湿式石灰石（石灰）－石膏法脱硫工艺吸收塔干湿界面结垢分析及其处理方法＊

陈 刚

（华能国际电力股份有限公司长兴电厂，浙江 湖州 313100）

0 引言

烟气脱硫（FGD）技术发展至今，已有几十年以上的历史.随着人们对二氧化硫危害的认识和环境法规的不断趋于严格，FGD技术在燃煤电厂中得到了广泛的应用，而FGD技术本身也得到了长足的进步，其中大多数国家采用燃烧后烟气脱硫工艺（FGD）［1］，烟气脱硫（FGD）则以湿式石灰石（石灰）－石膏法脱硫工艺作为主流，目前国内在建和已建成的电厂烟气脱硫工程基本上采用该方法，经过长期的发展与初期相比，基建投资和运行维护费用价格更低，可靠性更高，这些工艺已更为稳定、优化，但结垢、腐蚀和堵塞等问题仍然存在.

1 湿式石灰石（石灰）－石膏法脱硫工艺

脱硫装置按一炉一塔布置，每台脱硫装置的烟气处理能力为相应锅炉BMCR工况时的100%烟气量，脱硫效率按≥95%设计.烟气中SO2的去除在吸收塔内进行，吸收塔为喷淋空塔（见图1），第1期吸收塔设计有3层喷淋装置，每层喷淋装置对应1台浆液循环泵.

从锅炉来的原烟气经过增压风机后，进入吸收塔向上与喷淋下来的浆液充分接触，烟气中的SO2、SO3、HCL、HF等酸性成分被吸收，之后烟气经两级除雾器除去所含雾滴，流出吸收塔的烟气由烟囱直接排放.一期脱硫装置没有设置烟气加热器.

外购的石灰石块运至电厂综合码头后，通过卸运、磨制成325目石灰石粉并储存在石灰石粉仓.石灰石粉由罐车送到石灰石日用粉仓，再经粉水混合器配置成30%浓度的石灰石浆液作为吸收剂.

图1 喷淋空塔

吸收塔中的石灰石浆液通过浆液循环泵从喷咀喷出，与烟气中的SO2接触发生化学反应生成亚硫酸钙.氧化风机送出的氧化空气经过喷水增湿后进入吸收塔，将亚硫酸钙强制氧化并结晶生成石膏.吸收塔内的石膏经石膏排出泵送到石膏旋流器进行一级脱水，其浓度为50%的底流，进入真空皮带进行再次脱水至含水量小于10%的石膏，通过输送机至石膏库储存.部分石膏旋流器的溢流再经废水旋流器处理，其溢流通过废水泵送至废水处理系统.

吸收塔主要发生的化学反应有：

2 干湿界面层结垢的形成

湿式石灰石（石灰）—石膏法脱硫系统运行经常遇到的最严重问题是结垢和堵塞，该问题从火电厂首次采用湿法脱硫以来就一直存在.华能玉环电厂第1期2×100 MW超超临界机组FGD装置的吸收塔，由碳钢制作，内表面采用玻璃鳞片的防腐设计，进气孔朝向吸收塔有一定的向下倾斜坡度，吸收塔的布局根据具体功能分为：吸收区、脱硫产物氧化区和除雾区，在历次定修、临停检修中，吸收塔入口干湿界面层区域结垢最为严重.华能玉环电厂第1期FGD吸收塔本体技术数据表见表1.

表1 第1期FGD吸收塔本体技术数据表

玉环电厂采用强制氧化工艺，吸收塔浆液池的容积较大，通过石膏排出泵降低塔内石膏密度需要有一定的时间，浆液中CaSO4处于轻度过饱和状态，此时浆液再通过吸收区后，石膏终产物超过了悬浮液的吸收极限，石膏就会以晶体的形式开始沉积，当相对饱和浓度达到一定值时，石膏晶体将在悬浮液中已有的石膏晶体表面进行生长，当饱和度达到更高值时，就会形成晶核，晶体也会在其它各种物体表面生长，尤其在吸收塔入口干湿界面层，当浆液中CaSO4过饱和时会在其表面析出结晶形成石膏垢.

入炉煤种的热值、含硫量及机组负荷有较大的变化和测量设备的准确性，会造成吸收浆液p H值的剧烈变化，实际浆液p H值低时，亚硫酸盐溶解度急剧上升，硫酸盐溶解度略有下降，会有石膏在很短时间内大量产生并析出，产生硬垢.高p H值亚硫酸盐溶解度降低，会引起亚硫酸盐析出，产生软垢，而在碱性p H值运行会产生碳酸钙硬垢［2］.

烟气沿入口截面下倾的干湿界面进入吸收塔内，由于入口段突扩的作用，使入口段下方产生逆时针方向的涡流，为结垢堆积提供了物质与空间，烟气携带的粉尘和浆液在此积累，CaSO3·1／2 H2O软垢会逐渐氧化成CaSO4·2H2O，再加上热烟气的蒸发作用，迅速形成硬垢，当烟气中粉尘较多时，干湿界面处的结垢极为严重.同时，更难解决的是CaSO4·2 H2O一旦形成结垢，会逐渐持续的扩大且非常坚硬，这种硬垢不能用降低p H值的方法溶解掉，必须用机械的方法清除.

