無旁路脫硫設備配置及防腐蝕材料的可靠性分析

馬成兵

(中環（中國）工程有限公司，南京 210008)

無旁路脫硫設備配置及防腐蝕材料的可靠性分析

馬成兵

(中環（中國）工程有限公司，南京 210008)

脫硫裝置取消煙氣旁路后，對裝置整體的可靠性要求非常高。本文就如何進一步提高系統的可靠性，對該工藝設備的配置及防腐蝕材料的選擇進行了分析，并提出了建議。

脫硫裝置;煙氣旁路;防腐蝕材料;可靠性

某2×1000MW機組“上大壓小”工程采用增壓風機與引風機雙機合一，取消了煙氣旁路。脫硫裝置取消煙氣旁路后，對裝置整體的可靠性要求非常高。為了提高整個脫硫系統運行的可靠性，減少發生故障的幾率，一方面要求在系統設計上考慮更加全面，另一方面要求相關設備的配置更加合理、設備質量更加可靠，同時要求設備的防腐蝕性能也更加可靠。

1 影響脫硫系統可靠性的因素

影響脫硫系統可靠性的因素很多，主要為化學因素（工藝流程、運行參數、腐蝕、磨損等）和設備因素（機械方面、電氣方面、結構設計、控制、檢測等）。

1.1 化學因素

（1）工藝流程：如pH值、漿液密度的測量方式，間歇脫水還是連續脫水等不同的流程設計決定了不同的運行操作方式，可靠性也不一樣。

（2）運行參數：如pH值、運行液位高度的設定是否恰當。

（3）腐蝕：主要是Cl-濃度，Cl-濃度過高是造成設備材料損壞的主要原因之一。

（4）磨損：攪拌器槳葉、泵的葉輪、管道、閥門等在含固量較大的漿液中的使用磨損是否正常。

（5）堵塞：吸收塔內漿液的pH值如控制不好、密度過大，或者在泵停止運行后漿液不及時排空、沖洗，含固漿液的沉積凝結會造成管道的堵塞，影響設備出力或安全。

1.2 設備因素

主要包括運行條件、設備選型、設備數量、設備容量、結構材料等。

2 對系統關鍵設備的控制

取消煙氣旁路對脫硫裝置主、輔設備的可靠和穩定運行提出了更高的要求，可通過對設備的選擇控制，比如擴大設備進口范圍、國產設備選用優質名牌產品以減少故障率、提高設備制造水平、強化防腐施工的過程檢驗等方法來提高整個系統的可靠性。

系統設備分類如表1所示。

建議進口的設備范圍主要有：吸收塔噴嘴、除霧器、漿液循環泵（國產電機）、吸收塔攪拌器、石膏旋流器、廢水旋流器、真空帶式過濾機（國產鋼架）、離心式脫水機、漿液蝶閥、氧化風機、頂進式漿液攪拌器、計量泵、防腐內襯材料。

表1 系統設備分類

3 取消旁路提高可靠性系統設計主要原則

3.1 適當增加設備的備用率

一般對漿液循環泵的設計均是按照全部工作設計，不考慮備用設備。在鍋爐滿負荷時全部運行，低負荷時關掉1臺或2臺泵。在取消旁路以后，若仍按有旁路的常規設計，在入口煙氣出現事故高溫，且同時出現所有漿液循環泵故障的情況下將存在較大風險（概率很低）。故對SO2吸收系統采用N+1配置，增加1臺漿液循環泵和1層噴淋層，可保證在事故狀態下至少有1臺漿液循環泵可用，這樣可有效保護脫硫設備，大大提高脫硫的可靠性。并且，在某1臺漿液泵故障造成脫硫效率下降時開啟備用循環泵噴淋可有效提高脫硫效率。

對系統中其它容易出現故障的設備或閥門也應考慮設置100%的備用，如吸收塔集液坑泵設置2臺。同時還要考慮一定范圍及數量的備品備件，如漿液循環泵的庫房備用轉子、葉輪、吸收塔攪拌器和小漿液泵的機械密封等。

