天津陳塘熱電廠2×300MW機組脫硫運行存在的問題分析及處理

張健 吳紅兵 于辰宏

(天津陳塘熱電有限公司，天津市，300223)

天津陳塘熱電廠2×300MW機組脫硫運行存在的問題分析及處理

張健 吳紅兵 于辰宏

(天津陳塘熱電有限公司，天津市，300223)

介紹了天津陳塘熱電廠2×300MW機組配套的石灰石/石膏濕法煙氣脫硫裝置(FGD),包括FGD流程及主要設計參數等。針對運行中出現的主要問題(如吸收塔經常溢流，除霧器、GGH堵塞，漿液循環泵葉輪磨損，脫硫裝置經濟運行等)進行了分析，并提出了相應的解決方案。

煙氣脫硫；濕法脫硫裝置；GGH；除霧器。

天津陳塘熱電廠位于陳塘莊工業區西南部，距天津市外環線2公里。陳塘熱電廠2×300MW機組為燃煤發電機組，配套的濕法脫硫裝置(FGD)由武漢凱迪電力環保有限公司總承包，采用美國巴威公司（B?&W）的石灰石/石膏濕法脫硫工藝，1爐1塔，單個吸收塔的煙氣處理能力為1臺鍋爐達到最大額定出力(BMCR)時的100%煙氣量,其脫硫效率≥95.5%(設計煤種)。

1 FGD流程及主要設計參數

FGD煙氣系統總流程如下：從鍋爐的2臺引風機出口后煙道引出的煙氣，經1臺100%容量的靜葉可調軸流式增壓風機升壓，經過煙氣換熱器(GGH)降溫后進入吸收塔，通過吸收塔內噴淋層后完成SO2吸收，脫硫后的凈煙氣進入凈煙道并經過GGH升溫至81℃以上后，再排入煙道經煙囪排放到大氣中。鍋爐原煙道上均設置有旁路擋板門，旁路擋板的快開機構可保證在18s內全部開啟。在FGD正常運行時煙氣不經過旁路煙道，當FGD故障跳閘時旁路擋板門迅速開啟，進、出口擋板關閉，煙氣改由旁路經煙囪排放。

每臺吸收塔上部包括一個布風裝置(托盤)，三層噴淋裝置（對應三臺漿液循環泵）和一套兩級式除霧器。（附圖一）

附圖一 帶托盤噴淋吸收塔構造

原煙氣在吸收塔內，煙氣折流向上，經由吸收塔托盤被均勻分布到吸收塔的橫截面上。使得主噴淋區煙氣分布均勻外，在吸收塔托盤區域，煙氣和石灰石漿液可以得到充分接觸。離開吸收塔托盤的煙氣穿過噴淋系統噴出的霧狀再循環漿液區域逆流而上，脫去其中的SO2，再連續流經兩層鋸齒形除霧器而被除去所含液滴。新鮮的石灰石漿液經石灰石漿液供給管路送入吸收塔底部的反應池，反應池中的漿液經由三臺漿液循環泵送至吸收塔上部的噴淋系統進行再循環。吸收塔反應池上的四臺側進式攪拌器使反應池中的固體顆粒保持懸浮狀態。氧化風機送出的強氧化空氣經噴水增濕后通過矛狀管被送入吸收塔反應池，把脫硫反應中生成的亞硫酸鈣(CaSO3·1/2H2O)氧化為硫酸鈣(CaSO4·2H2O)。

當系統故障或因檢修的原因需將吸收塔反應池的漿液排空時，可以通過石膏漿液排出泵將漿液排至事故漿液箱臨時貯存，待故障排除或檢修結束后，再通過事故漿液箱的漿液泵將漿液送回吸收塔。其中事故漿液箱為兩臺機組脫硫公用，事故漿液箱設有一臺漿液泵和一臺攪拌器。

