王德鑫 梁 策 李 超 齊曉輝

（1華電電力科學(xué)研究院 遼寧沈陽(yáng) 110000 2華電電力科學(xué)研究院東北分院 遼寧沈陽(yáng) 110000）

濕法脫硫煙氣帶水問(wèn)題的成因分析及對(duì)策

王德鑫1*梁 策1李 超2齊曉輝2

（1華電電力科學(xué)研究院 遼寧沈陽(yáng) 110000 2華電電力科學(xué)研究院東北分院 遼寧沈陽(yáng) 110000）

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫是目前火電廠最常用的煙氣脫硫技術(shù)，運(yùn)行時(shí)常會(huì)產(chǎn)生煙囪帶水問(wèn)題。本文以某電廠煙氣脫硫工程為研究對(duì)象，圍繞其4號(hào)脫硫塔出口及煙囪帶水問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際重點(diǎn)研究引起煙囪帶水現(xiàn)象的原因，并明確上述現(xiàn)象的有效解決方法和防治措施。

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)；煙囪帶水；除霧器堵塞

引言

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫（Wet Flue Gas Desulphurization，WFGD）是目前燃煤火電廠最主要使用的脫硫技術(shù)，具有系統(tǒng)穩(wěn)定性好，反應(yīng)速率快，脫硫效率高的優(yōu)點(diǎn)[1]。其脫硫的基本原理是：鈣基吸收劑（CaCO3、CaO等）以漿液狀態(tài)進(jìn)入吸收塔，與煙氣中的SO2、SO3氣體混合接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，結(jié)晶生成副產(chǎn)品石膏，以達(dá)到脫硫的目的[2-4]。但實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)過(guò)氣液兩相傳質(zhì)后凈煙氣中會(huì)攜帶大量微小液滴，使水汽含量增加，加之吸收塔頂部位置除霧器效率不佳，易出現(xiàn)煙囪帶水情況。嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致“石膏雨”現(xiàn)象，腐蝕電廠設(shè)備，影響系統(tǒng)運(yùn)行，從而制約WFGD方法的發(fā)展[5,6]。因此，有效解決煙囪帶水問(wèn)題對(duì)實(shí)現(xiàn)WFGD技術(shù)更廣泛應(yīng)用具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

某電廠2013年進(jìn)行煙氣脫硫改造工程，采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)，設(shè)計(jì)脫硫效率90%以上。煙氣脫硫裝置1號(hào)鍋爐、6號(hào)鍋爐采用一爐一塔，2-5號(hào)鍋爐采用兩爐一塔，不設(shè)煙氣旁路煙道，沒(méi)有氣-氣換熱器（GGH）。改造后，4號(hào)脫硫塔出口及煙囪陸續(xù)出現(xiàn)帶水嚴(yán)重的情況，鍋爐多次被迫停車(chē)以便檢修受損設(shè)備。本文主要針對(duì)該電廠煙囪帶水現(xiàn)象的原因進(jìn)行深入研究，系統(tǒng)總結(jié)不設(shè)GGH換熱器濕法煙氣脫硫煙囪帶水的機(jī)理，并且明確提出相應(yīng)的解決方法和防治措施。

1 電廠4號(hào)脫硫塔煙囪帶水現(xiàn)象簡(jiǎn)介

某電廠4號(hào)脫硫塔于2013年正式投入運(yùn)行，2014年首次出現(xiàn)煙囪帶水情況，水量微小。2015年，4號(hào)吸收塔除霧器邊緣發(fā)生塌陷，經(jīng)檢修后更換除霧器，但煙囪帶水情況加重。2016年9月，4號(hào)脫硫塔凈煙氣煙道疏水管道疏水量增大，同時(shí)水分中含有石灰石漿液，在凈煙氣煙道及煙囪下部不嚴(yán)密處有漿液外滲，為此運(yùn)行人員設(shè)置引流板進(jìn)行引流。與之對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行條件基本相同的1號(hào)脫硫塔，未發(fā)現(xiàn)煙囪帶水情況。

2 煙囪帶水現(xiàn)象原因分析

煙囪帶水指的是脫硫反應(yīng)后凈煙氣攜帶有細(xì)小水霧滴和飽和狀態(tài)水蒸氣的現(xiàn)象。在電廠濕法脫硫裝置運(yùn)行過(guò)程中，吸收塔最上層的除霧器作為關(guān)鍵的設(shè)備之一，主要作用是將脫硫后濕煙氣中的細(xì)小液滴去除，含量降低到50 mg/Nm3以下，以保護(hù)下游設(shè)備免遭腐蝕和結(jié)垢。除霧器除霧效率的好壞與煙囪帶水現(xiàn)象緊密相關(guān)[7-10]。其次，脫硫塔出入口煙氣溫度相差較大，通過(guò)煙囪過(guò)程中溫度逐漸下降，加之沒(méi)有GGH換熱器加熱，凈煙氣遇到煙囪冷壁面會(huì)不斷凝結(jié)成水滴，不可避免地被煙氣帶出造成煙囪帶水問(wèn)題[11,12]。

