吳春華,秦緒華,徐忠峰

(1．國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院,長春 130021;2．吉林松花江熱電有限公司,吉林 吉林 132000)

為進(jìn)一步保護(hù)環(huán)境降低排放,目前,國內(nèi)發(fā)電企業(yè)燃煤機(jī)組均取消了了脫硫系統(tǒng)煙氣旁路煙道,以保證脫硫系統(tǒng)與機(jī)組必需同時(shí)運(yùn)行。除霧器做為脫硫系統(tǒng)吸收塔的關(guān)鍵設(shè)備,其安全穩(wěn)定運(yùn)行就顯得尤為重要。除霧器發(fā)生堵塞將引起脫硫系統(tǒng)故障,造成整個(gè)機(jī)組停運(yùn)。

目前,由于諸多因素造成除霧器頻繁故障,帶出的大量漿液腐蝕煙囪,堵塞凈煙道。排放煙氣中的大量液滴(石膏雨)嚴(yán)重危害周圍環(huán)境,成為燃煤機(jī)組煙氣脫硫亟待解決的問題。本文根據(jù)除霧器出現(xiàn)故障現(xiàn)象及數(shù)據(jù),運(yùn)用系統(tǒng)安全分析方法,通過對(duì)除霧器故障模式進(jìn)行分析并提出防治措施,以進(jìn)一步提高脫硫系統(tǒng)可靠性。

除霧器通常布置于吸收塔內(nèi)頂部,除維持吸收塔正常運(yùn)行水位外,其最大功能就是去除含硫煙氣經(jīng)過反應(yīng)區(qū)時(shí)與石灰石漿液進(jìn)行反應(yīng)后形成霧滴。脫硫后的煙氣以一定的速度流經(jīng)除霧器,煙氣被快速、連續(xù)地改變運(yùn)動(dòng)方向,由于離心力以及慣性的作用,煙氣內(nèi)的霧滴撞擊到除霧器葉片上被捕集下來,在重力的作用下,下落至漿液池內(nèi),從而實(shí)現(xiàn)氣液的分離。

除霧器效率的高低與系統(tǒng)壓差直接相關(guān)。除霧器壓差大小主要與煙氣流速、葉片結(jié)構(gòu)、葉片間距及煙氣帶水負(fù)荷等因素有關(guān),當(dāng)除霧器葉片上結(jié)垢嚴(yán)重時(shí)系統(tǒng)壓差會(huì)明顯提高。濕法脫硫系統(tǒng)除霧器的壓差一般要求小于200 Pa。通過除霧器后霧滴(粒徑大于 15μ m)含量一個(gè)沖洗周期內(nèi)的平均值小于75 mg/Nm3的煙氣為標(biāo)準(zhǔn)干煙氣。

1 除霧器堵塞原因分析

1．1 除霧器結(jié)垢

除霧器位于吸收塔頂部煙氣出口處,屬于“濕-干”交界區(qū),屬于“濕-干”結(jié)垢[1]。由于吸收塔漿液中含有 CaSO4、CaSO3、CaCO3及飛灰中含有硅、鐵、鋁等物質(zhì),這些物質(zhì)粘度較大,當(dāng)漿液碰撞到除霧器表面及塔壁時(shí),其中的部分便會(huì)粘附于除霧器及塔壁而沉積下來。同時(shí),由于煙氣具有較高的溫度,加快沉積層水分的蒸發(fā),使沉積層逐漸形成結(jié)構(gòu)致密類似于水泥的硬垢,隨著運(yùn)行時(shí)間的增加,可造成除霧器堵塞、變形,嚴(yán)重時(shí)可造成除霧器坍塌。

造成此后果的主要原因有除霧器沖洗周期過長,石膏顆粒和煙氣不斷附著,除霧器表面結(jié)垢加重,并經(jīng)高溫?zé)煔鉀_刷不斷硬化,直至形成厚實(shí)致密的硬垢,此時(shí)沖洗已無法沖刷掉垢物。沖洗水壓力、流量及覆蓋率偏低,沖洗水壓力無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求,沖洗效果不理想,致使除霧器表面形成的結(jié)垢晶核不斷長大,形成硬垢。