吸收劑制漿方式采用廠外來石灰石粉(90%的石灰石粉粒徑≤325目,即44μm)，在電廠脫硫島內制成吸收劑漿液，共設有2套給料裝置和一個帶攪拌器的石灰石漿液箱。石灰石粉從粉倉經旋轉給料閥送入石灰石漿液箱，經過和工藝水混合攪拌，得到濃度為28%的石灰石漿液，貯存在石灰石漿液箱進行緩沖，為吸收塔進行SO2吸收提供吸收劑。石灰石漿液箱中的石灰石漿通過石灰石漿液泵輸送至吸收塔，并設置有再循環管路，可將石灰石漿液送回石灰石漿液池。

兩臺機組FGD系統共設兩套脫水系統，主要有2臺石膏旋流站、2臺真空皮帶脫水機及其輔助設施、1個帶攪拌器的濾液水池組成。每條脫水管線的出力按75%的兩臺鍋爐BMCR工況運行時產生的石膏漿液量配置。廢水排放系統由1個廢水池及2個廢水排出泵等組成。當吸收塔的石膏漿液濃度達到高位設定值時，石膏漿液就排出，每座吸收塔通過石膏漿液排出泵（一用一備）將漿液送到相應的石膏旋流站進行一級脫水。石膏旋流站的下溢濃縮液(懸浮物固體重量含量約為40～50%)依靠重力經切換裝置送到真空皮帶脫水機進行二級脫水，控制脫水機上的石膏層厚度以確保脫水性能，從真空皮帶排出的石膏含水量不大于10%，直接落入石膏庫儲存。石膏旋流站上溢流水和真空皮帶機的濾液回收至濾液水箱重復利用。

FGD系統所用的工藝水儲存在工藝水箱里。工藝水箱的補水來源于電廠工業水，水源為海河水。通過二臺工藝水泵（一用一備）為#8、#9機組FGD系統提供石灰石漿液管路沖洗、石膏漿液管路沖洗、及兩機公用系統和雜用等系統供水；另外在工藝水泵為兩吸收塔提供除霧器沖洗水。

電廠主要燃用神府煤田煙煤+山西西山貧煤，FGD在燃燒設計煤種(Sar=1.1%)或校核煤種(Sar=0.33%)、鍋爐最大工況(BMCR)、處理100%煙氣量條件下其脫硫率均大于95%,其主要設計參數和保證值列于表1。

2 運行存在問題的分析及處理

2.1 吸收塔溢流問題

陳塘熱電廠脫硫工程2008年4月完成168試運移交生產，至今已運行1年多時間。在168試運行期間，兩臺吸收塔均出現過漿液溢流情況，在廢水系統投入前，只能投入消泡劑抑制漿液起泡。從使用情況看，效果明顯加入消泡劑后，溢流很快停止。廢水系統投入運行后，漿液溢流現象在一段時間內很少發生。但2008年10、11、12三個月，發生了數次溢流，溢流造成吸收塔液位甚至下降到5.5米，而溢流口的高度為8.9米。

表1 FGD的主要設計參數和保證值

液位平衡的原理是壓力的平衡，吸收塔與溢流管底部聯通，則兩側的壓力相等時達到液面的穩定。當塔內液位或壓力升高，則溢流管內液位同步升高，當達到溢流口位置時即開始溢流。

由于FGD系統工藝水采用海河水，根據水質分析，工藝水CL—濃度高達1500—2000mg/m3,比設計值（750）高出很多，即使按吸收塔CL—濃度為20000mg/m3計算，廢水排放量也將達到7.4m3/h。而廢水的排出只有在排出石膏時才能同步進行，這使廢水系統的運行時間受到限制。同時因為工藝水質與設計值的巨大偏差，給廢水系統運行帶來很大壓力。吸收塔經常溢流期間，廢水泵經常出現故障，廢水系統運行時間更短，這使吸收塔漿液品質更難以控制。導致漿液中各種鹽分的濃度增加，使漿液的粘度增加，氣泡的表面張力增大而不易于破裂，也就使漿液氣泡率增加。在穩定的情況下，由于處于吸收塔邊緣，溢流管內氣泡率維持在較低水平，但隨著漿液氣泡率增加和粘度增加，造成漿液的混合和擾動加強，可能有較大量的氣泡突然進入溢流管，使溢流管內的漿液氣泡率突然增大。由于溢流管高度有限，氣泡率增加較大將導致部分漿液排出溢流管，溢流管內的液柱壓力降低，與塔內壓力失去平衡，塔內漿液在壓差作用下進入溢流管。溢流管內的漿液密度和壓頭進一步降低。如此自我強化，溢流管流速在很短時間內劇烈增大，使漿液從溢流管噴射而出，直到塔內液位大幅降低，能夠和溢流管內的氣泡率較高漿液的壓力相平衡時，才會停止溢流（噴出）。

