期开塔检修时发现浆液循环喷淋系统出现结垢现象，主要出现在浆液循环泵入口滤网和部分喷淋喷嘴。虽然喷淋系统结垢是湿法脱硫系统常规问题，但是如果不进行控制，随着运行时间延长，结垢将导致喷淋系统滤网堵塞、喷淋层喷嘴堵塞等问题，直接影响浆液喷淋量和雾化效果，存在出口指标不可控甚至超标风险。通过分析结垢状况，研究结垢机理和垢样组成，找到结垢原因，并采取运行控制措施，以使结垢问题得到控制。

1 结垢的危害

1.1 循环泵气蚀损坏

浆液循环泵入口设置滤网，是为防止塔内大颗粒杂物通过泵吸入进入喷淋系统造成泵体及喷淋层设备堵塞。但是由于系统长时间运行或处于备用状态时，滤网是浸泡在浆液池内的，这也为结垢提供了附着位置。塔内石膏结垢和亚硫酸钙结垢将附着在滤网上导致堵塞。滤网堵塞严重会导致入口压力降低、泵吸入量降低，容易造成循环泵气蚀，造成蜗壳叶轮出现气蚀坑，严重时将导致损坏泄漏。循环泵损坏照片如图1所示。

1.2 循环泵出力下降

循环泵入口滤网堵塞，将导致泵吸入流量降低，造成循环泵出力下降[1]、浆液喷淋量不足。喷淋系统喷嘴结垢堵塞后，将导致可雾化喷嘴数量减少、雾化效果变差、喷淋覆盖面积变小，导致出现烟气走廊，引起指标不可控。

1.3 系统电耗和维护成本增加

由于喷淋系统结垢导致喷淋效果变差，为保证指标可控，需增加运行循环泵台次，系统电耗率增加，运行成本增加。喷淋系统结垢严重时，需停运清理，清理维护成本增加。

图1 循环泵气蚀照片

2 结垢原因分析

2.1 垢样分析

2.1.1 垢样状态

图2为系统垢样，4个垢样分别取自浆液循环泵滤网和喷嘴，垢样1、2取自滤网中上部,垢样略微发黄[2]，垢样3取自滤网底部，垢样4取自堵塞的喷嘴。从垢样外观可看出，滤网主要结垢呈层状，底部垢样有针状结晶，喷嘴内垢样呈球块状。层状结垢说明结垢是逐渐形成的，且呈现逐层附着。

2.1.2 垢样成分

对垢样进行成分分析，具体分析数据见表1。

表1 垢样成分分析数据

由垢样成分分析可看出，循环泵滤网中上部结垢为亚硫酸钙和硫酸钙复合结晶，内部可见片状透明晶片。滤网底部块状垢样为石膏沉积结垢和石灰石浆液沉积结垢、少量泥沙沉积物和鳞片防腐脱落杂物。喷嘴内白色球块状结垢为硫酸钙垢和少量亚硫酸钙垢，同时伴有部分粉尘沉积垢。

图2 系统垢样

2.1.3 结垢机理

湿法脱硫系统结垢的形成主要与系统内pH、氧化效果和塔内浆液浓度有关。pH越低对控制结垢越有好处，但过低的pH又会影响吸收反应进行，因而应控制pH在合理范围，5.0～5.6为最优状态。湿法脱硫采用强制氧化的方式将吸收反应产生的亚硫酸钙氧化成硫酸钙，氧化效果不好也会引起亚硫酸钙含量增加，形成软垢。当塔内浆液浓度过高，亚硫酸钙过饱和系数达到1.4时将大量析出附着[3]，同时亚硫酸钙给硫酸钙结晶提供晶核，加快石膏硬垢的产生。

2.2 结垢原因分析

系统运行数据pH控制合理，氧化风机运行正常，氧化空气管路畅通，氧化风量充足。塔内浆液浓度控制在1 080～1 130 kg/m3范围内[4]，系统参数调整正常。排除以上因素，结垢因素则为运行方式不合理和设备冲洗存在问题。

