劉恩天, 徐 江, 趙志發(fā), 薛小宇

(國電泰州發(fā)電有限公司， 江蘇泰州 225300)

在濕法煙氣脫硫中，設備常常發(fā)生結垢和堵塞。隨著運行時間的增加和運行環(huán)境變化，這些部件結垢后煙氣通流面積減小，煙氣通過時阻力就會增加，當超過一定范圍時，鍋爐引風機出來的煙氣不能及時排出，將會引起鍋爐爐膛壓力上升，影響鍋爐帶負荷能力。為此，首先要弄清楚結垢的機理，以及影響結垢和造成堵塞的因素，然后有針對性地從工藝設計、設備結構、操作控制等方面著手解決。

筆者詳細剖析了某1 000 MW超超臨界二次再熱機組塔式爐中，單塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)吸收塔除霧器壓差上升導致引風機全壓上升，機組帶負荷能力下降的過程，為日益增多的大機組脫硫環(huán)保安全運行提供經(jīng)驗。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 煙氣流程及系統(tǒng)阻力分布

該機組3號鍋爐配2臺50%容量的動葉可調軸流式引風機。引風機風量裕量為10%，另加溫度裕量15 K，壓頭裕量為20%。爐膛出口煙氣經(jīng)過各級受熱面后，流經(jīng)脫硝系統(tǒng)、空氣預熱器、干式電除塵器到達引風機，引風機出口煙氣再依次經(jīng)過低溫省煤器、脫硫吸收塔、吸收塔外漿池液吸收池(AFT)塔、濕式電除塵器，最后進入煙囪排放。脫硫系統(tǒng)無煙氣換熱器、增壓風機和煙道旁路。

圖1為整個煙氣系統(tǒng)的流程，表1為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)工況煙氣系統(tǒng)阻力設計值。

圖1 煙氣系統(tǒng)流程

表1 BMCR工況煙氣阻力設計參數(shù)

1.2 脫硫系統(tǒng)

3號鍋爐采用石灰石-石膏濕式單塔雙循環(huán)煙氣脫硫工藝。脫硫系統(tǒng)運行范圍為鍋爐啟動到100%BMCR工況。脫硫效率≥98.6%，設計煤種SO2排放質量濃度不高于17.9 mg/m3。原煙氣經(jīng)煙道進入雙循環(huán)吸收塔后經(jīng)過2層一級噴淋，先脫除煙氣中SO2的60%～80%，再經(jīng)過4層二級噴淋，脫除煙氣中剩余SO2的95%左右,兩次疊加從而達到總的脫硫效率≥98.6%的要求。一級噴淋的漿池就布置在雙循環(huán)吸收塔底部；二級噴淋通過布置在雙循環(huán)吸收塔中部的收集碗進入AFT塔。煙氣在雙循環(huán)吸收塔內經(jīng)過2級共6層噴淋后，其中的SO2被高效地吸收、氧化，最后在吸收塔最高一層噴淋層上方設置2級屋脊式除霧器，采用工藝水噴洗以防止沾污和結垢，煙氣經(jīng)過兩級循環(huán)洗滌后從塔頂排出。吸收塔排出的煙氣經(jīng)過濕式靜電除塵器進一步降低煙塵的排放濃度后由煙囪排出。圖2為單塔雙循環(huán)脫硫工藝流程。

圖2 單塔雙循環(huán)脫硫工藝流程

吸收塔在運行過程中，易產(chǎn)生粒徑為10～60 μm的霧，其不僅含有水分，還溶有SO3等有害物，因此，工藝上對吸收設備提出除霧的要求，被凈化的氣體在離開吸收塔之前要進行除霧，以避免石膏雨現(xiàn)象的發(fā)生[1-3]。

除霧器系統(tǒng)包括一臺安裝在下部的粗除霧器和一臺安裝在上部的細除霧器，煙氣流經(jīng)除霧器時，液滴由于慣性作用，留在擋板上。由于被滯留的液滴也含有固態(tài)物，主要是石膏，因此就有可能在波形板上結垢。所以，脫硫系統(tǒng)在正常運行時，除霧器應按照規(guī)定程序循環(huán)地進行水沖洗。沖洗間隔不能太長，否則易產(chǎn)生結垢現(xiàn)象；同時除霧器沖洗不宜過于頻繁，否則會導致煙氣帶水量加重以及吸收塔液位過高，水平衡破壞。