以上分析動態解釋了溢流管內突發的流動過程，同時不違反靜壓平衡的原理。與溢流發生時的現象也相吻合，應是比較合理的解釋。

以上分析可以說明，只有氣泡量的大增才會導致這種劇烈溢流現象的發生。忽略氣泡的影響，溢流將符合靜壓平衡的原理。也就是內外壓差失去平衡而逐步開始溢流時，流量不會太大，溢流造成的液位下降也不會太多。

通過制定運行措施：①每班接班后對#8、#9吸收塔分別加入2kg消泡劑。②通過技術改造加大了廢水系統的運行出力，并嚴格要求每班按規定運行廢水系統和進行壓濾機出泥工作，確保#8、#9吸收塔CL—在12000～16000 mg/L（最高不超過20000mg/L）范圍內運行以及廢水排放指標合格。經過6個多月的運行證明，措施是行之有效的，FGD系統一直穩定運行未再發生過溢流事故。

2.2 除霧器、GGH堵塞問題

#9FGD在09年02月底至03月09日期間出現煙氣系統阻力逐漸增大，甚至造成限制主機帶滿300MW負荷的嚴重后果。增壓風機出口最高壓力達到4863Pa，導葉開度100%，風機電流286A。GGH升溫段壓差最高1237Pa,降溫段壓差最高1225Pa，遠遠超過GGH壓差額定值升溫段422Pa，降溫段390Pa。（附圖二）

附圖二 #9GGH換熱元件堵塞情況

3月09日晚向環保局申請停運FGD系統，對GGH進行人工沖洗。經過一天一夜的連續沖洗，#9FGD系統再次投運，效果明顯好轉，FGD系統煙氣阻力恢復到正常水平。

3月20日#9機組停爐小修，對FGD系統GGH、吸收塔內部進行了徹底的檢查，發現了問題的所在除霧器嚴重堵塞，致使除霧器除霧效果不佳使凈煙氣攜帶大量的石膏漿液造成GGH堵塞，GGH堵塞后反過來會進一步惡化除霧器除霧效果，這樣就形成了惡性循環，導致煙氣系統阻力一再增大。除霧器的堵塞的原因主要為：1）除霧器沖洗水的壓力低（應在0.25MPa以上）；2)沖洗水流量偏小（應在90h/t以上）；3）除霧器的沖洗頻率不足（在液位允許的工況下1h～2h應進行一次沖洗順控程序）。機組小修對除霧器進行了徹底清洗，沖洗水系統同時進行了相應的改造和調整，機組小修后FGD煙氣系統一直穩定運行，除霧器沖洗的關鍵性在隨后的運行中得到了證實。（附圖三）

附圖三 #9吸收塔二級除霧器嚴重堵塞情況

2.3 漿液循環泵葉輪磨損開裂

脫硫吸收塔漿液循環泵運行方式為連續運行，由于漿液品質波動，設備備用時間較少，兩塔共六臺漿液循環泵葉輪均有磨損開裂情況，漿液循環泵通流漿液（石膏漿液）特性如表2：

表2 吸收塔漿液循環泵通流漿液（石膏漿液）特性

利用#9機組C級檢修、#8機組A級檢修期間對泵組進行解體檢查，發現六臺泵的葉輪及口環部位均發生嚴重開裂及磨損現象。（附圖四）

附圖四#8漿液循環泵C葉輪開裂磨損情況

2.3.1 按照設備損壞情況進行分析，主要有如下三方面原因：

1）氯離子對泵組通流部件產生的晶間腐蝕。

脫硫吸收塔運行過程中將煙氣中的氯氣濾除，因此使石灰漿液中的氯離子濃度相當高（最高時高達20000ppm），而氯離子對奧式體不銹鋼的穩定性會產生相當大的影響，如果部件出廠前固熔處理未做好，在與含有氯離子的介質接觸后，很快會對材料產生晶間腐蝕，導致不銹鋼材料組織形態發生變化，其強度將極大程度降低[1]。

