高叢輝

(中國石油集團電能有限公司電力技術服務公司, 黑龍江 大慶163411)

0 引 言

中油電能有限公司電力技術服務公司熱電二公司煙氣脫硫系統(tǒng)為石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)。在大修期開塔檢修時發(fā)現漿液循環(huán)噴淋系統(tǒng)出現結垢現象，主要出現在漿液循環(huán)泵入口濾網和部分噴淋噴嘴。雖然噴淋系統(tǒng)結垢是濕法脫硫系統(tǒng)常規(guī)問題，但是如果不進行控制，隨著運行時間延長，結垢將導致噴淋系統(tǒng)濾網堵塞、噴淋層噴嘴堵塞等問題，直接影響漿液噴淋量和霧化效果，存在出口指標不可控甚至超標風險。通過分析結垢狀況，研究結垢機理和垢樣組成，找到結垢原因，并采取運行控制措施，以使結垢問題得到控制。

1 結垢的危害

1.1 循環(huán)泵氣蝕損壞

漿液循環(huán)泵入口設置濾網，是為防止塔內大顆粒雜物通過泵吸入進入噴淋系統(tǒng)造成泵體及噴淋層設備堵塞。但是由于系統(tǒng)長時間運行或處于備用狀態(tài)時，濾網是浸泡在漿液池內的，這也為結垢提供了附著位置。塔內石膏結垢和亞硫酸鈣結垢將附著在濾網上導致堵塞。濾網堵塞嚴重會導致入口壓力降低、泵吸入量降低，容易造成循環(huán)泵氣蝕，造成蝸殼葉輪出現氣蝕坑，嚴重時將導致?lián)p壞泄漏。循環(huán)泵損壞照片如圖1所示。

1.2 循環(huán)泵出力下降

循環(huán)泵入口濾網堵塞，將導致泵吸入流量降低，造成循環(huán)泵出力下降[1]、漿液噴淋量不足。噴淋系統(tǒng)噴嘴結垢堵塞后，將導致可霧化噴嘴數量減少、霧化效果變差、噴淋覆蓋面積變小，導致出現煙氣走廊，引起指標不可控。

1.3 系統(tǒng)電耗和維護成本增加

由于噴淋系統(tǒng)結垢導致噴淋效果變差，為保證指標可控，需增加運行循環(huán)泵臺次，系統(tǒng)電耗率增加，運行成本增加。噴淋系統(tǒng)結垢嚴重時，需停運清理，清理維護成本增加。

圖1 循環(huán)泵氣蝕照片

2 結垢原因分析

2.1 垢樣分析

2.1.1 垢樣狀態(tài)

圖2為系統(tǒng)垢樣，4個垢樣分別取自漿液循環(huán)泵濾網和噴嘴，垢樣1、2取自濾網中上部,垢樣略微發(fā)黃[2]，垢樣3取自濾網底部，垢樣4取自堵塞的噴嘴。從垢樣外觀可看出，濾網主要結垢呈層狀，底部垢樣有針狀結晶，噴嘴內垢樣呈球塊狀。層狀結垢說明結垢是逐漸形成的，且呈現逐層附著。

2.1.2 垢樣成分

對垢樣進行成分分析，具體分析數據見表1。

表1 垢樣成分分析數據

由垢樣成分分析可看出，循環(huán)泵濾網中上部結垢為亞硫酸鈣和硫酸鈣復合結晶，內部可見片狀透明晶片。濾網底部塊狀垢樣為石膏沉積結垢和石灰石漿液沉積結垢、少量泥沙沉積物和鱗片防腐脫落雜物。噴嘴內白色球塊狀結垢為硫酸鈣垢和少量亞硫酸鈣垢，同時伴有部分粉塵沉積垢。

圖2 系統(tǒng)垢樣

2.1.3 結垢機理

濕法脫硫系統(tǒng)結垢的形成主要與系統(tǒng)內pH、氧化效果和塔內漿液濃度有關。pH越低對控制結垢越有好處，但過低的pH又會影響吸收反應進行，因而應控制pH在合理范圍，5.0～5.6為最優(yōu)狀態(tài)。濕法脫硫采用強制氧化的方式將吸收反應產生的亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，氧化效果不好也會引起亞硫酸鈣含量增加，形成軟垢。當塔內漿液濃度過高，亞硫酸鈣過飽和系數達到1.4時將大量析出附著[3]，同時亞硫酸鈣給硫酸鈣結晶提供晶核，加快石膏硬垢的產生。

2.2 結垢原因分析

系統(tǒng)運行數據pH控制合理，氧化風機運行正常，氧化空氣管路暢通，氧化風量充足。塔內漿液濃度控制在1 080～1 130 kg/m3范圍內[4]，系統(tǒng)參數調整正常。排除以上因素，結垢因素則為運行方式不合理和設備沖洗存在問題。

