脱硫吸收塔除雾器堵塞防治对策

吴春华,秦绪华,徐忠峰

(1．国网吉林省电力有限公司电力科学研究院,长春 130021;2．吉林松花江热电有限公司,吉林 吉林 132000)

为进一步保护环境降低排放,目前,国内发电企业燃煤机组均取消了了脱硫系统烟气旁路烟道,以保证脱硫系统与机组必需同时运行。除雾器做为脱硫系统吸收塔的关键设备,其安全稳定运行就显得尤为重要。除雾器发生堵塞将引起脱硫系统故障,造成整个机组停运。

目前,由于诸多因素造成除雾器频繁故障,带出的大量浆液腐蚀烟囱,堵塞净烟道。排放烟气中的大量液滴(石膏雨)严重危害周围环境,成为燃煤机组烟气脱硫亟待解决的问题。本文根据除雾器出现故障现象及数据,运用系统安全分析方法,通过对除雾器故障模式进行分析并提出防治措施,以进一步提高脱硫系统可靠性。

除雾器通常布置于吸收塔内顶部,除维持吸收塔正常运行水位外,其最大功能就是去除含硫烟气经过反应区时与石灰石浆液进行反应后形成雾滴。脱硫后的烟气以一定的速度流经除雾器,烟气被快速、连续地改变运动方向,由于离心力以及惯性的作用,烟气内的雾滴撞击到除雾器叶片上被捕集下来,在重力的作用下,下落至浆液池内,从而实现气液的分离。

除雾器效率的高低与系统压差直接相关。除雾器压差大小主要与烟气流速、叶片结构、叶片间距及烟气带水负荷等因素有关,当除雾器叶片上结垢严重时系统压差会明显提高。湿法脱硫系统除雾器的压差一般要求小于200 Pa。通过除雾器后雾滴(粒径大于 15μ m)含量一个冲洗周期内的平均值小于75 mg/Nm3的烟气为标准干烟气。

1 除雾器堵塞原因分析

1．1 除雾器结垢

除雾器位于吸收塔顶部烟气出口处,属于“湿-干”交界区,属于“湿-干”结垢[1]。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,这些物质粘度较大,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积下来。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,随着运行时间的增加,可造成除雾器堵塞、变形,严重时可造成除雾器坍塌。

造成此后果的主要原因有除雾器冲洗周期过长,石膏颗粒和烟气不断附着,除雾器表面结垢加重,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。冲洗水压力、流量及覆盖率偏低,冲洗水压力无法达到设计要求,冲洗效果不理想,致使除雾器表面形成的结垢晶核不断长大,形成硬垢。

1．2 设计因素

造成除雾器故障的设计因素包括通过除雾器断面气流分布的均匀性、叶片结构、叶片之间的距离及除雾器布置形式等。烟气流场的影响,压降及除雾效率均与烟气流速有着十分紧密的关系。在烟气流速范围内,压降和除雾效率与烟气流速成正比。当烟气超过临界流速时,液滴离心力随之增大,因而产生更大的次流,并在通道截面上形成了更大的双漩涡次流分布,同时导致压降迅速增加,系统能耗随之提高。

另外,因烟气流速提高导致产生二次夹带问题,直接使除雾效率下降。同时也增大了系统水耗,导致冲洗频率增大,如此往复循环不仅会造成除雾效率降低、压降提高,而且还会导致系统总的水力不平衡。

1．3 烟尘浓度及浆液特性的影响

烟尘不仅影响 FGD系统的脱硫效率和石膏品质,而且会加剧除雾器的结垢和堵塞。吸收塔的除尘效率约为 50%,当 FGD入口烟尘浓度增大时,进入和黏附在除雾器上的烟尘也会增加,飞灰中的 CaO可以激活飞灰的活性,飞灰与烟气中残留的 SO3、SO2以及塔内浆液等相互反应形成类似水泥的硅酸盐,随着运行时间的增长形成硬垢,一旦形成则很难清除。另外,飞灰本身的 Al2O3、SiO2及可溶性盐也会形成硬垢。