2）含固顆粒性雜質的磨損及沖蝕。

泵組運行過程中，葉輪出口高壓漿液通過葉輪口環間隙回流至泵入口。石灰漿液的平均固體含量為150(g/l)，平均固體含量百分比16.93%，雖然石灰石粉粒徑≤63μm，但終究還是為顆粒狀形態的固體沙粒，而且泵組通流部件偏重考慮了材料的耐蝕性能，其耐磨性就相對偏弱，因此對泵組通流部件就會產生較大的磨損。

3）氣蝕損壞

氧化風機的擾動使漿液中含有大量氣泡，這些氣泡隨漿液一同進入泵腔，當汽泡隨同漿液從低壓區流向高壓區時，汽泡在高壓的作用下破裂，在汽泡破裂的瞬間，產生局部空穴，高壓漿液以極高的速度流向這些原汽泡占有的空間，形成一個沖擊力。由于汽泡中的氣體來不及在瞬間全部溶解，因此，在沖擊的作用下又分成小汽泡，再被高壓漿液壓縮、破裂，如此形成多次反復，在流道表面形成極微小的沖蝕。

2.3.2 通過上述分析，可以看出三種原因將按照如下方式形成循環：

1)氯離子→不銹鋼→晶間腐蝕→結構強度降低；

2)氣蝕→通流部件材料損壞；

3)磨損及沖蝕→流道及輪表材料損壞處破損加劇（破損創面被沖蝕掉，新創面露出，繼續發生上兩種腐蝕情況）→葉輪口環配合間隙進→步增大→高壓漿液通過葉輪口環間隙回流量也進→步增大→如此往復，導致部件破損速度將進→步加快。

改進措施方案一：選用高級別鎳鉻合金作為通流部件加工用料。要求材料合金元素成分不低于Cr:25.0～26.0%、Ni:20～21%、Mo：2.5～3.0%、Ti：0.1～0.3%、Cu：2.0～3.5%、N：0.2～0.3%、C≤0.03%，這樣通過材料中Ni、Mo、Cu含量的添加及C含量的降低，提升了部件的耐腐蝕性能，又通過提高Cr的含量及添加Si、N等元素來提高部件的耐磨性，從而避免通流部件腐蝕及磨損的發生；

方案二：選用Cr30A材料作為通流部件加工用料。Cr30A是一種雙相不銹白口鐵，其金相組織為奧氏體＋鐵素體＋粒狀共晶化合物＋二次碳化物，材料元素主要成分為C:1.55～1.65%、Cr:28.0～30.0%、Ni:1.8～2.2%、Mo：1.8～2.2%、Cu：1.25～1.75%,它的雙相基體中含有大量易鈍化和抗孔蝕性能良好的合金鉻、鉬、銅等元素。由于雙相機體賦予材料的耐蝕性，在含有氯離子100000ppm，pH值為4的70℃流酸溶液中腐蝕速率為0.5mm/a。同時，分部于晶界的含鉻碳化物和沉淀于機體上的二次碳化物賦予材料優良的耐磨性能。

上述兩個方案中提到的材料均有使用業績，方案一在2005年底xxxx熱電廠脫硫系統漿液循環泵大修過程中已采用，至07年4月份（累計運行12000h）解體檢查，葉輪主體未見明顯腐蝕現象，只發現在葉輪輪緣及流道葉片端部存在輕微沖蝕磨損。（附圖五）