3 干湿界面层结垢对吸收塔及设备的危害

在湿式石灰石（石灰）—石膏法脱硫系统，干湿界面层的结垢有滚雪球现象，迅速发展扩大，不单单是堵塞烟道，阻碍了烟气流通面积，增加烟气系统压降，同时改变烟气的停留时间和均匀分布，加剧烟气的旋转及壁面效应，而且对增压风机、浆液循环泵、氧化风管、搅拌器等设备的正常工作带来安全隐患，并严重影响干湿界面烟道的正常承载能力，危及脱硫系统安全运行.

3.1 对增压风机的影响

结垢堆积在干湿界面层，造成烟气压力损失陡增，烟气流量下降，降低风机的效率，并导致最小流量工况时风机处在喘振区运行的不稳定状态，在失速下运行会增加叶轮的负载，产生剧烈的振动，使叶片产生激振、疲劳断裂，喘振可使叶轮压盘的螺栓被震断或松动，主轴承箱的轴承损坏，直到系统退出正常运行.

3.2 对浆液循环泵、氧化风管、搅拌器等设备的影响

结垢发生在干湿界面层，不断的堆积、扩大，软垢与硬垢交错叠加，达到一定的量，在自身的重力与向下烟气、浆液作用下脱落，大块的结垢层可以砸伤塔内侧入式搅拌器和氧化风机茅枪管，使设备损坏，并且脱落的结垢层引起浆液循环泵、石膏排出泵滤网堵塞，能降低液气比与不利于塔内浆液石膏浓度的降低，最终使脱硫效率降低.

3.3 对吸收塔本体的影响

结垢发生在干湿界面层烟道，由于结垢层不断变干变厚，堆积的重量改变了吸收塔本体应力分布，超出干湿界面烟道的正常承载能力，长期会使吸收塔本体局部变形，烟气接口错位，严重影响吸收塔安全运行.结垢附着在玻璃鳞片内衬表面，当人工清理时，容易撕裂防腐层或工器具碰伤防腐层，造成腐蚀，另外，不锈钢内衬表面，由于结垢阻止了氧气的进入，导致不锈钢表面发生应力腐蚀和点蚀［2］，当氯离子浓度高时更为明显.

4 解决干湿界面层结垢的措施

玉环电厂第1期脱硫系统吸收塔入口干湿界面烟道在多次检修检查中发现沉积大量石膏垢，常规对结垢可以通过严格控制浆液的p H值、石灰石利用率、优化液气比、提高镁离子浓度、添加有机酸等措施来防止［2］，但在实际长期运行过程中，由于种种原因仪器仪表故障、阀门内漏操作失灵，锅炉燃烧高硫份煤质，控制干湿界面结垢形成效果不明显，因此在吸收塔干湿界面层设间隙冲洗系统，使结垢还处于松软状态时及时冲洗掉是行之有效的措施.

干湿界面层控制结垢的技术方案：

吸收塔干湿界面加装冲洗水的水源从吸收塔顶部的除雾器冲洗水管道引出，至吸收塔入口干湿界面烟道侧面.管道选用DN150衬胶管道（天然橡胶），并增加2个气动蝶阀及相应气控系统.

干湿界面冲洗水管系为：管道变径为DN80，在烟道侧面开孔至吸收塔干湿界面层冲洗（见图2）.

图2 吸收塔干湿界面冲洗水管系原理图

吸收塔干湿界面冲洗水管系整套包括件1至件7，图2为1台套.

件1大小头（DN80－150PN1.6，L＝200），用于联接DN150进水阀与DN80冲洗水管.

件2水封（DN80 PN1.6，L＝600），保证有足够的下垂度封水以保护进水阀免受高温烟气腐蚀.

件4穿仓短管（DN80 PN1.6，L＝400），焊接在烟道上，用于联接件3弯头于烟道内冲洗水管组件.

件5为冲洗水管组件，总管尺寸为DN80 PN1.6，L＝14 000，按间隔400 mm朝吸收塔方向均匀布置支管、喷嘴（总管两端另向烟道中部方向各布置1个支管、喷嘴），支管长度、喷嘴型号H3／8，确保咀佳冲洗效果，管道采用法兰联接.

件6、件7为抱箍和支撑，按实际需要数量均匀布置，支撑高度按500 mm布置.

因干湿界面烟气腐蚀严重，冲洗水管系全部零部件（含紧固件、喷嘴）材质为904 L，管材壁厚不小于5 mm.

吸收塔入口干湿界面烟道膨胀节排水口增加一个，在吸收塔塔壁上开孔增加斜上短节350 mm，内部进行防腐处理，与FRP材质输水管法兰联接，上部与排水口软性联接，接引至吸收塔内部.

冲洗水系统逻辑控制为每4 h冲洗5 min.

5 结论

解决脱硫结垢的问题，不能单一从某一个角度解决问题，要综合全面进行分析，加强FGD系统运行监控，严格控制浆液浓度、p H值在设计范围内，保证石灰石的质量等，多管齐下，将取得的成果长周期的延续下去.

［1］曾庭华.湿法烟气脱硫系统的安全性及优化［M］.北京：中国电力出版社，2003.

［2］史晓玲.燃煤发电机组脱硫电价及脱硫节能设施建设、验收、运行监测实施手册［M］.北京：电力技术出版社，2007.