因此，根據(jù)無(wú)GGH濕法煙氣脫硫工藝的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，造成煙囪帶水現(xiàn)象的原因很多，主要有除霧器除霧效率不佳、煙氣出入口溫差大、入口煙氣量過(guò)大、液氣比過(guò)高和多種環(huán)境因素變化等。

2.1 煙囪帶水現(xiàn)象現(xiàn)場(chǎng)分析

2.1.1 脫硫系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)值診斷

電廠采用分布式脫硫設(shè)備控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐負(fù)荷、運(yùn)行壓力、漿液pH值、煙氣溫度、脫硫效率等系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)畫(huà)面如圖1所示。

圖1 4號(hào)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)畫(huà)面

從圖1中可以看出，除霧器上層壓力表顯示為409.8 Pa，除霧器下層壓力表顯示為974.7 Pa，除霧器壓差顯示值為564.9 Pa，由此得出脫硫系統(tǒng)運(yùn)行除霧器壓差超過(guò)除霧器設(shè)計(jì)值（240 Pa）。其次，吸收塔漿液pH值分別為2.948和3.061，電廠運(yùn)行人員通過(guò)控制凈煙氣中SO2濃度確保其達(dá)標(biāo)排放，來(lái)調(diào)整石灰石供漿量。目前，pH計(jì)已經(jīng)失真，不能為運(yùn)行提供指導(dǎo)。同時(shí)，4號(hào)吸收塔入口煙氣溫度為126.6℃，吸收塔出口煙氣溫度是56.3℃，出入口煙氣溫度溫差正常。此外，通過(guò)對(duì)比1號(hào)吸收塔和4號(hào)吸收塔運(yùn)行情況，運(yùn)行工況基本相同，煙氣量差別不大。

2.1.2 脫硫系統(tǒng)壓差測(cè)試

本文通過(guò)分析石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中煙囪帶水現(xiàn)象的原理，結(jié)合實(shí)際選取除霧器上下層壓力作為關(guān)鍵參數(shù)，借助HM便攜式電子微壓計(jì)9550S壓差計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 除霧器壓力測(cè)試結(jié)果

由表1可以看出，除霧器上層壓力平均值為260 Pa，除霧器下層壓力平均值為1280 Pa，除霧器壓差為1020 Pa。通過(guò)數(shù)據(jù)分析得出如下結(jié)論：（1）除霧器上下層壓力表與測(cè)試結(jié)果存在較大偏差，脫硫系統(tǒng)除霧器壓差計(jì)不準(zhǔn)確；（2）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試除霧器上下層壓差為1020 Pa，除霧器設(shè)計(jì)壓差為一層120 Pa，二層壓差為240 Pa，測(cè)試結(jié)果遠(yuǎn)超過(guò)除霧器設(shè)計(jì)壓差，判斷除霧器已經(jīng)發(fā)生堵塞。（3）對(duì)凈煙氣進(jìn)行壓力測(cè)試，平均值為-20 Pa，測(cè)試結(jié)果正常。

2.2 煙囪帶水現(xiàn)象現(xiàn)場(chǎng)分析結(jié)論

通過(guò)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)值判斷和壓差測(cè)試，分析了造成煙囪帶水現(xiàn)象的原因。基于1號(hào)脫硫塔與4號(hào)脫硫塔對(duì)比，兩個(gè)塔工程設(shè)計(jì)方面基本相同，運(yùn)行工況及其他基礎(chǔ)條件相同，因此煙氣量差別不大，吸收塔漿液循環(huán)泵運(yùn)行情況基本相同。而且，4號(hào)脫硫塔出入口煙氣溫度基本正常，大氣壓、環(huán)境溫度變化不大，環(huán)境因素影響較小。由此判斷造成該電廠4號(hào)脫硫塔及煙囪帶水現(xiàn)象的根本原因是除霧器效率下降，除霧器有極大可能發(fā)生堵塞。

2.3 除霧器堵塞原因分析

在石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置中，安裝在吸收塔頂部的除霧器被認(rèn)為是重要設(shè)備，運(yùn)行要點(diǎn)是首先通過(guò)煙氣的慣性碰撞作用分離捕集濕煙氣中的細(xì)小液滴，其次借助重力作用液滴回收至塔底部池中，以保護(hù)下游設(shè)備免遭腐蝕和結(jié)垢[13,14]。除霧器主要有平板形和屋脊形兩種結(jié)構(gòu)，本文采用普遍使用的屋脊形除霧器為研究要點(diǎn)。當(dāng)屋脊式除霧器上下壓差遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)壓差時(shí)，說(shuō)明除霧器堵塞嚴(yán)重，致使除霧器煙氣過(guò)流面積減少，局部煙氣流速過(guò)大，煙氣帶水加速通過(guò)除霧器，導(dǎo)致除霧器除霧效率下降，液滴無(wú)法有效地去除。這些未被去除的液滴是造成煙囪帶水現(xiàn)象的根本原因[15]。尤其是開(kāi)啟除霧器沖洗系統(tǒng)時(shí)，煙囪周?chē)暮繉⒋蟠笤黾?。影響除霧器堵塞的原因主要有除霧器沖洗運(yùn)行不當(dāng)、表計(jì)故障等。