2.2.1 滤网结垢原因分析

1)片状结晶为析出在滤网上的亚硫酸钙和硫酸钙复合结晶，系统长时间运行，结晶逐渐长大形成结垢。晶体析出需要提供晶核，由于滤网上初期沉积的石膏为晶体析出提供了晶核，当塔内浆液密度较高且亚硫酸钙过饱和度超过1.4时，晶体析出逐渐生长，随着运行时间延长，晶体逐层析出形成片状结垢，堵塞滤网。

2)块状石膏垢主要集中在滤网底部，是由滤网底部石膏沉积而形成的，特别是循环泵停运周期过长时，石膏粘附在滤网上形成结垢。

3)白色球块状结垢为石灰石沉积物，由于塔内浆液补充，未反应的石灰石浆液沉积在吸收塔底部，随着运行时间延长，沉积量增加形成碳酸钙沉积结垢。

4)由于工业水及石灰石粉中含有一些泥沙类杂质，随着运行时间延长逐渐富集，沉积到滤网附近，塔内一些脱落的鳞片防腐碎块随浆液沉积到滤网上。

综上所述，滤网结垢主要是由于系统循环泵备用周期过长，初期形成的软垢未得到及时冲洗，随着备用时间延长逐渐结晶成硬垢。原有冲洗方式存在不能将循环泵滤网上沉积浆液冲走的问题，造成长时间附着引起结垢。

2.2.2 喷淋层结垢原因分析

塔内喷淋层喷嘴有空心锥单口喷嘴和空心锥双口喷嘴两种，两种喷嘴按照设计数量布置在每个喷淋层管路上。喷淋层结垢严重的喷嘴主要是各层的单向向下的空心锥单口喷嘴，双口喷嘴结垢较少。结垢成分为石膏垢，结垢形成原因与除雾器结垢原因相似[5]，两种喷嘴结垢的原因对比如图3所示。

图3 两种喷嘴结垢原因对比

结垢过程发生在循环泵备用停运期间，由湿烟气经过图3中单口空心锥喷嘴和双口喷嘴的状态可以看出，携带浆液的湿烟在上行过程中碰到喷嘴后，浆液会沿喷嘴壁向下流回吸收塔，烟气可直接通过双口喷嘴，而单口向下的喷嘴则将烟气内浆液遮挡后使其沿着喷嘴内壁沉积。循环泵长时间停运会导致石膏沉积量逐渐增加，最后形成硬垢[6]，循环泵再运行时无法冲掉所结硬垢，导致堵塞。

3 控制措施

针对系统实际运行状况、结垢机理和结垢原因进行分析，通过调整循环泵运行方式、改进冲洗方式等措施进行结垢控制。具体措施如下：

1)系统循环泵实际运行中为一运两备状态，原设备轮换周期为半个月，实际备用泵备用周期为一个月，由于备用周期过长为软垢变硬垢提供了时间，因此将循环泵轮换周期改为一周一次，缩短备用时间，减少结垢。

2)针对沉积浆液附着结垢问题，将原入口冲洗方式进行改变。由于原冲洗方式冲洗水只能冲洗滤网局部，不能将大量附着物冲洗干净。通过入口注水至出口管水压力超过吸收塔液位静压力后，打开入口门进行瞬间大流量高压冲洗，可将滤网上附着物和初期软垢彻底冲洗，减少结垢。冲洗方式对比效果如图4所示。

图4 入口滤网冲洗方式改变前后效果对比

3)备用泵启动前通过出口冲洗水对循环泵喷淋层进行冲洗，将附着的浆液和初期软垢冲洗掉，减少循环泵喷淋层结垢。

4 应用实效分析

1)控制措施实施后，浆液循环系统结垢状况明显改善，入口滤网结垢量大大降低，效果对比如图5所示。

2)循环泵喷淋层喷嘴堵塞状况大大好转，堵塞比例由措施前的45.2%降至17.5%。具体数据对比见表2。

3)通过实施控制措施，结垢状况得到改善，设备损耗大大降低，同时维护工作量减少，效益明显。

图5 措施实施前后滤网结垢状况对比

表2 喷嘴堵塞数量对比

5 结 语

针对湿法脱硫循环喷淋系统结垢问题，通过改变运行方式和冲洗方式使系统结垢得到了改善。为了更好控制结垢发生，在优化运行控制基础上，还可应用添加新型阻垢剂等方式进行改善。