無旁路脫硫設(shè)備配置及防腐蝕材料的可靠性分析

馬成兵

(中環(huán)（中國(guó)）工程有限公司，南京 210008)

無旁路脫硫設(shè)備配置及防腐蝕材料的可靠性分析

馬成兵

(中環(huán)（中國(guó)）工程有限公司，南京 210008)

脫硫裝置取消煙氣旁路后，對(duì)裝置整體的可靠性要求非常高。本文就如何進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性，對(duì)該工藝設(shè)備的配置及防腐蝕材料的選擇進(jìn)行了分析，并提出了建議。

脫硫裝置;煙氣旁路;防腐蝕材料;可靠性

某2×1000MW機(jī)組“上大壓小”工程采用增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)雙機(jī)合一，取消了煙氣旁路。脫硫裝置取消煙氣旁路后，對(duì)裝置整體的可靠性要求非常高。為了提高整個(gè)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，減少發(fā)生故障的幾率，一方面要求在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上考慮更加全面，另一方面要求相關(guān)設(shè)備的配置更加合理、設(shè)備質(zhì)量更加可靠，同時(shí)要求設(shè)備的防腐蝕性能也更加可靠。

1 影響脫硫系統(tǒng)可靠性的因素

影響脫硫系統(tǒng)可靠性的因素很多，主要為化學(xué)因素（工藝流程、運(yùn)行參數(shù)、腐蝕、磨損等）和設(shè)備因素（機(jī)械方面、電氣方面、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制、檢測(cè)等）。

1.1 化學(xué)因素

（1）工藝流程：如pH值、漿液密度的測(cè)量方式，間歇脫水還是連續(xù)脫水等不同的流程設(shè)計(jì)決定了不同的運(yùn)行操作方式，可靠性也不一樣。

（2）運(yùn)行參數(shù)：如pH值、運(yùn)行液位高度的設(shè)定是否恰當(dāng)。

（3）腐蝕：主要是Cl-濃度，Cl-濃度過高是造成設(shè)備材料損壞的主要原因之一。

（4）磨損：攪拌器槳葉、泵的葉輪、管道、閥門等在含固量較大的漿液中的使用磨損是否正常。

（5）堵塞：吸收塔內(nèi)漿液的pH值如控制不好、密度過大，或者在泵停止運(yùn)行后漿液不及時(shí)排空、沖洗，含固漿液的沉積凝結(jié)會(huì)造成管道的堵塞，影響設(shè)備出力或安全。

1.2 設(shè)備因素

主要包括運(yùn)行條件、設(shè)備選型、設(shè)備數(shù)量、設(shè)備容量、結(jié)構(gòu)材料等。

2 對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的控制

取消煙氣旁路對(duì)脫硫裝置主、輔設(shè)備的可靠和穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高的要求，可通過對(duì)設(shè)備的選擇控制，比如擴(kuò)大設(shè)備進(jìn)口范圍、國(guó)產(chǎn)設(shè)備選用優(yōu)質(zhì)名牌產(chǎn)品以減少故障率、提高設(shè)備制造水平、強(qiáng)化防腐施工的過程檢驗(yàn)等方法來提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

系統(tǒng)設(shè)備分類如表1所示。

建議進(jìn)口的設(shè)備范圍主要有：吸收塔噴嘴、除霧器、漿液循環(huán)泵（國(guó)產(chǎn)電機(jī)）、吸收塔攪拌器、石膏旋流器、廢水旋流器、真空帶式過濾機(jī)（國(guó)產(chǎn)鋼架）、離心式脫水機(jī)、漿液蝶閥、氧化風(fēng)機(jī)、頂進(jìn)式漿液攪拌器、計(jì)量泵、防腐內(nèi)襯材料。

表1 系統(tǒng)設(shè)備分類

3 取消旁路提高可靠性系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要原則

3.1 適當(dāng)增加設(shè)備的備用率

一般對(duì)漿液循環(huán)泵的設(shè)計(jì)均是按照全部工作設(shè)計(jì)，不考慮備用設(shè)備。在鍋爐滿負(fù)荷時(shí)全部運(yùn)行，低負(fù)荷時(shí)關(guān)掉1臺(tái)或2臺(tái)泵。在取消旁路以后，若仍按有旁路的常規(guī)設(shè)計(jì)，在入口煙氣出現(xiàn)事故高溫，且同時(shí)出現(xiàn)所有漿液循環(huán)泵故障的情況下將存在較大風(fēng)險(xiǎn)（概率很低）。故對(duì)SO2吸收系統(tǒng)采用N+1配置，增加1臺(tái)漿液循環(huán)泵和1層噴淋層，可保證在事故狀態(tài)下至少有1臺(tái)漿液循環(huán)泵可用，這樣可有效保護(hù)脫硫設(shè)備，大大提高脫硫的可靠性。并且，在某1臺(tái)漿液泵故障造成脫硫效率下降時(shí)開啟備用循環(huán)泵噴淋可有效提高脫硫效率。