2.3.1 除霧器沖洗運(yùn)行不當(dāng)

除霧器沖洗水系統(tǒng)是基于以一定水量每隔固定周期及時(shí)地反沖洗而實(shí)現(xiàn)去除除霧器表面液滴和粉塵的工藝，從而防止除霧器堵塞，維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行[16-20]。本文中的某電廠除霧器采用自動(dòng)控制沖洗水系統(tǒng)，沖洗周期2 h，沖洗水流量控制在15 t/h-60 t/h。除霧器沖洗效果的優(yōu)劣與除霧器效率高低、除霧器堵塞情況密切相關(guān)。由于除霧器堵塞，沒(méi)有進(jìn)行及時(shí)有效地清洗。堵塞嚴(yán)重后不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，沖洗水量增大，脫硫系統(tǒng)補(bǔ)充水量增大，使得煙氣帶漿和煙氣帶水現(xiàn)象惡性循環(huán)。影響除霧器沖洗效果及時(shí)有效的主要原因有除霧器沖洗水量不均勻、沖洗間隔周期長(zhǎng)等。

（1）除霧器沖洗水量不均勻

除霧器運(yùn)行中形成的堵塞物一部分較分散和松軟，還有一部分經(jīng)過(guò)高溫?zé)煔鉀_刷形成厚實(shí)致密的堵塞物，需要一定流量和壓力的水才可以沖刷掉，起到表面清潔的作用。在本電廠實(shí)際運(yùn)行中，沖洗水量控制在15 t/h-60 t/h，沖洗水量過(guò)大，沖洗水壓力得不到良好的控制，不能保證沖洗水將除霧器沖刷干凈，從而使得沖洗效果不理想。

（2）除霧器沖洗間隔周期長(zhǎng)

除霧器沖洗周期是保證沖洗質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)，直接影響到?jīng)_洗效果。其主要依據(jù)煙氣的參數(shù)和吸收劑漿液的特性來(lái)決定。一般情況下，電廠除霧器沖洗周期設(shè)定為每間隔1-2 h反沖洗一次。

實(shí)際運(yùn)行中，如果反沖洗間隔周期較長(zhǎng)，石灰石漿液和煙氣夾帶成分不斷粘附，除霧器堵塞嚴(yán)重，最終會(huì)導(dǎo)致煙囪帶水量增加。同時(shí)除霧器的松軟堵塞物經(jīng)過(guò)煙氣的高溫作用逐漸硬化，進(jìn)而形成緊密的硬堵塞物，在除霧器表面附著，再進(jìn)行沖洗已很難去除。然而若間隔較短，煙囪周?chē)吭黾樱矊⒓觿焽鑾F(xiàn)象。因而，確定適宜的除霧器沖洗周期具有重大意義。

2.3.2 表計(jì)故障

表計(jì)作為電廠運(yùn)行人員信息收集的重要設(shè)備，具有數(shù)據(jù)收集、處理、讀取等功能。表計(jì)是運(yùn)行人員監(jiān)測(cè)的眼睛，實(shí)際動(dòng)手操作的依據(jù)。表計(jì)計(jì)量的準(zhǔn)確性，與脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定性密切相關(guān)，會(huì)直接影響到電廠運(yùn)行人員的操作。

（1）除霧器表計(jì)故障

除霧器上下壓差是間接監(jiān)測(cè)除霧器堵塞問(wèn)題的關(guān)鍵參數(shù)之一。在電廠實(shí)際運(yùn)行中，除霧器壓差計(jì)長(zhǎng)時(shí)間不能正確顯示，出現(xiàn)與實(shí)際工況不符的情況。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)壓差計(jì)進(jìn)行拆卸，發(fā)現(xiàn)壓差計(jì)堵塞嚴(yán)重，脫硫系統(tǒng)壓差計(jì)以故障數(shù)值顯示。由于表計(jì)的顯示失真，影響電廠運(yùn)行人員的操作，導(dǎo)致故障不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而采取有效的應(yīng)對(duì)措施，間接造成了除霧器的加劇堵塞情況。

