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(yīng)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(shí)際運(yùn)行中,除霧器堵塞時有發(fā)生,輕則造成煙氣系統(tǒng)阻力增大,機(jī)組被迫限負(fù)荷或停機(jī),重則引發(fā)除霧器坍塌的惡性事件。

上安電廠4號機(jī)組為國產(chǎn)330 MW燃煤機(jī)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(yīng)的鍋爐形成一爐雙塔方式布置,兩塔之間為串聯(lián)。一級塔除霧器在塔內(nèi)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(shè)置上下兩層各五組沖洗水,下部的管式除霧器未設(shè)置沖洗水。就地采用一組差壓式變送器,將煙氣側(cè)差壓數(shù)據(jù)實(shí)時遠(yuǎn)傳至脫硫上位機(jī)畫面。一級塔除霧器設(shè)計差壓為126 Pa,實(shí)際運(yùn)行中100%負(fù)荷差壓為140～150 Pa。

2019年1月10日,通過U形管就地實(shí)測4號機(jī)組85%負(fù)荷期間一級塔除霧器煙氣側(cè)差壓達(dá)830 Pa,且以每7 d增大約120 Pa的速率上漲,威脅機(jī)組安全運(yùn)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(cè)差壓。截止至2019年1月26日4號機(jī)組臨停,4號機(jī)組一級塔除霧器煙氣側(cè)差壓較1月10日同負(fù)荷工況減小約300 Pa。

1月28日,開塔檢查發(fā)現(xiàn)管式除霧器局部堵塞嚴(yán)重,約占整個截面的1/3,屋脊式除霧器四周堵塞相對嚴(yán)重,管式及屋脊式除霧器均無坍塌。由經(jīng)驗(yàn)判斷,除霧器整體堵塞程度與實(shí)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(jī)組一級塔除霧器進(jìn)行沖洗試驗(yàn),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(yàn)結(jié)果見表1。

表1 4號機(jī)組一級吸收塔除霧器沖洗試驗(yàn)結(jié)果

追溯4號機(jī)組最近一次檢修后運(yùn)行調(diào)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(jìn)行現(xiàn)場沖洗試驗(yàn),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(dǎo)致堵塞。

2.2 進(jìn)入吸收塔煙氣含塵量高

當(dāng)脫硫裝置入口粉塵含量提高時,進(jìn)入和黏結(jié)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(nèi)的漿液相互反應(yīng),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(jī)組脫硫裝置入口粉塵濃度數(shù)據(jù),月均值均低于設(shè)計值(40 mg/m3),可以排除吸收塔內(nèi)煙氣含塵量高導(dǎo)致堵塞。

2.3 吸收塔漿液密度、酸堿值控制不當(dāng)

吸收塔漿液密度高,容易導(dǎo)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(jié)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(chǎn)生二次反應(yīng),會生成石膏,積垢堵塞除霧器。

查閱2018年全年的4號機(jī)組一級塔漿液密度及酸堿值數(shù)據(jù),漿液密度的月均值都控制在1 120 kg/m3～1 160 kg/m3范圍內(nèi),酸堿值的月均值都控制在5.2～5.8范圍內(nèi),滿足設(shè)計要求,可以排除吸收塔漿液密度、酸堿值控制不當(dāng)導(dǎo)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(dǎo)致除霧器堵塞。調(diào)閱故障前三個月每班一級塔除霧器沖洗歷史數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)每班沖洗頻次基本能達(dá)到兩次及以上,滿足設(shè)計要求,可以排除除霧器沖洗頻次不足導(dǎo)致堵塞。

2.5 漿液循環(huán)泵頂部噴淋層破損,漿液攜帶增加

塔內(nèi)漿液循環(huán)泵頂部噴淋層破損,原本向下噴淋的漿液變?yōu)橄蛏蠂娏?致使相鄰的管式除霧器堵塞,導(dǎo)致除霧器煙氣側(cè)差壓增大。2018年8月,在處理4號機(jī)組一級塔除霧器煙氣側(cè)差壓測量裝置缺陷時,打開除霧器下部測孔,發(fā)現(xiàn)測孔處向外異常灌漿,如圖1所示,由此懷疑塔內(nèi)噴淋層破損。

