濕法脫硫系統(tǒng)除霧器結(jié)垢分析及預(yù)防措施

黨龍，張曉玲，王智，陳軍，史成新

濕法脫硫系統(tǒng)除霧器結(jié)垢分析及預(yù)防措施

黨龍1，張曉玲2，王智1，陳軍1，史成新1

（1.陜西華電蒲城發(fā)電有限責(zé)任公司，陜西蒲城715501；2.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

某發(fā)電公司660MW機(jī)組煙氣脫硫除霧器結(jié)垢事故頻發(fā)，嚴(yán)重影響機(jī)組的正常運(yùn)行。針對該問題，進(jìn)行了垢物化驗(yàn)，系統(tǒng)分析了影響除霧器運(yùn)行的各種因素。由于沖洗不及時，煙氣攜帶的漿液在除霧器葉片間發(fā)生了沉積和結(jié)晶反應(yīng)形成的混合垢是脫硫系統(tǒng)除霧器故障的原因，并提出了一系列預(yù)防措施。

脫硫；除霧器；結(jié)垢；堵塞；預(yù)防措施

0 引言

石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)是世界范圍內(nèi)煙氣脫硫的主流技術(shù)，除霧器是石灰石-石膏濕法煙氣脫硫塔中非常重要的核心裝置，用于分離凈煙氣攜帶的液滴。由于被分離的液滴中含有石膏等固態(tài)物，存在除霧器結(jié)垢的風(fēng)險，需定期進(jìn)行在線沖洗，保持除霧器葉片表面清潔[1-2]。同時我國大部分火電廠已取消了脫硫旁路，因此除霧器故障不僅會造成脫硫系統(tǒng)的停運(yùn)，還會導(dǎo)致整個機(jī)組停機(jī)[3]。已有案例表明，不同條件下的除霧器結(jié)垢原因不同，有些是飛灰含量過高形成的灰垢[4-6]，有些是結(jié)晶垢[7-8]，本文將對某發(fā)電公司660M W機(jī)組的除霧器結(jié)垢原因進(jìn)行分析，初步總結(jié)結(jié)垢的機(jī)理，對此提出預(yù)防措施。

1 系統(tǒng)概述

某發(fā)電公司660M W超臨界燃煤空冷機(jī)組，鍋爐型號：D G 2100/25.4-Ⅱ2，配套建設(shè)有石灰石-石膏濕法脫硫裝置。每座吸收塔頂部安裝兩級水平布置的除霧器，參數(shù)見表1。

表1 除霧器選型參數(shù)

該機(jī)組投運(yùn)以來，多次出現(xiàn)除霧器結(jié)垢和堵塞問題。除霧器發(fā)生結(jié)垢或堵塞時，系統(tǒng)阻力過高，引起增壓風(fēng)機(jī)失速，鍋爐負(fù)壓維持困難，直接導(dǎo)致機(jī)組降負(fù)荷或停運(yùn)。另一方面，除霧器的垢物難以清理，必須進(jìn)行人工高壓水槍沖洗，每年由此導(dǎo)致的檢修維護(hù)費(fèi)用較高。

一次典型事故經(jīng)過如下：機(jī)組大修期間進(jìn)行了除霧器清理，大修結(jié)束后投運(yùn)不到4個月時間，增壓風(fēng)機(jī)喘振明顯，除霧器差壓一個月內(nèi)從50Pa緩慢上升到100Pa，然后快速上升至560Pa，判斷為除霧器結(jié)垢，隨即運(yùn)行人員加大沖洗力度，疏通差壓計管路。情況并未好轉(zhuǎn)，機(jī)組降負(fù)荷運(yùn)行20d后停機(jī)，檢修人員進(jìn)入吸收塔檢查發(fā)現(xiàn)上、下兩級除霧器有20余個單元垮塌或掀翻，整個除霧器被石膏漿液鋪滿，堵塞嚴(yán)重，垢物量大且難以清理。

2 垢物化驗(yàn)分析

觀察發(fā)現(xiàn)，除霧器不同位置的垢物其硬度和形態(tài)差異較大，多為軟硬混合垢，部分區(qū)域的垢物分層明顯，兩層軟垢內(nèi)部夾一層硬垢。對典型垢物進(jìn)行化學(xué)分析和掃描電鏡微觀分析，同時選取副產(chǎn)物石膏進(jìn)行對比分析。化學(xué)分析結(jié)果見表2，掃描電鏡結(jié)果如圖1和圖2所示。