2.2.1 濾網結垢原因分析

1)片狀結晶為析出在濾網上的亞硫酸鈣和硫酸鈣復合結晶，系統(tǒng)長時間運行，結晶逐漸長大形成結垢。晶體析出需要提供晶核，由于濾網上初期沉積的石膏為晶體析出提供了晶核，當塔內漿液密度較高且亞硫酸鈣過飽和度超過1.4時，晶體析出逐漸生長，隨著運行時間延長，晶體逐層析出形成片狀結垢，堵塞濾網。

2)塊狀石膏垢主要集中在濾網底部，是由濾網底部石膏沉積而形成的，特別是循環(huán)泵停運周期過長時，石膏粘附在濾網上形成結垢。

3)白色球塊狀結垢為石灰石沉積物，由于塔內漿液補充，未反應的石灰石漿液沉積在吸收塔底部，隨著運行時間延長，沉積量增加形成碳酸鈣沉積結垢。

4)由于工業(yè)水及石灰石粉中含有一些泥沙類雜質，隨著運行時間延長逐漸富集，沉積到濾網附近，塔內一些脫落的鱗片防腐碎塊隨漿液沉積到濾網上。

綜上所述，濾網結垢主要是由于系統(tǒng)循環(huán)泵備用周期過長，初期形成的軟垢未得到及時沖洗，隨著備用時間延長逐漸結晶成硬垢。原有沖洗方式存在不能將循環(huán)泵濾網上沉積漿液沖走的問題，造成長時間附著引起結垢。

2.2.2 噴淋層結垢原因分析

塔內噴淋層噴嘴有空心錐單口噴嘴和空心錐雙口噴嘴兩種，兩種噴嘴按照設計數量布置在每個噴淋層管路上。噴淋層結垢嚴重的噴嘴主要是各層的單向向下的空心錐單口噴嘴，雙口噴嘴結垢較少。結垢成分為石膏垢，結垢形成原因與除霧器結垢原因相似[5]，兩種噴嘴結垢的原因對比如圖3所示。

圖3 兩種噴嘴結垢原因對比

結垢過程發(fā)生在循環(huán)泵備用停運期間，由濕煙氣經過圖3中單口空心錐噴嘴和雙口噴嘴的狀態(tài)可以看出，攜帶漿液的濕煙在上行過程中碰到噴嘴后，漿液會沿噴嘴壁向下流回吸收塔，煙氣可直接通過雙口噴嘴，而單口向下的噴嘴則將煙氣內漿液遮擋后使其沿著噴嘴內壁沉積。循環(huán)泵長時間停運會導致石膏沉積量逐漸增加，最后形成硬垢[6]，循環(huán)泵再運行時無法沖掉所結硬垢，導致堵塞。

3 控制措施

針對系統(tǒng)實際運行狀況、結垢機理和結垢原因進行分析，通過調整循環(huán)泵運行方式、改進沖洗方式等措施進行結垢控制。具體措施如下：

1)系統(tǒng)循環(huán)泵實際運行中為一運兩備狀態(tài)，原設備輪換周期為半個月，實際備用泵備用周期為一個月，由于備用周期過長為軟垢變硬垢提供了時間，因此將循環(huán)泵輪換周期改為一周一次，縮短備用時間，減少結垢。

2)針對沉積漿液附著結垢問題，將原入口沖洗方式進行改變。由于原沖洗方式沖洗水只能沖洗濾網局部，不能將大量附著物沖洗干凈。通過入口注水至出口管水壓力超過吸收塔液位靜壓力后，打開入口門進行瞬間大流量高壓沖洗，可將濾網上附著物和初期軟垢徹底沖洗，減少結垢。沖洗方式對比效果如圖4所示。

圖4 入口濾網沖洗方式改變前后效果對比

3)備用泵啟動前通過出口沖洗水對循環(huán)泵噴淋層進行沖洗，將附著的漿液和初期軟垢沖洗掉，減少循環(huán)泵噴淋層結垢。

4 應用實效分析

1)控制措施實施后，漿液循環(huán)系統(tǒng)結垢狀況明顯改善，入口濾網結垢量大大降低，效果對比如圖5所示。

2)循環(huán)泵噴淋層噴嘴堵塞狀況大大好轉，堵塞比例由措施前的45.2%降至17.5%。具體數據對比見表2。

3)通過實施控制措施，結垢狀況得到改善，設備損耗大大降低，同時維護工作量減少，效益明顯。

圖5 措施實施前后濾網結垢狀況對比

表2 噴嘴堵塞數量對比

5 結 語

針對濕法脫硫循環(huán)噴淋系統(tǒng)結垢問題，通過改變運行方式和沖洗方式使系統(tǒng)結垢得到了改善。為了更好控制結垢發(fā)生，在優(yōu)化運行控制基礎上，還可應用添加新型阻垢劑等方式進行改善。