1．4 冲洗水系统故障

由于除雾器冲洗阀门多采用露天布置,运行中经常发生进水等问题致使冲洗阀门无法正常开闭,因此要求冲洗阀门必须达到相关防护等级并有一定的防护措施(如遮雨棚)并加强日常维护。对于北方冬季寒冷地区还必须考虑防冻问题,由于除雾器冲洗为间歇运行,保温措施不当滞留在冲洗管路内的水很容易结冰,造成阀门冻胀损坏。另外由于除雾器冲洗阀门经常动作,电动执行器故障率比较高,对其严密性和阀门的橡胶磨损有严格要求,很多阀门动作次数增多后,行程开关位置发生偏移,阀门严密性发生变化,内漏严重,造成冲洗水压力降低,影响冲洗效果。

2 除雾器故障防治对策

2．1 确保冲洗系统运行效果

适当缩短除雾器冲洗周期,优化冲洗程序,下层除雾器的向上喷水频率可加大,上层除雾器向上喷水的频率应减少,剩余的水应该全部加在下层除雾器的下喷水上,保证除雾器冲洗干净。保证冲洗水压力及流量,除雾器冲洗水压力适当提高到 0．3 MPa左右,并且考虑最小再循环流量;除雾器冲洗门前母管设置压力和流量测点,工艺水出口母管设置流量测点,便于监测和发现阀门内漏和除雾器冲洗效果,提高冲洗系统可靠性。定期检查除雾器冲洗水阀门及电动执行机构,防止阀门内漏,对于冲洗水机构布置于室外的北方寒冷地区的脱硫装置,需要对冲洗平台进行外保温,以提高阀门及执行机构运行的可靠性。

2．2 确保运行参数,提高吸收塔运行效果

加强除雾器压差表计的维护,优化设计或更换除雾器压差变送器并定期标定,准确监测除雾器压差变化,发现压差升高应及时采取有效措施,防止除雾器结垢、堵塞等现象。

维持适当的运行pH值。适当的浆液pH值既可以保证正常的脱硫效率,又能使石灰石浆液充分利用,吸收塔浆液 pH值维持在 5．2～ 5．5之间,脱硫效率最高。投入过多的石灰石浆液,不但提高脱硫效率十分有限,而且由于反应中 SO2水合反应后生成的H+、HSO-3不能全中和石灰石,使得浆液中 Ca2+与SO24-及SO23-的溶度积不断增大,浆液过饱和度不断上升,会加重除雾器堵塞,同时浪费石灰石,增加运行成本。

提高亚硫酸钙氧化程度,降低吸收塔浆液质量分数,严格控制吸收塔浆液质量分数,在保证脱硫效率的前提下,进一步降低吸收塔浆液质量分数,控制浆液质量分数在20%以内。减少吸收塔的补充石灰石浆液量,浆液浓度过饱和度偏高,会出现严重的结垢现象。

降低烟尘含量,加强除尘器的运行调整,必须严格控制脱硫系统入口烟尘浓度。尽量燃用设计煤种,控制高硫分、高灰分燃煤量,如煤种较杂,必须做好燃煤的混烧和掺烧合理混配,防止与设计煤质偏差较大的燃煤集中燃用,为脱硫系统的安全稳定运行奠定基础。

3 除雾器故障模式 FM EA分析

失效模式和效果分析(FMEA)是一种用来确定潜在失效模式及其原因的分析方法,实际上是故障模式分析(FMA)和故障影响分析(FEA)的组合,对各种可能的风险进行评价、分析,以便在现有技术的基础上消除这些风险或将这些风险减小到可接受的水平。 FMEA是一种系统化工具,主要是利用表格方式进行工程分析,直观明了,根据相应的评价体系对找出的潜在故障模式进行风险量化评估,列出故障起因及机理,进行预防或改进措施。表1是根据除雾器现场调查及出现的缺陷统计,运用 FM EA方法分析的结果。

表1 除雾器故障模式FMEA分析结果

4 结束语

取消烟气旁路后,脱硫系统与机组必须同步运行,除雾器作为吸收塔系统的关键部件,较容易出现故障,同时又要求其有较高的可靠性。运用 FMEA系统分析方法对除雾器出现的故障原因、后果、探测度、频度、措施等进行分析,在运行和检修中对关键点部位进行监控,针对预测中出现的设备失效、故障等影响因素形成预警监控项目,并有针对性地提出防范措施,全面提高除雾器运行的可靠性,避免非停机事故的发生。

[1]周至祥,段建中 ,薛建明．火电厂湿法烟气脱硫技术手册 [M]．北京：中国电力出版社．2007,102-105．?