2 除霧器堵塞發(fā)生經(jīng)過

2018年2月下旬，運行人員發(fā)現(xiàn)3號鍋爐吸收塔除霧器壓差比2017年5月C級檢修啟動后同等工況下均偏高約0.3 kPa，可能是除霧器發(fā)生堵塞。2018年2月25日開始，采取縮短除霧器沖洗周期、降低吸收塔和AFT塔漿液pH、置換部分漿液等措施后，除霧器壓差仍保持較快的上升趨勢；至3月10日，機組帶880 MW負荷時，除霧器壓差已經(jīng)由0.2 kPa上升至1.32 kPa，引風機全壓已逼近滿負荷設計值。煙氣阻力變化數(shù)據(jù)見表2。

表2 煙氣阻力上升過程

2018年3月11日—12日對除霧器進行在線加鹽酸清洗，但是清洗后，除霧器壓差、引風機出口壓力等參數(shù)未見好轉。除霧器在線清洗前后對比數(shù)據(jù)見表3。

表3 除霧器在線清洗前后對比

2018年3月13日，利用3號機組調停機會對除霧器內部檢查，發(fā)現(xiàn)除霧器結垢非常嚴重，將除霧器堵塞物取樣化驗，碳酸鈣質量分數(shù)為20%～25%，石膏質量分數(shù)在70%左右。2018年3月15日—20日，利用酸洗和高壓水沖洗將結垢清除干凈。

3 除霧器阻力增大的原因

經(jīng)過分析， 3號鍋爐吸收塔除霧器堵塞主要有以下幾方面原因：

(1) 除霧器沖洗不及時。為控制吸收塔水平衡，除霧器沖洗間隔時間設定為20 000 s，沖洗次數(shù)明顯偏少，根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)沖洗間隔大于7 200 s時，對于除霧器漿液的黏連和結晶去除效果將明顯減弱[4-6]。沉積在除霧器元件上的石膏漿液未能被及時沖洗而結垢，隨著運行時間的增加，結垢程度越來越嚴重，甚至將整個煙氣通道堵塞。

(2) 漿液pH控制過高。調試期間，吸收塔漿液pH控制在5.2左右，AFT塔漿液pH控制在6.1左右，試驗入爐煤硫的質量分數(shù)為1.3%～1.5%，而目前入爐煤硫的質量分數(shù)僅在0.5%左右，未考慮低硫工況高pH的副作用。pH高意味著漿液中CaCO3含量高，CaCO3含量高的漿液更容易結垢；另外，漿液的pH高時，會抑制CaSO3氧化成為CaSO4(石膏)，從而使?jié){液中CaSO3含量過大，進一步抑制CaSO3的氧化和CaCO3的溶解，使?jié){液中的CaSO3和CaCO3的含量增加，被煙氣帶走加速結垢。

(3) 沖洗水流量和壓力不足。除霧器的沖洗水源為工藝水，工藝水泵出口壓力一直維持在0.7 MPa以上，除霧器沖洗壓力及流量基本正常，但是由于工藝水用戶較多，存在用水量大時導致壓力下降現(xiàn)象。另外，除霧器沖洗時1個閥門控制1根沖洗管道，由于每個噴嘴在管道上的位置不同，沖洗水壓力低時后面的噴嘴有可能因壓力不足而達不到理想的沖洗效果。

(4) 部分除霧器噴嘴堵塞。部分噴嘴可能會由于水質影響而堵塞，更多的是被石膏漿液堵塞。除霧器沖洗是間隔進行的，而夾帶漿液滴的煙氣是連續(xù)流動的，如果煙氣中液滴進入噴嘴而未及時被沖走，就會造成噴嘴堵塞，該噴嘴所覆蓋的區(qū)域就會沉積漿液結垢，造成該區(qū)域除霧器堵塞。未堵塞區(qū)域的煙氣流量及流速就會增加，黏附的漿液也會增加，從而增加了沖洗難度，加速堵塞，形成惡性循環(huán)[7-8]。

(5) 入爐煤硫質量分數(shù)較低。由于大量摻燒進口煤，3號鍋爐入爐硫質量分數(shù)僅在0.5%，較以往1.0%大幅度下降。原煙氣SO2質量濃度經(jīng)常低于1 000 mg/m3，凈煙氣SO2質量濃度甚至最低至1 mg/m3以下，進入AFT塔噴淋層的SO2質量濃度大幅度減少，導致大量CaCO3得不到迅速反應而被煙氣帶走。

(6) 吸收塔、AFT塔漿液氯離子質量濃度高。氯離子質量濃度經(jīng)常大于30 000 mg/L，而設計值要求氯離子質量濃度小于8 000 mg/L。氯離子質量濃度高一方面是由于冬季北方來煤添加融雪劑，導致其偏離設計值太多，廢水系統(tǒng)無法應對；另一方面是廢水系統(tǒng)排放能力小，廢水系統(tǒng)與出石膏系統(tǒng)關聯(lián)，非出石膏時段，無法出廢水。而在低硫工況下，由于出石膏時間短，廢水出力更加不足。過高的氯離子質量濃度會抑制漿液的反應，使?jié){液內的CaSO3和CaCO3含量過高，被煙氣帶走堵塞除霧器。