表2 化學(xué)分析結(jié)果

圖1 除霧器垢物掃描電鏡分析圖

圖2 石膏掃描電鏡分析圖

根據(jù)化學(xué)分析結(jié)果可見，除霧器上的垢物與石膏的組成較為接近，主要成分均為CaSO4·2H2O。結(jié)合除霧器的工作機(jī)理，可以認(rèn)為除霧器的垢物與石膏的來源均為脫硫漿液所攜帶的固體顆粒物。但是掃描電鏡微觀顯示其晶體形態(tài)完全不同，除霧器垢物是顆粒與片狀晶體的混合物，而脫硫石膏呈現(xiàn)出顆粒狀（或短柱狀）晶體結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)垢機(jī)理分析

通過對除霧器的垢物進(jìn)行化學(xué)分析和掃描電鏡分析，可以確定該機(jī)組除霧器結(jié)垢是漿液固體顆粒的沉積與結(jié)晶反應(yīng)形成的混合垢。除霧器葉片在工作中粘附了一定的漿液固體顆粒，固體顆粒中存在硫酸鈣、亞硫酸鈣、碳酸鈣以及少量煙塵，這些固體顆粒具有一定的粘性，如果未能被沖洗水及時沖洗掉，會與煙氣中殘留的SO2繼續(xù)反應(yīng)，生成的硫酸鈣、亞硫酸鈣在葉片表面和原先截留的固體顆粒上快速成長，形成了形態(tài)混雜的硬垢，在沖洗失效的情況下，導(dǎo)致除霧器嚴(yán)重結(jié)垢。

除霧器部分葉片結(jié)垢，會形成惡性循環(huán)，當(dāng)煙氣經(jīng)過時局部煙氣流速過大，煙氣中夾帶大量石膏漿液得不到有效分離，過大液滴在重力作用下回落到煙道中和除霧器表面，造成除霧器徹底堵塞，直至進(jìn)一步垮塌。

4 原因分析

4.1 沖洗效果差

脫硫系統(tǒng)的除霧器都設(shè)計有沖洗裝置，沖洗效果對除霧器結(jié)垢堵塞影響重大。除霧器沖洗水管道、噴嘴、閥門是否正常、噴嘴的布置、沖洗周期、沖洗水壓均對沖洗效果有直接影響。首先通過查閱資料，排除了沖洗水噴嘴與除霧器葉片間距設(shè)計、沖洗覆蓋率對沖洗效果的負(fù)面作用。

在事故發(fā)生后，檢修人員對該機(jī)組沖洗水管道和噴嘴進(jìn)行了逐個檢查，結(jié)果表明50多個噴嘴發(fā)生了堵塞或脫落。原因是噴嘴形式為軸向?qū)嵭腻F，外觀如圖3所示，兩級除霧器下表面沖洗水管上的噴嘴均為噴口向上，除霧器葉片上脫落的軟垢極易進(jìn)入噴嘴的出口，由于不是連續(xù)沖洗，噴嘴出口堆積的軟垢經(jīng)過一段時間的停留，會變得結(jié)實(shí)從而造成噴嘴堵塞。另外當(dāng)沖洗水含固量較高或存在異物時，也會造成噴嘴堵塞。在后續(xù)運(yùn)行中，發(fā)生噴嘴堵塞的區(qū)域形成沖洗死角，除霧器葉片無法得到?jīng)_洗，極易結(jié)垢。另外還有部分沖洗水噴嘴脫落或沖洗水管斷裂，也會大大降低沖洗效果。如圖4所示，紅圈處的噴嘴脫落，沖洗水成柱狀下流，沖洗面積大大減小，所對應(yīng)的區(qū)域?qū)o法得到有效沖洗。此類故障在運(yùn)行中難以發(fā)現(xiàn)，需要每次停機(jī)時加強(qiáng)檢修，及時將脫落和堵塞的噴嘴進(jìn)行修復(fù)。

