燃煤電廠濕法脫硫吸收塔除霧器堵塞分析

華石磊,侯安博,宋立斌

華能國際電力股份有限公司上安電廠 石家莊 050310

1 故障情況

濕法脫硫廣泛應用于燃煤電廠中,吸收塔中的除霧器是濕法脫硫裝置的重要組成部件。在實際運行中,除霧器堵塞時有發生,輕則造成煙氣系統阻力增大,機組被迫限負荷或停機,重則引發除霧器坍塌的惡性事件。

上安電廠4號機組為國產330 MW燃煤機組,于2015年完成超低排放升級改造。脫硫工藝采用石灰石-石膏煙氣濕法脫硫,吸收塔型式為噴淋式,與對應的鍋爐形成一爐雙塔方式布置,兩塔之間為串聯。一級塔除霧器在塔內頂部豎直布置,為一級屋脊式除霧器加一級管式除霧器豎直布置,屋脊式除霧器分布在上,管式除霧器分布在下。上部的屋脊式除霧器設置上下兩層各五組沖洗水,下部的管式除霧器未設置沖洗水。就地采用一組差壓式變送器,將煙氣側差壓數據實時遠傳至脫硫上位機畫面。一級塔除霧器設計差壓為126 Pa,實際運行中100%負荷差壓為140～150 Pa。

2019年1月10日,通過U形管就地實測4號機組85%負荷期間一級塔除霧器煙氣側差壓達830 Pa,且以每7 d增大約120 Pa的速率上漲,威脅機組安全運行。通過采取提高除霧器沖洗頻次、置換漿液降密度、增加脫硫添加劑降酸堿值等手段,減小除霧器煙氣側差壓。截止至2019年1月26日4號機組臨停,4號機組一級塔除霧器煙氣側差壓較1月10日同負荷工況減小約300 Pa。

1月28日,開塔檢查發現管式除霧器局部堵塞嚴重,約占整個截面的1/3,屋脊式除霧器四周堵塞相對嚴重,管式及屋脊式除霧器均無坍塌。由經驗判斷,除霧器整體堵塞程度與實測差壓基本相符。

2 除霧器堵塞原因排查

2.1 沖洗流量小、壓力低

除霧器沖洗裝置可及時將除霧器上的垢層沖洗干凈,防止垢層堆積,其沖洗流量及壓力直接決定沖洗效果的好壞。

對4號機組一級塔除霧器進行沖洗試驗,沖洗前除霧器沖洗水泵電流為68 A,壓力為0.8 MPa,沖洗試驗結果見表1。

表1 4號機組一級吸收塔除霧器沖洗試驗結果

追溯4號機組最近一次檢修后運行調試記錄,一級塔除霧器沖洗流量及壓力與表1無明顯差異。沖洗壓力均大于0.2 MPa,流量正常,滿足沖洗要求。2019年1月31日進行現場沖洗試驗,除末端噴嘴堵塞外,沖洗效果整體正常,可以排除除霧器沖洗流量小、壓力低導致堵塞。

2.2 進入吸收塔煙氣含塵量高

當脫硫裝置入口粉塵含量提高時,進入和黏結在除霧器上的粉塵也會增多。粉塵與煙氣中的殘余三氧化硫、二氧化硫,以及吸收塔內的漿液相互反應,形成類似水泥的硅酸鹽。另一方面,飛灰本身的三氧化二鋁、二氧化硅及可溶性鹽也會在除霧器折流板上形成硬垢,很難沖洗干凈。

查閱2018年全年4號機組脫硫裝置入口粉塵濃度數據,月均值均低于設計值(40 mg/m3),可以排除吸收塔內煙氣含塵量高導致堵塞。

2.3 吸收塔漿液密度、酸堿值控制不當

吸收塔漿液密度高,容易導致石膏過飽和析出,隨煙氣附著在除霧器上形成堵塞。漿液酸堿值高,容易加劇漿液中的硫酸鈣在除霧器葉片上結晶。漿液中過多的碳酸鈣隨著煙氣在除霧器上被捕集,與煙氣中殘余的二氧化硫產生二次反應,會生成石膏,積垢堵塞除霧器。

查閱2018年全年的4號機組一級塔漿液密度及酸堿值數據,漿液密度的月均值都控制在1 120 kg/m3～1 160 kg/m3范圍內,酸堿值的月均值都控制在5.2～5.8范圍內,滿足設計要求,可以排除吸收塔漿液密度、酸堿值控制不當導致堵塞。