1．2 設(shè)計(jì)因素

造成除霧器故障的設(shè)計(jì)因素包括通過除霧器斷面氣流分布的均勻性、葉片結(jié)構(gòu)、葉片之間的距離及除霧器布置形式等。煙氣流場的影響,壓降及除霧效率均與煙氣流速有著十分緊密的關(guān)系。在煙氣流速范圍內(nèi),壓降和除霧效率與煙氣流速成正比。當(dāng)煙氣超過臨界流速時(shí),液滴離心力隨之增大,因而產(chǎn)生更大的次流,并在通道截面上形成了更大的雙漩渦次流分布,同時(shí)導(dǎo)致壓降迅速增加,系統(tǒng)能耗隨之提高。

另外,因煙氣流速提高導(dǎo)致產(chǎn)生二次夾帶問題,直接使除霧效率下降。同時(shí)也增大了系統(tǒng)水耗,導(dǎo)致沖洗頻率增大,如此往復(fù)循環(huán)不僅會(huì)造成除霧效率降低、壓降提高,而且還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)總的水力不平衡。

1．3 煙塵濃度及漿液特性的影響

煙塵不僅影響 FGD系統(tǒng)的脫硫效率和石膏品質(zhì),而且會(huì)加劇除霧器的結(jié)垢和堵塞。吸收塔的除塵效率約為 50%,當(dāng) FGD入口煙塵濃度增大時(shí),進(jìn)入和黏附在除霧器上的煙塵也會(huì)增加,飛灰中的 CaO可以激活飛灰的活性,飛灰與煙氣中殘留的 SO3、SO2以及塔內(nèi)漿液等相互反應(yīng)形成類似水泥的硅酸鹽,隨著運(yùn)行時(shí)間的增長形成硬垢,一旦形成則很難清除。另外,飛灰本身的 Al2O3、SiO2及可溶性鹽也會(huì)形成硬垢。

1．4 沖洗水系統(tǒng)故障

由于除霧器沖洗閥門多采用露天布置,運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生進(jìn)水等問題致使沖洗閥門無法正常開閉,因此要求沖洗閥門必須達(dá)到相關(guān)防護(hù)等級(jí)并有一定的防護(hù)措施(如遮雨棚)并加強(qiáng)日常維護(hù)。對(duì)于北方冬季寒冷地區(qū)還必須考慮防凍問題,由于除霧器沖洗為間歇運(yùn)行,保溫措施不當(dāng)滯留在沖洗管路內(nèi)的水很容易結(jié)冰,造成閥門凍脹損壞。另外由于除霧器沖洗閥門經(jīng)常動(dòng)作,電動(dòng)執(zhí)行器故障率比較高,對(duì)其嚴(yán)密性和閥門的橡膠磨損有嚴(yán)格要求,很多閥門動(dòng)作次數(shù)增多后,行程開關(guān)位置發(fā)生偏移,閥門嚴(yán)密性發(fā)生變化,內(nèi)漏嚴(yán)重,造成沖洗水壓力降低,影響沖洗效果。

2 除霧器故障防治對(duì)策

2．1 確保沖洗系統(tǒng)運(yùn)行效果

適當(dāng)縮短除霧器沖洗周期,優(yōu)化沖洗程序,下層除霧器的向上噴水頻率可加大,上層除霧器向上噴水的頻率應(yīng)減少,剩余的水應(yīng)該全部加在下層除霧器的下噴水上,保證除霧器沖洗干凈。保證沖洗水壓力及流量,除霧器沖洗水壓力適當(dāng)提高到 0．3 MPa左右,并且考慮最小再循環(huán)流量;除霧器沖洗門前母管設(shè)置壓力和流量測點(diǎn),工藝水出口母管設(shè)置流量測點(diǎn),便于監(jiān)測和發(fā)現(xiàn)閥門內(nèi)漏和除霧器沖洗效果,提高沖洗系統(tǒng)可靠性。定期檢查除霧器沖洗水閥門及電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),防止閥門內(nèi)漏,對(duì)于沖洗水機(jī)構(gòu)布置于室外的北方寒冷地區(qū)的脫硫裝置,需要對(duì)沖洗平臺(tái)進(jìn)行外保溫,以提高閥門及執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行的可靠性。

