脱硫塔入口烟道干-湿交界面积垢原因分析及对策

张晓玲，赵文亮，程家庆,王冬梅

(华电电力科学研究院，浙江 杭州 310030)

脱硫塔入口烟道干-湿交界面积垢原因分析及对策

张晓玲，赵文亮，程家庆,王冬梅

(华电电力科学研究院，浙江 杭州 310030)

以某660MW机组为例，对于石灰石-石膏湿法脱硫系统中脱硫塔入口干-湿交界面区域大量积垢的原因进行了研究，分析了该区域的垢样组成，初步总结了脱硫塔入口烟道积垢的发生过程，并针对该问题提出了解决对策。合理加装导流板来改善入口烟道气流分布和优化系统运行方式可以有效解决该问题。

脱硫塔；干-湿交界面；积垢；堵塞

1 概况

石灰石-石膏湿法脱硫技术是世界范围内烟气脱硫的主流技术，具有脱硫效率高，投资成本相对较低，系统适应性强等优势。但是在实际运行过程中，系统中接触浆液以及湿烟气的各个区域结垢、堵塞以及腐蚀问题极易发生[1]，一直未能得到有效的解决。由于我国火电厂大部分已取消了脱硫旁路，因此脱硫系统的运行情况将直接影响机组的正常运行。脱硫塔入口烟道为典型的干-湿交界面，极易发生结垢，甚至造成堵塞[2-3]。该区域结垢的发生与原烟气含尘浓度、烟道的布置及气流均匀性都有直接的关系[4-8]，同时入口烟气流速对吸收塔内部流场分布也具有明显的影响[9]。本文对某发电公司660MW机组出现的脱硫塔入口烟道干-湿交界面结垢堵塞原因进行深入研究，并提出了一系列解决对策，期望对于今后类似机组的类似问题起到指导和帮助作用。

某发电公司660MW超临界直流炉，配套建设石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统。脱硫系统入口烟气量2206020m3/h,入口烟温120℃，入口烟气SO2浓度6400mg/m3，入口烟气粉尘浓度30mg/m3，脱硫系统主设备参数见表1。

表1 FGD主要设备选型参数

项 目数 值吸收塔直径/m16.4吸收塔高度/m40.5喷淋层数4喷淋层间距/m2.20单台循环泵流量/mg3·h-19600空塔烟气流速/m·s-14.0液气比15.45下层喷淋管与入口烟道上沿间距/m2.10

2 存在的问题

该发电公司660MW机组脱硫系统在历次停机检修中发现入口烟道干-湿交界面存在少量结垢现象，但是该系统在拆除GGH后，仅运行3个月后机组开始出现明显异常，增压风机入口压力由原来的-800～-400Pa增长为正压+400～700Pa，随后在系统高负荷运行时，增压风机出现明显喘。为了减缓增压风机的喘振，该机组只能降负荷运行，但是增压风机电流与满负荷时相差不多。机组停运检修时从人孔门处发现垢物大量堆积导致该区域烟气流通面积明显减少，系统阻力大幅提高。同时检修了除雾器，发现其未发生结垢和堵塞，因此可以确定增压风机喘振的原因就是吸收塔入口烟道处大量积垢引发堵塞。

入口烟道内产生大量垢物不仅产生系统阻力，影响增压风机的正常运行，同时改变了烟气的停留时间和分布特性，对塔内氧化风管、搅拌器等设备的正常工作带来安全隐患[10-11]。当垢量较大时，由于垢物的密度较大，还会严重影响烟道的正常承载能力，导致烟道变形，破坏入口烟道的防腐层。

3 干-湿交界面垢样分析

为了分析垢物的来源，对于脱硫塔入口烟道干-湿交界面区域垢样的晶相组成进行了分析化验，结果如表2所示。对比分析了该系统石膏样品和脱硫浆液固体物质成分，具体结果见表3。