附圖五 采用方案一葉輪運行12000h后解體情況

在xxxx發電公司2006年1月份設備檢修過程中也發現漿液循環泵通流部件磨損嚴重，委托制作加工葉輪組件，材料選用方案二，設備投入使用后在同年12月份（累計運行5800小時）解體檢查，通流部件無明顯磨損。（附圖六）

附圖六 采用方案二葉輪運行5800h后解體情況

2.4 脫硫裝置的經濟運行

FGD運行中要消耗大量的廠用電及石灰石、水等運行材料，增大了發電運行的成本。其運行成本費用中，電費是最大的一項，在設置GGH系統中占FGD中運行費用的80%以上。因此，要做好FGD的經濟運行，重點是如何降低其運行電耗。增壓風機和吸收塔漿液循環泵是FGD運行中最主要的耗電設備，其耗電量占系統設備的80%以上，為此，降低其運行電耗是脫硫經濟運行的主要措施。

2.4.1 及時調整循環泵的運行數量

FGD設計中一般根據電廠提供的燃煤含硫量統計數據平均值進行設計，但實際運行中由于燃煤供應不穩定等因素的影響，往往不能在設計條件下運行，特別是在燃煤含硫量變化比較大的情況下，進入FGD的SO2濃度大幅度變化，這就需要運行人員及時進行調整，特別是入口SO2濃度降低的情況下，要及時調整循環泵投運數量，在保證SO2達標排放的前提下，通過減少循環泵的運行數量達到節能的目的。

2.4.2 降低FGD運行電耗

GGH是FGD煙氣系統中阻力最大的設備之一，尤其是GGH換熱片積灰的情況下，其總的阻力可高達3000～4800Pa，使GGH換熱能力下降，旁路擋板關閉困難，特別是增壓風機設計容量偏小時，容易引起增壓風機喘振，對脫硫系統的安全穩定運行造成較大的影響；同時，GGH阻力增大還使增壓風機電耗增大，脫硫運行經濟性下降。因此，為確保脫硫系統設備的安全穩定運行，必須加強對GGH的清潔管理，并從以下幾個方面加以控制：

1）加強煤質管理，控制高灰分和高硫分煤進入電廠，必要時采取配煤措施，從源頭上控制燃燒產生的粉塵，從而減少進入脫硫系統的粉塵濃度。

2）加強除塵器的運行管理，保證除塵器的除塵效率，確保進入脫硫系統的煙氣粉塵濃度不超標。

3）加強GGH運行中的吹掃和定期在線高壓水沖洗，有條件時可利用停運檢修的機會，對GGH進行人工高壓水沖洗，徹底清楚換熱片之間的積灰，確保其在一個小修周期內，能在較低的阻力下運行。

4）加強脫硫系統水平衡的管理，保證除霧器的正常沖洗，防止由于其他系統進入吸收塔的水量過大，除霧器沖洗水量減少引起其局部堵塞，造成煙氣分布不均勻導致除霧器效率下降，煙氣帶水、帶漿而造成GGH換熱片的積灰和堵塞。

3 結論

1.FGD系統漿液品質的改善是防止吸收塔溢流的關鍵；

2.保證吸收塔除霧器的正常沖洗，可以減緩GGH的堵塞，增加FGD系統運行的經濟性；

3.通過選取特殊的材質解決FGD系統中易腐蝕易磨損葉輪的問題；

4.通過加強FGD系統運行管理、檢修管理，節能挖潛，對FGD系統的運行進行優化，確定FGD裝置的最佳運行工況,可以很好的兼顧FGD裝置的環保效益和經濟效益。

[1]曾庭華，楊華，馬斌，等.濕法煙氣脫硫系統的安全性及優化[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2]胡秀麗.濕法煙氣脫硫經濟運行研究.電力設備，2006(8):8-7

[3]廖永進，王力，等.火電廠煙氣脫硫裝置最優運行工況的探討和實踐.廣東電力，2006(6):6-19

[4]趙麗娟.濕法煙氣脫硫系統的運行調節.電力環境保護，2002，18(4):53-54