3.2 進一步提高設備的可靠性

脫硫系統工藝流程中主要設備就是吸收塔、泵、風機、攪拌器、閥門。

吸收塔的維護一般在1年甚至更長的時間。塔內部件如除霧器、噴淋管、噴嘴維護量都較小。吸收塔攪拌器軸向排液量設計有一定的裕量，正常工作的N臺攪拌器，若1臺出現故障，其余幾臺可以保證在一定的時間內（最長14天）正常運行，這樣就不會影響漿液的攪拌，一般容易出現故障的機械密封利用特殊工具（一個夾緊式法蘭）在幾個小時內即可在線完成更換。

漿液泵、攪拌器的故障主要是機械密封磨損、葉輪磨損或機械故障。一般正常的機械密封使用期限為6～9個月，葉輪正常使用壽命＞2萬小時，軸承的壽命應＞2.5萬小時。

（1）提高吸收塔的可靠性

1） 吸收塔結構設計進行優化。增大頂層噴淋層與除霧器之間的距離，減小煙氣中的一些固體顆粒被直接攜帶至除霧器的可能性，從而減少結垢的產生。

2） 除霧器沖洗設計進行優化。一是增加除霧器第四層沖洗系統來保證有效的沖洗水流量，細化局部沖洗。因除霧器設備處理的介質混有石膏、亞硫酸鈣固體顆粒，如果沖洗不當，極容易導致出現大范圍的結垢，使除霧器的通道變窄，導致更快的煙氣流速，直接將氣流中的固體顆粒帶至除霧器后方，導致除霧器表面出現結垢，從而影響除霧器性能，甚至還會導致除霧器局部塌陷、模塊脫落。增加第四層沖洗將能有效防止結垢的產生，保證除霧器的效果。二是縮短除霧器沖洗噴嘴與除霧器模塊之間的距離，增加沖洗噴嘴的數量，增大沖洗水的水量來提高沖洗的效果，防止結垢。

3） 提高設備選材標準。循環泵進口濾網、塔內氧化空氣管道采用耐蝕合金。可減少因FRP材質管道斷裂、破損產生的碎片等造成的循環泵堵塞、噴嘴堵塞現象，一方面保證脫硫效率，另一方面維持氧化空氣在漿液池內需要的擴散效果，保證副產品石膏的質量。

（2）泵、攪拌器、漿液閥門

在設計時，對接觸石膏漿液的設備材料的選擇一般按漿液中氯離子濃度為40g/L、其它為20g/L進行。

3.3 事故高溫煙氣下設備的保護

在鍋爐點火初期和機組故障跳閘期間，進入FGD塔的煙氣溫度可能達到180℃，對吸收塔內的除霧器、噴淋管、防腐內襯等造成破壞，所以必須把瞬間的事故高溫在最短的時間內降低到設計溫度。目前是在吸收塔入口原煙道上設計2套事故噴淋系統來保護塔內的設備。

3.4 提高設備防腐蝕的可靠性

包括材料、方案的優化，施工過程的有效控制。

3.5 保證石灰石漿液的可靠供應

為防止因石灰石漿液罐攪拌器或泵故障，造成新鮮的石灰石漿液不能及時輸送到吸收塔內進行反應，降低脫硫效率，對石灰石漿液制備系統雙冗余設置，2套石灰石漿液制備系統之間互為備用。至吸收塔的石灰石漿液供應也采用雙管路設計，保證無論是在攪拌器還是漿液泵故障或管道堵塞、磨損的情況下，都可以滿足使用要求。

4 設備防腐蝕可靠性分析

目前濕法煙氣脫硫系統的防腐蝕一般采用以下幾種防腐蝕材料：

（1）鎳基合金

鎳基合金防腐蝕性能出色，對意外惡劣條件的適應能力強，耐高溫性能好，無需設置緊急降溫系統；不容易被機械力破壞；維護、檢修方便；使用壽命長。鎳基合金由于以上優點是防腐蝕材料的首選，但其造價較高，一般只應用在吸收塔入口煙道、氧化空氣噴槍、塔內有關部件的連接螺栓、濾網等關鍵部位，可靠性很高。