(7) 吸收塔及AFT塔漿液起泡。鍋爐在運行過程中燃燒不充分，粉塵等惰性物質進入吸收塔，導致漿液起泡。添加催化劑時也易引起漿液起泡，漿液起泡后增大了煙氣的攜帶量。

4 防止除霧器堵塞的措施和效果

4.1 措施

(1) 加強運行監(jiān)視，對除霧器及時沖洗。吸收塔除霧器沖洗間隔時間降至10 000 s，跟蹤除霧器在不同負荷下的壓差，對照運行參數(shù)每班進行統(tǒng)計分析，如果發(fā)現(xiàn)除霧器壓差有上升趨勢，說明可能有堵塞，立即加強對除霧器的沖洗。

(2) 控制吸收塔漿液pH為4.6～5.0，密度為1 080～1 120 kg/m3；AFT塔漿液pH為5.5～5.8，密度為1 060～1 100 kg/m3。漿液pH達上限而凈煙氣SO2質量濃度仍然無法有效控制時，及時啟動備用漿液循環(huán)泵，優(yōu)先投運下層漿液循環(huán)泵運行。禁止采用提高供漿量長期維持高pH，而不啟動漿液循環(huán)泵的運行方式來提高脫硫效率。

(3) 確保除霧器沖洗水的流量和壓力。如果沖洗水壓力大而流量降低，有可能是有噴嘴堵塞；如果沖洗水流量大而壓力低，則有可能有閥門內漏或噴嘴脫落。除霧器沖洗時應控制工藝水母管壓力>0.7 MPa，其他用戶大量用水盡量避開除霧器沖洗時間，確保沖洗水壓力>0.15 MPa。

(4) 加強除霧器的維護檢查。打開除霧器人孔進行檢查，清理結垢；檢查除霧器噴嘴是否有堵塞、脫落和損壞現(xiàn)象；檢查沖洗母管有無損壞、漏水情況；通過試噴來檢查沖洗效果。

(5) 當入爐硫質量分數(shù)低，原煙氣SO2質量濃度低，漿液循環(huán)泵已減至最少而凈煙氣SO2質量濃度仍然極低時，要及時減少供漿量，避免凈煙氣SO2質量濃度長期低于5 mg/m3。

(6) 冬季加倉采用南方煤和北方港口煤摻配的方式控制入爐氯含量，關注漿液氯離子質量濃度變化，及時分析調整。保持最大出力排出石膏廢水，確保廢水系統(tǒng)正常運行，降低漿液氯離子質量濃度并加強化驗跟蹤，保證漿液品質。

(7) 關注吸收塔和AFT塔漿液起泡情況，盡量不使用催化劑。調整鍋爐燃燒，確保燃燒充分，發(fā)現(xiàn)有起泡現(xiàn)象時及時添加消泡劑。不可僅通過增大風量來確保燃燒充分，如果煙氣含氧量過高，煙氣流量的增加，使煙氣流速增加，煙氣中夾帶的石膏漿液滴也會相應增加。

(8) 加強吸收塔和AFT塔液位的監(jiān)視和調整，控制吸收塔液位≤5.3 m，AFT塔液位≤22.5 m，避免發(fā)生吸收塔溢流現(xiàn)象。除霧器沖洗前，將液位控制在低位，避免由于液位高中斷或屏蔽除霧器沖洗；同時也避免因吸收塔液位過高而導致煙氣攜帶漿液的濃度增加。如果吸收塔液位過高，經(jīng)采取措施調整無效，就及時倒?jié){至事故漿液箱。

4.2 效果

自從3號鍋爐啟動兩個多月后，除霧器壓差一直在0.2 kPa以下，比較穩(wěn)定，沒有上升跡象，說明所采取的措施是比較有效的。圖3、圖4是兩個月除霧器壓差的變化情況。

圖3 除霧器差壓變化情況1

圖4 除霧器壓差變化情況2

5 結語

雖然脫硫系統(tǒng)阻力上升的原因還可能存在在其他部位，但是最主要和最常見的就是除霧器壓差的上升。除霧器結垢堵塞導致壓差的上升往往也不是單個因素造成的，防止除霧器堵塞的措施雖然針對性較強，但是所采取的方法和原理同樣適用于其他鍋爐的脫硫系統(tǒng)。