湿法脱硫固定式空气喷雾器布置氧化风管堵塞分析及对策

陈海永，王小芳

（1.中煤华晋集团晋城热电有限公司，山西 晋城 048000；2.晋控电力山西工程有限公司，山西 长治 046000）

0 引言

目前燃煤火力发电厂石灰石—石膏湿式烟气脱硫系统采用抑制氧化的方式运行或强制氧化工艺[1]，合理设计和正确操作通常可以避免吸收塔内结垢现象。强制氧化装置普遍采用固定式空气喷雾器FAS（fixed air sparger）、搅拌器与空气喷枪组合式ALS（agitater air lance assemilies）2种方式。FAS是在吸收塔内的一定深度（通常大于3 m）或在吸收塔内的底部，在整个吸收塔截面上均布若干根布气主管，在主管上开喷气孔或在主管上装分支管，使喷嘴分布更均匀。FAS与ALS相比，氧化空气喷管口径较小，塔内布置复杂，发生氧化风管堵管的可能性较大。维持浆液中足够的氧量，有利于亚硫酸盐的转换，提高脱硫效率，也是有效防止吸收塔和石膏浆液管道CaCO3垢物形成的关键所在[2-3]。相反，氧化率下降，浆液中可溶性亚硫酸盐的浓度增大，导致脱硫效率、石灰石利用率下降，严重时，使得石膏脱水困难，致使吸收塔密度得不到良好控制，影响脱硫系统安全稳定运行[4-6]。

该电厂烟气脱硫采用石灰石—石膏湿法工艺，吸收塔内布置采用德国鲁奇公司浆池分离器技术，用占浆池断面2/3的分隔管，将浆池分成上下相同的两部分。塔内氧化分支管布置在分隔管之间，上部分为5.74 m深的氧化区，下部分为7.26 m深的中和区。该系统自超低排放改造投运2年多来，数次发生氧化风量降低，脱硫效率降低，石膏脱水困难，甚至因憋压运行造成氧化风机设备损坏、氧化风管及其支架断裂[7]事件。氧化风系统是否能维持良好运行成为环保工作的关键一环。基于此，本文以该电厂实施了超低排放改造的300 MW燃煤机组脱硫系统为对象，根据氧化风系统运行参数分析判断风管堵塞状况，优化系统，制定了处理对策，并将风管堵塞处理前后的脱硫系统运行参数进行了分析对比。

1 电厂烟气脱硫系统概况

该电厂300 MW机组采用亚临界自然循环燃煤机组，设计及校核煤种均为无烟煤。烟气脱硫采用单塔双循环高效脱硫技术，1炉1塔，2台吸收塔共用1套石灰石浆液制备系统及1套石膏脱水系统。脱硫吸收塔设置5台浆液循环泵，采用脉冲悬浮泵塔搅拌方式，氧化风系统设置2台多级离心鼓风机，采用FAS的强制氧化装置，由吸收塔内部布置在7根DN1 000 mm浆池分离管之间的6根管网式氧化空气管及外部氧化风相应的管道、阀门组成。

氧化风母管为DN450 mm的管道，分支管则为DN200 mm的管道，材质为2205不锈钢，在吸收塔外部分支管自17.74 m高度接入母管，下降至7.26 m后伸入至吸收塔内部浆池里。吸收塔内部每根分支管上在管道两侧45°（塔底板方向为0°）均匀布置2排直径9 mm的氧化风孔，风孔间隔120 mm，直至尾部喷枪处。

2 氧化风系统异常状况

该电厂脱硫系统超低排放技改后投入运行，脱硫吸收塔液位控制在13.0 m，氧化风机入口在开度50时，氧化风机电流为63 A，氧化风机出口压力为80 kPa，风量达到15 000 m3/h，参数保持稳定。经运行一段时间后，出口压力逐渐上升、风量逐渐下降，仅3个月风机的出口压力就已增大至100 kPa，风量下降至9 000 m3/h，且持续下降，直至7 000 m3/h，电流下降至45 A（如表1所示），此时氧化风机震动已明显上升，超出规定值。

表1 脱硫氧化风机参数变化后运行100天参数表

切换氧化风机后，氧化风量、风机运行电流、出口压力无明显变化；检查风机、电机本体无故障；氧化风母管加湿水投运正常。在此期间增加氧化风机入口调节阀开度，氧化风量及运行电流短暂上升，短暂运行后持续下降。对氧化风6根分支管测温，其中2根存在温度明显低于其他分支管温度，综合分析判断温度低的氧化风分支管堵塞。

随着氧化风流量逐渐降低，使吸收塔内部浆液品质恶化，石膏含水量增大，无法进行脱水工作，造成吸收塔密度逐渐增大，脱硫效率持续下降。

3 原因分析

通过现场调研分析，在运行期间排除了氧化风机入口滤网、风机本体以及氧化风母管加湿水方面的问题。在机组检修期间，排空吸收塔内部浆液，对氧化风分支管进行切割检查分析。

3.1 对吸收塔内部水平氧化风分支管的检查分析

将吸收塔内部水平氧化风分支管切割，氧化风管道内未出现“湿—干”结垢现象，但在氧化风管伸入吸收塔侧管道内部存有软垢以及硬化的片状垢层[8]，通过测量及调研分析造成此现象的主要因素有以下两个方面。