（2）丁基橡膠襯里

橡膠是有機高分子化合物，具有良好的緩和沖擊吸收振動能力；耐磨、耐腐蝕、氣體抗滲透性、防氟離子、可現場硫化；對基體結構適應性強，可進行較復雜結構件的貼覆；襯里破壞容易修復。加上橡膠襯里的價格較低，一般應用在脫硫系統箱罐設備的防腐蝕中，可靠性較高。橡膠失效主要表現為鼓泡、裂紋、脫落。

（3）玻璃鱗片樹脂

玻璃鱗片按使用部位及特點，分為低溫、高溫玻璃鱗片和耐磨玻璃鱗片。低溫玻璃鱗片具有優良的抗滲透性、耐化學性、耐腐蝕性，使用溫度一般低于100℃，廣泛應用于吸收塔的低溫部分、凈煙道、脫硫系統箱罐設備等。高溫玻璃鱗片具有優良的耐高溫性能，長期使用溫度可達160℃，主要應用于原煙道及吸收塔入口。耐磨玻璃鱗片一般添加了陶瓷耐磨材料，主要應用于吸收塔噴淋區部位和攪拌器等漿液磨損嚴重的區域。玻璃鱗片的失效主要表現為開裂和脫落。

（4）玻璃鋼

玻璃鋼是一種以酚醛樹脂為基體結合玻璃纖維增強材料而成的一種復合材料，具有良好的耐腐蝕、耐熱、耐磨損性能。并且由于其價格低廉，質量輕，廣泛應用于吸收塔噴淋母管、氧化空氣噴槍、漿液管道等。

設備防腐可靠性的具體分析如下：

（1）煙道

在原煙道采用高溫玻璃鱗片、凈煙道采用低溫玻璃鱗片，經工程實踐證明其防腐性能是可以保證的。

（2）吸收塔入口干濕界面

在吸收塔入口段煙道四周（距吸收塔投影距離不小于1.5m范圍內）采用6mm碳鋼加爆破貼附2mmC276合金制作，經工程實踐證明其防腐性能是可以保證的。

（3）吸收塔

多個工程實踐證明，在以玻璃鱗片防腐蝕的吸收塔內部，發生腐蝕、穿孔等事故的一般是噴淋區域的塔壁和噴淋支撐梁，噴淋主管并沒有出現過事故，所以對噴淋管仍選擇采用FRP材質制作。相對玻璃鱗片，丁基橡膠襯里防腐的優點在于具有更好的耐磨性。該工程無煙氣旁路，將橡膠襯里局部應用在吸收塔重點部位，可以進一步提高脫硫系統的可靠性，提高脫硫系統和機組可用率。所以對由于噴嘴長期的直接沖刷而引起腐蝕、穿孔等事故的側壁及支撐梁，選擇采用襯膠防腐來提高其耐沖刷性，從而減少了事故的發生幾率。由于橡膠和鱗片搭接處不好處理，因而可在鱗片和橡膠施工前以100mm寬的1.4529合金板在塔壁內側玻璃鱗片與襯膠搭接的上口與下口先進行一圈貼覆。吸收塔其它部位的防腐仍采用玻璃鱗片，在實際運用過程中，效果很好，維護檢修也很方便。建議的防腐蝕形式見表2。

表2 建議的防腐蝕形式

5 結論

脫硫裝置取消煙氣旁路技術的關鍵是如何保證脫硫系統的可靠性和穩定性，分析表明，只要采用相應的措施，在設計、設備及材料的選擇方面進行有效控制，可以進一步提高系統的可靠性，從而減少機組非停發生幾率，提高整個脫硫系統和機組的使用率。

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Reliability Analysis on Collocation of Non-bypass Desulfurization Equipment and Anticorrosive Materials

MA Cheng-bing

X701.3

A

1006-5377（2011）01-0049-03