表2 垢样分析结果 %

表3 石膏及浆液所含固体分析结果 %

石膏是由脱硫循环浆液脱水制成，通过分析可知石膏与脱硫浆液中所含有的固体物质组成基本相同，石膏晶体为明显的短柱状，粒径以40～60μm为主。入口烟道垢样主要组成为硬石膏CaSO4、烧石膏CaSO4.1/2H2O、石灰石CaCO3，与脱硫石膏的元素组成较为相似，但是其晶体组成与石膏又大不相同，呈现为多孔状混杂形态，其中存在大量片状晶体结构和非晶相物质，且Mg、Si含量较高。初步分析脱硫塔入口烟道垢物主要来源于循环浆液，由于该区域为干-湿交界面，高温原烟气不断冲刷垢样表面，使其所含的结晶水丢失，同时由于入口烟气还含有一定浓度的粉尘，粉尘与脱硫浆液中的硫酸钙、亚硫酸钙在高温烟气的作用下，反应生成了成分复杂的物质，形成了大量的硬垢。

4 干-湿交界面大量积垢原因分析

4.1 烟道布置不合理

本台机组为了降低出口SO2排放浓度，该脱硫系统进行了增容改造，改造工作第一步是拆除GGH，并对脱硫塔入口烟道进行了相应改造。由于现场场地紧凑，拆除GGH后在增压风机出口后直接设置了一个120°急转弯头，然后再经过多个弯头进入吸收塔。增压风机出口至吸收塔入口段烟道弯头较多，烟气多次改变流动方向，且烟道内部未设置导流装置，导致了该段烟道内烟气流场没有经过组织即进入了吸收塔内。烟气流场不均匀，湍流较为严重，特别是进入吸收塔前的弯头处，产生了涡流，部分烟气回旋至烟道内，导致喷淋层的液滴被回旋烟气卷吸至入口烟道内，同时这些液滴还可捕获入口烟气携带的粉尘颗粒，在入口烟道的内壁和内部支撑杆上发生沉积，形成大量的硬垢。

4.2 运行方式不合理

该机组脱硫吸收塔内部设置四层喷淋层，对应塔外的4台浆液循环泵。通过查阅该系统事故停机前两个月的运行数据，得知这段时间对应最下喷淋层的循环泵处于连续运行状态，且该机组在运行中负荷调整频繁，最下一个喷淋层中心线距离吸收塔入口烟道上边沿仅2.10m，距离较近，因此在低负荷运行时，由于脱硫塔入口处烟气流速较低，该喷淋层喷淋的浆液极易进到入口烟道内。特别是后期为了减缓增压风机喘振而长期在低负荷下运行，导致该区域积垢快速发展。

另一方面，在无脱硫旁路的机组启动时，为了保护吸收塔内的防腐层和除雾器，需先开启浆液循环泵，然后才能引入烟气，停机时也是烟气停止入塔后待出口温度低于60℃时才能停运循环泵。循环泵运行时，若无烟气入塔，缺少烟气的冲击作用，则喷淋的浆液液滴会直接进入吸收塔入口处，待高温烟气引入后，随着水分的蒸发会形成硬垢。当循环泵与增压风机的启动时间间隔或停运时间间隔较长时，这种现象更加明显。

经过初步分析，脱硫塔入口烟道干-湿交界面大量积垢的形成过程是：(1)细小的浆液液滴直接喷淋或被烟气携带至脱硫塔入口烟道壁面碰撞沉积；(2)入口烟气携带一定的粉尘，与液滴中的硫酸钙、亚硫酸钙发生反应形成了硬垢；(3)垢物在高温烟气的不断冲刷下，其中携带的水分丢失，形成大量干态的硬垢。

5 干-湿交界面大量积垢解决对策

5.1 优化原烟气烟道布置

增压风机出口至脱硫塔入口的原烟气烟道布置不合理，需要进行设计优化。通过对此处烟道进行烟气分布的流场模拟，应用计算流体动力学手段提出了烟道优化方案，在增压风机出口弯头底部和倾斜烟道上部各设置4片烟气导流板。通过加装导流板，可以强化烟道的流场组织，经过优化后的烟道流场基本均匀，有效消除了烟道内烟气的局部涡流，避免了在吸收塔入口处形成返回烟道的气流，同时降低了烟气系统阻力。另外，通过加装烟气导流板来改善烟道及吸收塔内的流场分布，还可以提高脱硫效率[12]。