沖洗周期是保證沖洗效果的主要手段，沖洗間隔太長，石膏漿液和煙氣中的飛灰不斷附著，除霧器表面結(jié)垢加重并經(jīng)高溫?zé)煔鉀_刷而硬化，形成厚實(shí)致密的硬垢，沖洗將徹底失效。除霧器一般要求2h至少沖洗一次，但是歷史數(shù)據(jù)表明該機(jī)組多次出現(xiàn)除霧器沖洗間隔超過6h的情況。沖洗周期過長的主要原因是吸收塔液位過高，除霧器沖洗水全部進(jìn)入吸收塔漿液池，優(yōu)先考慮控制液位避免發(fā)生溢流，只好延長沖洗周期，減少沖洗次數(shù)。

圖3 潔凈的除霧器沖洗水噴嘴

圖4 沖洗水噴嘴脫落

4.2 沖洗水量不足

沖洗水量不足是沖洗周期過長的直接原因，也是除霧器結(jié)垢問題的根本原因。運(yùn)行中吸收塔液位經(jīng)常過高，難以接納大量的除霧器沖洗水，原因是機(jī)組長期在70%以下負(fù)荷運(yùn)行，煙氣蒸發(fā)水量少，加上脫硫廢水處理系統(tǒng)故障頻發(fā)投運(yùn)率過低，導(dǎo)致系統(tǒng)水平衡被破壞，脫硫塔液位難以控制。另一方面，現(xiàn)場檢查還發(fā)現(xiàn)除霧器沖洗水閥存在內(nèi)漏現(xiàn)象，內(nèi)漏水全部進(jìn)入吸收塔漿液池，導(dǎo)致在運(yùn)行時沖洗水量進(jìn)一步降低，沖洗效果無法保證。

4.3 沖洗水水質(zhì)分析

除霧器通過間接沖洗來保持葉片表面潔凈，避免發(fā)生局部結(jié)垢。該機(jī)組除霧器沖洗水來源為電廠循環(huán)排污水，水質(zhì)分析顯示pH值為8.26，且Ca2+含量237m g/L，SO42-含量1572m g/L，指標(biāo)均超出《濕法煙氣脫硫裝置專用設(shè)備-除霧器》(JB/T10989－2010）標(biāo)準(zhǔn)中建議值（Ca2+≤200m g/L，SO42-≤400m g/L，pH值7～8）和除霧器廠家的建議值[9]。沖洗水的硫酸根和鈣離子含量較高，沖洗過程中難以起到迅速降低葉片表面附著漿液飽和度的作用，導(dǎo)致沖洗效果較差。另一方面葉片表面殘留的沖洗水與煙氣接觸時，會繼續(xù)進(jìn)行脫硫反應(yīng)，形成結(jié)晶垢。

4.4 漿液參數(shù)影響分析

石膏漿液pH值較高、濃度過大、氧化效果差等都容易引發(fā)吸收塔內(nèi)部結(jié)垢，包括除霧器，若控制不當(dāng)，會快速發(fā)展成為大面積堵塞。

運(yùn)行中，漿液pH值通過控制石灰石漿液的補(bǔ)充量來進(jìn)行控制。pH值較高時，表明漿液中存在過量的CaCO3，過量的CaCO3在除霧器表面沉積后，與煙氣中殘留的SO2繼續(xù)反應(yīng)，形成結(jié)晶垢。通過表2可見，漿液和石膏中的碳酸鈣含量均明顯較高，是導(dǎo)致除霧器結(jié)垢的一個主要原因。其次，根據(jù)已有的研究結(jié)論，pH較高時，循環(huán)漿液中存在的硫主要以SO32-形式存在，隨pH值升高，CaSO3的溶解度急劇下降，極易使CaSO3的飽和度達(dá)到并超過其形成均相成核作用所需的臨界飽和度而在塔壁和部件表面上結(jié)晶。而控制pH較高的原因是脫硫塔入口SO2濃度較高，設(shè)計值6522m g/Nm3，且波動大，為確保排放達(dá)標(biāo)，一般控制pH較高。

另一方面，該機(jī)組漿液濃度也多次出現(xiàn)高于設(shè)計值的情況，原因是石膏脫水系統(tǒng)為多臺機(jī)組公用，石膏溢流箱容量不足，多臺機(jī)組同時脫水石膏溢流箱會溢流，排漿不及時導(dǎo)致漿液濃度較高。漿液濃度高會導(dǎo)致石膏飽和度較高，易于結(jié)垢[10]。