2.4 除霧器沖洗頻次不足

如除霧器得不到有效沖洗,石膏顆粒、石灰石、煙塵等最終會在除霧器上形成致密的硬垢,且越積越多,最終導致除霧器堵塞。調閱故障前三個月每班一級塔除霧器沖洗歷史數據,發現每班沖洗頻次基本能達到兩次及以上,滿足設計要求,可以排除除霧器沖洗頻次不足導致堵塞。

2.5 漿液循環泵頂部噴淋層破損,漿液攜帶增加

塔內漿液循環泵頂部噴淋層破損,原本向下噴淋的漿液變為向上噴淋,致使相鄰的管式除霧器堵塞,導致除霧器煙氣側差壓增大。2018年8月,在處理4號機組一級塔除霧器煙氣側差壓測量裝置缺陷時,打開除霧器下部測孔,發現測孔處向外異常灌漿,如圖1所示,由此懷疑塔內噴淋層破損。

2019年1月28日,開塔進行頂層漿液循環泵試驗,肉眼可見噴淋層支管至少有五處破損,漿液向上噴淋,如圖2所示。

圖1 除霧器下部測孔情況

圖2 頂部噴淋層情況

筆者分析,頂層漿液循環泵噴淋支管破損,煙氣攜帶的漿液大幅增加,導致相鄰的管式除霧器發生局部堵塞。

2.6 漿液品質差,亞硫酸鈣含量偏高

漿液品質差,亞硫酸鈣含量偏高,由于自身黏性,隨煙氣附著在除霧器折流板上,形成結垢,堵塞除霧器。查閱故障前三個月化學漿液品質監督表,4號機組一級塔漿液亞硫酸鈣共發生四次超標,情況如下:① 2018年10月未發生超標;② 2018年11月發生超標一次,時間周期為11月7日～11月13日;③ 2018年12月發生超標三次,時間周期分別為12月3日～12月6日、12月16日～12月19日、12月22日～12月25日。

筆者分析,受相鄰機組缺陷影響,相鄰機組產生的含有亞硫酸鈣的濾液隨公用系統進入4號機組吸收塔漿池,導致4號機組亞硫酸鈣含量部分時段超標,亞硫酸鈣隨煙氣附著在除霧器上,堵塞除霧器。開塔后取出的管式除霧器堵塞垢樣中,半水亞硫酸鈣含量為9.47%,因此可以驗證4號機組一級塔部分時段漿液亞硫酸鈣含量偏高為除霧器堵塞的原因之一。

2.7 原因小結

結合現場試驗、垢樣化驗報告及查閱相關資料,分析造成4號機組脫硫一級塔除霧器煙氣側差壓增大的主要原因有兩點。第一,塔內漿液循環泵頂部噴淋層破損,原本向下噴淋的漿液變為向上噴淋,煙氣攜帶漿液量大幅增加,為除霧器堵塞提供載體框架,使漿液中的碳酸鈣、石膏等物質迅速在折流板處形成堵塞物,因管式除霧器未布置沖洗水,堵塞物不能得到有效沖洗,煙氣通流面積減小,除霧器煙氣側差壓增大。第二,漿液中亞硫酸鈣含量偏高,亞硫酸鈣呈黏性,隨煙氣夾帶至除霧器,使堵塞加劇。

3 應對措施

筆者利用檢修機會對4號機組一級塔頂層噴淋層破損的支管進行修復,同時相鄰機組的亞硫酸鈣含量得到控制,機組運行四個月后,一級塔除霧器煙氣側差壓未出現異常增大現象。

為預防除霧器堵塞,筆者提出如下應對措施:

(1) 按規定對吸收塔漿液密度、酸堿值、入口粉塵值等參數進行控制,及時準確做好化學漿液品質的監督,發現異常及時處理;

(2) 加強脫硫煙氣沿程阻力的監視,制訂相應阻力監視表,做到有問題及時發現;

(3) 提高除霧器沖洗意識,合理布局脫硫水平衡,嚴格做到按規定沖洗,建立考核、監督機制;

(4) 除霧器壓差計對除霧器的運行至關重要,建議遠傳至上位機的除霧器差壓測點采用冗余設計,并形成定期疏通和校驗制度,確保測孔暢通,差壓顯示準確;

(5) 脫硫噴淋層、除霧器及相關煙道做到逢停必檢,發現異常及時分析處理;

(6) 新安裝的管式除霧器建議同步配置除霧器沖洗裝置。

4 結束語

筆者對燃煤電廠濕法脫硫吸收塔除霧器堵塞故障進行了分析,提出了應對措施。防止除霧器堵塞,除加強運行調整、重視除霧器煙氣側差壓監視外,還應確保初期設計的合理性、逢停必檢的必要性,這樣才能使設備安全、可靠運行。