5.2 优化系统运行方式

运行过程中，脱硫系统的烟气流量与机组负荷有直接关系，建议运行人员根据实际情况，对循环泵配置方式进行了优化。低负荷时，入口烟气流速较低，在保证脱硫系统出口SO2达标的情况下，停运最下层喷淋层对应的循环泵，避免浆液直接喷淋至入口烟道。机组启动时，循环泵启动与增压风机启动时间间隔应尽量缩短；同样，在停机时增压风机停运与循环泵停运时间间隔也应尽量缩短。停机时，增压风机停运后，可利用除雾器冲洗水或吸收塔入口的事故降温水来快速降低吸收塔内部温度，缩短增压风机与循环泵的停运时间间隔，尽量避免在无烟气进入的条件下，浆液直接喷淋至入口烟道。

6 实施效果

该机组在经过清理积垢、修复烟道、加装导流板、重新防腐后再次投运，增压风机入口烟气压力恢复正常，风机喘振现象消失，振动值在合理范围。机组按照优化方式进行操作，连续运行半年后脱硫系统各处压力值均正常平稳，增压风机运转正常。最近一次检修中发现脱硫塔入口处仅边缘附近少量垢物，证明通过加装导流板改善入口烟道气流分布和运行优化，可以有效避免脱硫塔入口烟道干-湿交界面大量积垢事故的再次发生。

7 结语

脱硫塔入口烟道处形成的大量积垢难以清理，不仅停机时间长，清理费用高，且清理时易造成该处防腐层损坏，严重影响机组的正常运行。在后续运行中，建议通过观察系统各处的烟气压力、增压风机电流、除雾器差压等参数的变化，来间接判断脱硫塔入口烟道干-湿交界面区域的积垢情况，在出现异常时，应及时排查原因，避免该处再次出现大量积垢引发烟道堵塞的严重后果。

[1]刘绍银.湿法脱硫系统结垢的化学机理及运行控制分析[J].热力发电,2011,40(1):70-72.

[2]王树东,刘 娟,徐鸿,等.湿法脱硫系统结垢分析及防治措施[J].电力科学与工程,2012,28(3):66-69.

[3]杨 杨,樊保国.石灰石湿法脱硫吸收塔内结垢研究[J].锅炉技术,2013,44(5):71-74.

[4]沈荣澍,许卫国,王 朝.吸收塔入口烟气流速对塔内流场分布影响的研究[J].电站系统工程,2012,28(6):7-9.

[5]刘 帅,杨向东.某600MW燃煤机组脱硫塔入口烟道改造设计[J].电站系统工程,2016,32(1):38-40.

[6]孙 娟,陈 凯.湿法脱硫系统运行中存在的问题探讨[J].电力科技与环保,2011,27(2):49-50.

[7]陶 恺,崔益龙.烟气脱硫系统的吸收塔及停留时间[J].电力科技与环保,2012,28(4):39-40.

[8]官大纯,纪小春.某电厂三通道除雾器堵塞过程探析与防控措施[J].电力科技与环保,2012,28(6):42-44.

[9]刘文涛.脱硫吸收塔入口烟道积垢的原因分析及处理措施[J].河北电力技术,2012(31):36-37.

[10]马 磊,沈汉年,赵立冬.石灰石/石灰湿法烟气脱硫结垢的机理及控制 [J].工业安全与环保,2007,33(9):19-20.

[11]陈 刚.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[J].湖州师范学院学报,2013(35):26-29.

[12]徐文胜,马志刚.湿法脱硫塔入口烟道流场的优化分析[J].能源工程,2011(6):48-51.

Analysis and countermeasure for scale fouling at entry section of desulfurization scrubber

Taking a 660MW power plant as an example, it studied the reasons of large scale fouling at the desulfurization scrubber entry section which is a dry-wet interface on wet flue gas desulfurization system. It also analyzed the composition of the fouling samples, and summed up the fouling process on this region. Finally, the author proposed some countermeasures to solve the problem. The problem can be effectively solved by optimizing the system operation mode and arranging some reasonable deflector which could improve the flow characteristics of the entry section.

desulfurization scrubber; dry-wet interface; fouling; blocking

X701.3

B

1674-8069(2017)03-025-03

2016-12-07；

2017-02-04

张晓玲(1983-)，女，山西临汾人，工程师，硕士研究生，主要研究方向为火电厂烟气脱硫脱硝技术。E-mail：xiaoling-zhang@chder.com