通過表2可知，脫硫漿液氧化效果較好，對除霧器結(jié)垢影響較小。

4.5 儀表因素影響分析

在脫硫系統(tǒng)運(yùn)行過程中，沖洗水運(yùn)行的調(diào)整依據(jù)主要是除霧器壓差，壓差增高，應(yīng)加強(qiáng)沖洗。然而實(shí)際運(yùn)行中，由于該表計安裝位置為正壓，接觸濕煙氣，漿液液滴極易進(jìn)入取樣管，且難以清理，惡劣的工作環(huán)境使得該表計長期讀數(shù)不準(zhǔn)，失去指導(dǎo)意義。歷史運(yùn)行記錄顯示多次出現(xiàn)除霧器壓差瞬間波動、長時間無變化甚至除霧器前后壓差顯示為負(fù)數(shù)的情況，運(yùn)行人員無法及時發(fā)現(xiàn)問題，導(dǎo)致除霧器結(jié)垢問題不斷發(fā)展，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4.6 高溫?zé)煔獾奈：?/p>

除霧器材質(zhì)為聚丙烯，不耐高溫，長時間高溫?zé)煔饬鬟^時，會導(dǎo)致其變形，除霧器的局部變形會導(dǎo)致葉片間距和形狀改變，形成死角，難以徹底沖洗干凈，還可損壞沖洗水管和噴嘴，降低沖洗效果，極易引發(fā)結(jié)垢。

5 預(yù)防措施

5.1 提高沖洗效果

塔內(nèi)部除霧器沖洗水噴嘴和管道故障率較高，對此建議檢修人員在每次停機(jī)后都應(yīng)對該區(qū)域設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)檢查，及時更換和清理沖洗水管路上掉落和堵塞的噴嘴，修復(fù)沖洗水管道，確保沖洗水系統(tǒng)的“硬件”正常。在封人孔門前，應(yīng)先做除霧器沖洗試驗(yàn)，觀察沖洗效果，調(diào)整沖洗壓力。

運(yùn)行中嚴(yán)格按照規(guī)程要求循環(huán)地進(jìn)行沖洗，各區(qū)域2h最少沖洗一次，發(fā)現(xiàn)除霧器前后壓差有增大趨勢，適當(dāng)縮短沖洗周期。長期低負(fù)荷運(yùn)行，遇到液位高與沖洗周期的矛盾時，沖洗不及時帶來的問題更為嚴(yán)重，因此應(yīng)側(cè)重于除霧器沖洗，建議采取先排掉部分漿液至事故漿液箱暫存來降低液位，確保除霧器的及時沖洗。

5.2 確保沖洗水量

足夠的沖洗水量才能保證沖洗周期和沖洗效果。通過以下措施來確保除霧器沖洗水量：首先應(yīng)避免機(jī)組長期在低負(fù)荷下運(yùn)行，恢復(fù)脫硫廢水處理系統(tǒng)出力，低負(fù)荷時通過存儲部分濾液水（高負(fù)荷時再回用），適當(dāng)提高廢水排放量，禁止環(huán)境衛(wèi)生沖洗水進(jìn)入脫硫系統(tǒng)，維持系統(tǒng)水平衡。加強(qiáng)除霧器沖洗水閥的日常維護(hù)和管理，對于出現(xiàn)故障的閥門應(yīng)在最短時間內(nèi)給予修復(fù)，避免閥門內(nèi)漏導(dǎo)致除霧器沖洗水量的減少。同時降低設(shè)備的切換頻率，以此減少各類漿液泵及管道沖洗水量。

5.3 控制水質(zhì)指標(biāo)

對沖洗水水源進(jìn)行優(yōu)化，控制來水的硬度和SO42-濃度。除霧器沖洗和工藝用水合用一座水箱，運(yùn)行中注意檢查石膏漿液和石灰石供漿系統(tǒng)的各個沖洗水閥門內(nèi)漏情況，確保工藝水泵出口壓力高于各漿液泵出口壓力，避免漿液成分通過內(nèi)漏的閥門進(jìn)入工藝水箱，惡化除霧器沖洗水水質(zhì)。

5.4 優(yōu)化漿液運(yùn)行參數(shù)