2．2 確保運(yùn)行參數(shù),提高吸收塔運(yùn)行效果

加強(qiáng)除霧器壓差表計(jì)的維護(hù),優(yōu)化設(shè)計(jì)或更換除霧器壓差變送器并定期標(biāo)定,準(zhǔn)確監(jiān)測除霧器壓差變化,發(fā)現(xiàn)壓差升高應(yīng)及時(shí)采取有效措施,防止除霧器結(jié)垢、堵塞等現(xiàn)象。

維持適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行pH值。適當(dāng)?shù)臐{液pH值既可以保證正常的脫硫效率,又能使石灰石漿液充分利用,吸收塔漿液 pH值維持在 5．2～ 5．5之間,脫硫效率最高。投入過多的石灰石漿液,不但提高脫硫效率十分有限,而且由于反應(yīng)中 SO2水合反應(yīng)后生成的H+、HSO-3不能全中和石灰石,使得漿液中 Ca2+與SO24-及SO23-的溶度積不斷增大,漿液過飽和度不斷上升,會(huì)加重除霧器堵塞,同時(shí)浪費(fèi)石灰石,增加運(yùn)行成本。

提高亞硫酸鈣氧化程度,降低吸收塔漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù),嚴(yán)格控制吸收塔漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù),在保證脫硫效率的前提下,進(jìn)一步降低吸收塔漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù),控制漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20%以內(nèi)。減少吸收塔的補(bǔ)充石灰石漿液量,漿液濃度過飽和度偏高,會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象。

降低煙塵含量,加強(qiáng)除塵器的運(yùn)行調(diào)整,必須嚴(yán)格控制脫硫系統(tǒng)入口煙塵濃度。盡量燃用設(shè)計(jì)煤種,控制高硫分、高灰分燃煤量,如煤種較雜,必須做好燃煤的混燒和摻燒合理混配,防止與設(shè)計(jì)煤質(zhì)偏差較大的燃煤集中燃用,為脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

3 除霧器故障模式 FM EA分析

失效模式和效果分析(FMEA)是一種用來確定潛在失效模式及其原因的分析方法,實(shí)際上是故障模式分析(FMA)和故障影響分析(FEA)的組合,對(duì)各種可能的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)、分析,以便在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上消除這些風(fēng)險(xiǎn)或?qū)⑦@些風(fēng)險(xiǎn)減小到可接受的水平。 FMEA是一種系統(tǒng)化工具,主要是利用表格方式進(jìn)行工程分析,直觀明了,根據(jù)相應(yīng)的評(píng)價(jià)體系對(duì)找出的潛在故障模式進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估,列出故障起因及機(jī)理,進(jìn)行預(yù)防或改進(jìn)措施。表1是根據(jù)除霧器現(xiàn)場調(diào)查及出現(xiàn)的缺陷統(tǒng)計(jì),運(yùn)用 FM EA方法分析的結(jié)果。

表1 除霧器故障模式FMEA分析結(jié)果

4 結(jié)束語

取消煙氣旁路后,脫硫系統(tǒng)與機(jī)組必須同步運(yùn)行,除霧器作為吸收塔系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,較容易出現(xiàn)故障,同時(shí)又要求其有較高的可靠性。運(yùn)用 FMEA系統(tǒng)分析方法對(duì)除霧器出現(xiàn)的故障原因、后果、探測度、頻度、措施等進(jìn)行分析,在運(yùn)行和檢修中對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)部位進(jìn)行監(jiān)控,針對(duì)預(yù)測中出現(xiàn)的設(shè)備失效、故障等影響因素形成預(yù)警監(jiān)控項(xiàng)目,并有針對(duì)性地提出防范措施,全面提高除霧器運(yùn)行的可靠性,避免非停機(jī)事故的發(fā)生。

[1]周至祥,段建中 ,薛建明．火電廠濕法煙氣脫硫技術(shù)手冊 [M]．北京：中國電力出版社．2007,102-105．?