（2）脫硫系統(tǒng)pH計(jì)故障顯示

通過(guò)電廠運(yùn)行人員了解到，運(yùn)行人員通過(guò)控制凈煙氣SO2含量來(lái)調(diào)整脫硫系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。如圖1所示，電廠吸收塔漿液pH值運(yùn)行顯示值為2.948和3.061。目前，pH計(jì)失真，不能為電廠運(yùn)行人員提供參考，影響運(yùn)行人員操作，間接造成除霧器堵塞加重，從而導(dǎo)致煙囪帶水現(xiàn)象。

3 煙囪帶水現(xiàn)象解決對(duì)策及建議

針對(duì)該電廠煙囪帶水現(xiàn)象，提出如下解決對(duì)策和建議：

（1）保證除霧器沖洗效果良好。①控制除霧器沖洗水壓力和流量，建議在脫硫設(shè)備停運(yùn)時(shí)，打開(kāi)人孔門(mén)，逐個(gè)沖洗閥門(mén)進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)不斷調(diào)控除霧器沖洗水流量和壓力，確保滿(mǎn)足除霧器沖洗質(zhì)量要求。并且加強(qiáng)巡檢力度，對(duì)沖洗水量和壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)采取有效的措施。②根據(jù)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行工況，可適當(dāng)改變除霧器沖洗水間隔時(shí)間，保證除霧器沖洗效果。③實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，建議實(shí)時(shí)監(jiān)控除霧器上下壓差變化，確保除霧器和脫硫設(shè)備的良好運(yùn)行。

（2）確保除霧器上下層壓差計(jì)、pH計(jì)運(yùn)行可靠性。除霧器上下層壓差計(jì)、pH計(jì)不準(zhǔn)，電廠運(yùn)行維護(hù)人員應(yīng)及時(shí)對(duì)壓差計(jì)進(jìn)行維護(hù)調(diào)整，可以通過(guò)人工試驗(yàn)校對(duì)壓差計(jì)，并保證除霧器壓差計(jì)等沒(méi)有堵塞。例如：可以人工采集石灰石漿液樣品，測(cè)試pH，對(duì)比運(yùn)行系統(tǒng)pH計(jì)，及時(shí)對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)，保證pH計(jì)運(yùn)行準(zhǔn)確可靠。

（3）控制適當(dāng)?shù)奈账{液pH值。石灰石漿液最佳的pH值是在5.5-5.7之間。當(dāng)煙氣中硫含量改變較大時(shí)，建議及時(shí)調(diào)控石灰石含漿量，避免pH值超標(biāo)。投入過(guò)多的石灰石漿液，不但脫硫效率沒(méi)有明顯提高，漿液中硫酸鹽和亞硫酸鹽濃度過(guò)飽和，會(huì)加重堵塞現(xiàn)象。因此，吸收塔pH值要精細(xì)化控制，保證脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行，以期在日常工作中消除隱患。

（4）停機(jī)維護(hù)時(shí)，建議徹底清潔除霧器。盡管應(yīng)用了有效的方法，除霧器長(zhǎng)期工作后，仍會(huì)發(fā)生結(jié)垢堵塞現(xiàn)象。建議在濕法脫硫系統(tǒng)大小修時(shí)，查看除霧器情況，及時(shí)進(jìn)行人工清理或者采用高壓槍對(duì)除霧器進(jìn)行徹底的清洗，保證除霧器呈現(xiàn)良好運(yùn)行狀態(tài)。必要時(shí)，應(yīng)調(diào)換破損嚴(yán)重的除霧器部件。

（5）脫硫系統(tǒng)運(yùn)行不能以排放達(dá)標(biāo)為目的，應(yīng)以運(yùn)行調(diào)整為重點(diǎn)，維護(hù)脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定，保證機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)。結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置運(yùn)行中，煙囪帶水問(wèn)題與系統(tǒng)的穩(wěn)定投運(yùn)密切相關(guān)。嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致“石膏雨”現(xiàn)象，腐蝕電廠設(shè)備。通過(guò)對(duì)實(shí)際問(wèn)題的分析，無(wú)GGH濕法煙氣脫硫電廠產(chǎn)生煙囪帶水現(xiàn)象的根本原因是除霧效率不佳，除霧器堵塞的結(jié)果。已經(jīng)投運(yùn)的機(jī)組可以采取有效的預(yù)防和控制措施，確保除霧器沖洗效果，緩解除霧器堵塞問(wèn)題，提高除霧器效率，從而最大限度地減少或者消除煙囪帶水現(xiàn)象的發(fā)生。本項(xiàng)目研究成果為有效調(diào)控?zé)焽鑾畣?wèn)題提供指導(dǎo)性策略，從而為同類(lèi)機(jī)組WFGD系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)提供有力技術(shù)支撐。

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王德鑫（1989-），男，遼寧省鳳城市人，碩士，主要研究方向：火電廠環(huán)境污染治理與電力建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)。