漿液的pH值應(yīng)嚴(yán)格控制在5.2-5.8之間，且盡量穩(wěn)定，避免大幅波動。在脫硫系統(tǒng)啟動前，向吸收塔進(jìn)石灰石漿液時，必須將pH值控制在下限水平[10]，并加入適當(dāng)?shù)氖嗑ХN，利于反應(yīng)產(chǎn)物在已有的晶體表面生長。盡快完成脫水系統(tǒng)的增容改造，運(yùn)行中控制合理的石膏飽和度，避免漿液在吸收塔漿池外的其他部位發(fā)生結(jié)晶反應(yīng)。

5.5 加強(qiáng)除霧器壓差監(jiān)視

除霧器壓差計對于除霧器的運(yùn)行至關(guān)重要，目前各個位置僅安裝一個點(diǎn)，不能全面反映除霧器運(yùn)行狀況，建議增加一組測點(diǎn)，并定期進(jìn)行疏通和校驗(yàn)，保證測量孔暢通，提高測量值的準(zhǔn)確度。同時建立引風(fēng)機(jī)電流、脫硫塔入口煙氣壓力等參數(shù)的運(yùn)行卡片，運(yùn)行操作中通過觀察引風(fēng)機(jī)電流、吸收塔入口壓力等參數(shù)的變化，間接判斷除霧器壓差的真實(shí)情況，在結(jié)垢問題出現(xiàn)早期采取應(yīng)對措施，避免結(jié)垢的快速發(fā)展。

5.6 避免高溫?zé)煔鉀_刷

高溫?zé)煔鈱ΤF器有損壞作用，建議設(shè)置事故噴淋裝置，并設(shè)置事故噴淋用水備用水源。當(dāng)出現(xiàn)入口煙氣溫度高報警時或循環(huán)泵全停時，連鎖開啟事故噴淋和除霧器沖洗水，保護(hù)除霧器不受高溫?zé)煔鉀_刷。在系統(tǒng)啟動時，必須在循環(huán)泵運(yùn)行的前提下，煙氣才能進(jìn)入吸收塔；系統(tǒng)停運(yùn)時，必須是煙氣停止進(jìn)入后，循環(huán)泵保持運(yùn)行至吸收塔出口煙氣降至80℃以下，才能停運(yùn)。

6 結(jié)語

針對某660M W發(fā)電機(jī)組脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)的除霧器結(jié)垢問題，進(jìn)行了除霧器葉片間的垢物化驗(yàn)，得知垢物的來源是循環(huán)漿液，是漿液固體顆粒的沉積與結(jié)晶反應(yīng)形成的混合垢。沖洗效果差、沖洗水量不足、水質(zhì)不合格、漿液參數(shù)不合理以及差壓表計不準(zhǔn)確是導(dǎo)致除霧器出現(xiàn)結(jié)垢并快速發(fā)展的直接原因。建議通過加強(qiáng)檢修、確保沖洗水量、控制水質(zhì)指標(biāo)、優(yōu)化漿液參數(shù)、加強(qiáng)儀表在線監(jiān)視和避免高溫?zé)煔鉀_刷六個方面采取措施，預(yù)防除霧器的結(jié)垢，保證脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

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Analysis and Preventive Measures for Scaling in Mist Eliminator of WFGD System

DANG Long1，ZHANG Xiao-ling2，WANG Zhi1，CHEN Jun1，SHI Chen-xin1
（1.Shaanxi Huadian Puchen Power Generation Co.,Ltd,Pucheng 715501，China；2.Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

In a pow er plant，the scaling accidentofm istelim inator occured frequently in the 660M W unitflue gas desulfurization system.The problem had seriously affected the norm aloperation.To solve this problem,this paperanalyzed the scaling sam ples and the factors which affected the operation ofthe m istelim inator.Itis concluded thatthe m ixed scales form ed by the deposition and the crystallization reaction between the flue gas and the slurry.The m ixed scales and the w ashing is notin tim e are the reasons forthe failure ofthe m istelim inator.Forthis problem，a series ofpreventive m easures are putforw ard.

desulfurization；m ist elim inator；scaling；blocking；preventive m easure

X 701.3

B

2095-3429（2017）01-0030-05

2016-11-16

修回日期：2017-01-06

黨龍（1976-），男，陜西澄城人，工程碩士，高級工程師，主要從事電廠生產(chǎn)技術(shù)研究與管理工作。

D O I：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.01.007