2019年1月28日,開塔進(jìn)行頂層漿液循環(huán)泵試驗(yàn),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(huán)泵噴淋支管破損,煙氣攜帶的漿液大幅增加,導(dǎo)致相鄰的管式除霧器發(fā)生局部堵塞。

2.6 漿液品質(zhì)差,亞硫酸鈣含量偏高

漿液品質(zhì)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(jié)垢,堵塞除霧器。查閱故障前三個月化學(xué)漿液品質(zhì)監(jiān)督表,4號機(jī)組一級塔漿液亞硫酸鈣共發(fā)生四次超標(biāo),情況如下:① 2018年10月未發(fā)生超標(biāo);② 2018年11月發(fā)生超標(biāo)一次,時間周期為11月7日～11月13日;③ 2018年12月發(fā)生超標(biāo)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(jī)組缺陷影響,相鄰機(jī)組產(chǎn)生的含有亞硫酸鈣的濾液隨公用系統(tǒng)進(jìn)入4號機(jī)組吸收塔漿池,導(dǎo)致4號機(jī)組亞硫酸鈣含量部分時段超標(biāo),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(yàn)證4號機(jī)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(jié)

結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)、垢樣化驗(yàn)報告及查閱相關(guān)資料,分析造成4號機(jī)組脫硫一級塔除霧器煙氣側(cè)差壓增大的主要原因有兩點(diǎn)。第一,塔內(nèi)漿液循環(huán)泵頂部噴淋層破損,原本向下噴淋的漿液變?yōu)橄蛏蠂娏?煙氣攜帶漿液量大幅增加,為除霧器堵塞提供載體框架,使?jié){液中的碳酸鈣、石膏等物質(zhì)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(cè)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(yīng)對措施

筆者利用檢修機(jī)會對4號機(jī)組一級塔頂層噴淋層破損的支管進(jìn)行修復(fù),同時相鄰機(jī)組的亞硫酸鈣含量得到控制,機(jī)組運(yùn)行四個月后,一級塔除霧器煙氣側(cè)差壓未出現(xiàn)異常增大現(xiàn)象。

為預(yù)防除霧器堵塞,筆者提出如下應(yīng)對措施:

(1) 按規(guī)定對吸收塔漿液密度、酸堿值、入口粉塵值等參數(shù)進(jìn)行控制,及時準(zhǔn)確做好化學(xué)漿液品質(zhì)的監(jiān)督,發(fā)現(xiàn)異常及時處理;

(2) 加強(qiáng)脫硫煙氣沿程阻力的監(jiān)視,制訂相應(yīng)阻力監(jiān)視表,做到有問題及時發(fā)現(xiàn);

(3) 提高除霧器沖洗意識,合理布局脫硫水平衡,嚴(yán)格做到按規(guī)定沖洗,建立考核、監(jiān)督機(jī)制;

(4) 除霧器壓差計對除霧器的運(yùn)行至關(guān)重要,建議遠(yuǎn)傳至上位機(jī)的除霧器差壓測點(diǎn)采用冗余設(shè)計,并形成定期疏通和校驗(yàn)制度,確保測孔暢通,差壓顯示準(zhǔn)確;

(5) 脫硫噴淋層、除霧器及相關(guān)煙道做到逢停必檢,發(fā)現(xiàn)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(jié)束語

筆者對燃煤電廠濕法脫硫吸收塔除霧器堵塞故障進(jìn)行了分析,提出了應(yīng)對措施。防止除霧器堵塞,除加強(qiáng)運(yùn)行調(diào)整、重視除霧器煙氣側(cè)差壓監(jiān)視外,還應(yīng)確保初期設(shè)計的合理性、逢停必檢的必要性,這樣才能使設(shè)備安全、可靠運(yùn)行。