3.1.1 安装与设计原因

FAS布置氧化风管网长期浸泡在吸收塔浆池内，并有相当长的水平管道。经测量塔内水平管道水平度，发现氧化风管伸入塔侧略低于风管尾部喷枪处。同时2排氧化风孔设置在管道两侧45°，管道正下方未设置。氧化风机停运后，将吸收塔内浆液排空，风管内的浆液一直无法流出，沉积在底部管壁上。

氧化风系统未设计冲洗水，当浆液沉积在风管道内时，无法冲洗，造成浆液长时间滞留在风管内。

3.1.2 检修期间检查不彻底

吸收塔内氧化风管位于7.26 m高空，未对氧化风管伸入塔侧进行切割检查，未发现风管内部沉积浆液，导致浆液沉淀长期附着在管壁上，并逐渐堵塞氧化风孔，致使氧化风量降低，出现氧化不充分的现象，加剧垢层逐渐扩大，甚至堵塞整根氧化风分支管。

3.2 吸收塔外部垂直氧化风分支管的检查分析

将吸收塔内部水平氧化风分支管堵塞的垢清理干净，向吸收塔内注浆，启动氧化风机检查浆液鼓泡及风量情况。氧化风量由7 000 m3/h增加11 000 m3/h，但仍未达到设计值，塔内部分分支管浆液鼓泡不佳，甚至部分区域浆液无鼓泡现象。

将吸收塔外部氧化风分支管自17.74 m高度接入母管接口处切割检查，发现分支管与母管连接接口处存在严重的结垢现象。通过调查分析造成此现象的主要因素有以下3个方面。

3.2.1 工艺水水质差

氧化风加湿水来自脱硫工艺水，脱硫工艺水取自厂区处理后的工业废水、生活污水以及城市中水，脱硫工艺水存在短期水质不合格现象（如表2所示）。由于工艺水水质硬度过大，在加湿水将氧化风温由130℃降至30℃过程中会不断形成水垢，并黏附在风管拐弯或变径处，即分支管与母管接口处，尤其是当氧化风分支管在吸收塔内部堵塞，此根分支管不通风时，更易在分支管接口处造成堵塞。

表2 设计水质与实际使用水质对比

3.2.2 离心式氧化风机运行方式原因

离心式氧化风机共用一根母管，单台风机功率可达710 kW，为避免风机憋压，切换方式采用先停后启，并且在机组短期停运时，为降低厂用电，在吸收塔浆液未进行排空的情况下，停运氧化风机运行，致使浆液中热蒸汽返回分支管并吸附在分支管接口处，日积月累造成结垢现象。

3.2.3 安装原因

外部氧化风分支管接入母管接口处，分支管伸入母管段过长，出现涡流现象。部分加湿水被拦截在母管与分支管连接接口处。加湿水的液滴水垢、氧化风机全部停运后热浆液蒸汽吸附在过长分支管部分，造成管道结垢堵塞。

4 防止氧化风管堵塞的对策

结合现场实际情况，本着从脱硫系统内小范围着手，并尽可能降低成本的观点出发，针对吸收塔塔内水平管道以及塔外垂直管道不断结垢的现象，制定相应的处理对策。

4.1 调整塔内氧化风管水平度并增加风孔

利用机组检修期间，一方面要降低吸收塔内风管尾部喷枪高度，使氧化风管伸入塔侧高于风管尾部喷枪侧，这样可以减少结垢现象的出现；另一方面，一定要在吸收塔内部每根分支管正下方增加一排直径9 mm的氧化风孔，可大大减少吸收塔浆液排空后氧化风管内浆液残留量。

4.2 增加吸收塔水平管道冲洗水及分支管压力表

一方面，在吸收塔外部下降至7.26 m氧化风分支管上接入冲洗水管道，当机组检修排空浆液以及机组短期停运启动前，用接入的冲洗水管道对塔内水平氧化风分支管进行冲洗，以免这些管道内还留有水垢；另一方面，在每根氧化风分支管上加装压力表，并将这些新加装的压力表列入正常巡检项目，以监测各分支管风压，作为判断管道堵塞情况的依据。当通过压力表判断分支管堵塞时及时对堵塞管道进行冲洗。

4.3 加强运行和检修期间异常参数的检查及分析

运行期间，当氧化风流量降低时，一定要及时分析具体原因，在为检修提供依据的基础上，尽量缩短氧化风机全停时间；检修期间，要着重对风压低的分支管进行认真仔细的检查，必要时进行割管彻底检查。

4.4 切除分支管伸入母管过长部分并增加检修孔

利用停机期间，一方面尽快切除分支管伸入母管段过长的部分，避免再次因为分支管伸入母管过长而出现涡流现象；另一方面，一定要在此处增加检修孔，便于检修及检查。自切除分支管伸入母管段过长部分后，分支管与母管接口处结垢现象明显减少，设备运行正常。

5 执行后运行效果

自对策执行以后，氧化风管未发生堵塞现象，脱硫氧化风系统保持最佳状态运行。氧化风量达到设计值，吸收塔浆液氧化充分，浆液品质逐渐改善，保证了脱硫系统安全、稳定、环保运行，具体运行参数对比如表3所示。

表3 机组满负荷情况下对策执行前后的运行参数对比表

6 结束语

本文研究结果表明，运行期间根据氧化风分支管压力对氧化风分支管冲洗，清理变径及拐弯处水垢；检修期间，检查处理分支管以及风孔堵塞，可以有效避免氧化风管结垢堵塞现象。本文经验在节能与环保方面具有积极意义，可供有类似问题的电厂借鉴。