對(duì)系統(tǒng)中其它容易出現(xiàn)故障的設(shè)備或閥門也應(yīng)考慮設(shè)置100%的備用，如吸收塔集液坑泵設(shè)置2臺(tái)。同時(shí)還要考慮一定范圍及數(shù)量的備品備件，如漿液循環(huán)泵的庫房備用轉(zhuǎn)子、葉輪、吸收塔攪拌器和小漿液泵的機(jī)械密封等。

3.2 進(jìn)一步提高設(shè)備的可靠性

脫硫系統(tǒng)工藝流程中主要設(shè)備就是吸收塔、泵、風(fēng)機(jī)、攪拌器、閥門。

吸收塔的維護(hù)一般在1年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。塔內(nèi)部件如除霧器、噴淋管、噴嘴維護(hù)量都較小。吸收塔攪拌器軸向排液量設(shè)計(jì)有一定的裕量，正常工作的N臺(tái)攪拌器，若1臺(tái)出現(xiàn)故障，其余幾臺(tái)可以保證在一定的時(shí)間內(nèi)（最長(zhǎng)14天）正常運(yùn)行，這樣就不會(huì)影響漿液的攪拌，一般容易出現(xiàn)故障的機(jī)械密封利用特殊工具（一個(gè)夾緊式法蘭）在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)即可在線完成更換。

漿液泵、攪拌器的故障主要是機(jī)械密封磨損、葉輪磨損或機(jī)械故障。一般正常的機(jī)械密封使用期限為6～9個(gè)月，葉輪正常使用壽命＞2萬小時(shí)，軸承的壽命應(yīng)＞2.5萬小時(shí)。

（1）提高吸收塔的可靠性

1） 吸收塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。增大頂層噴淋層與除霧器之間的距離，減小煙氣中的一些固體顆粒被直接攜帶至除霧器的可能性，從而減少結(jié)垢的產(chǎn)生。

2） 除霧器沖洗設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。一是增加除霧器第四層沖洗系統(tǒng)來保證有效的沖洗水流量，細(xì)化局部沖洗。因除霧器設(shè)備處理的介質(zhì)混有石膏、亞硫酸鈣固體顆粒，如果沖洗不當(dāng)，極容易導(dǎo)致出現(xiàn)大范圍的結(jié)垢，使除霧器的通道變窄，導(dǎo)致更快的煙氣流速，直接將氣流中的固體顆粒帶至除霧器后方，導(dǎo)致除霧器表面出現(xiàn)結(jié)垢，從而影響除霧器性能，甚至還會(huì)導(dǎo)致除霧器局部塌陷、模塊脫落。增加第四層沖洗將能有效防止結(jié)垢的產(chǎn)生，保證除霧器的效果。二是縮短除霧器沖洗噴嘴與除霧器模塊之間的距離，增加沖洗噴嘴的數(shù)量，增大沖洗水的水量來提高沖洗的效果，防止結(jié)垢。

3） 提高設(shè)備選材標(biāo)準(zhǔn)。循環(huán)泵進(jìn)口濾網(wǎng)、塔內(nèi)氧化空氣管道采用耐蝕合金。可減少因FRP材質(zhì)管道斷裂、破損產(chǎn)生的碎片等造成的循環(huán)泵堵塞、噴嘴堵塞現(xiàn)象，一方面保證脫硫效率，另一方面維持氧化空氣在漿液池內(nèi)需要的擴(kuò)散效果，保證副產(chǎn)品石膏的質(zhì)量。

（2）泵、攪拌器、漿液閥門

在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)接觸石膏漿液的設(shè)備材料的選擇一般按漿液中氯離子濃度為40g/L、其它為20g/L進(jìn)行。

3.3 事故高溫?zé)煔庀略O(shè)備的保護(hù)

在鍋爐點(diǎn)火初期和機(jī)組故障跳閘期間，進(jìn)入FGD塔的煙氣溫度可能達(dá)到180℃，對(duì)吸收塔內(nèi)的除霧器、噴淋管、防腐內(nèi)襯等造成破壞，所以必須把瞬間的事故高溫在最短的時(shí)間內(nèi)降低到設(shè)計(jì)溫度。目前是在吸收塔入口原煙道上設(shè)計(jì)2套事故噴淋系統(tǒng)來保護(hù)塔內(nèi)的設(shè)備。

3.4 提高設(shè)備防腐蝕的可靠性

包括材料、方案的優(yōu)化，施工過程的有效控制。

3.5 保證石灰石漿液的可靠供應(yīng)

為防止因石灰石漿液罐攪拌器或泵故障，造成新鮮的石灰石漿液不能及時(shí)輸送到吸收塔內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，降低脫硫效率，對(duì)石灰石漿液制備系統(tǒng)雙冗余設(shè)置，2套石灰石漿液制備系統(tǒng)之間互為備用。至吸收塔的石灰石漿液供應(yīng)也采用雙管路設(shè)計(jì)，保證無論是在攪拌器還是漿液泵故障或管道堵塞、磨損的情況下，都可以滿足使用要求。

4 設(shè)備防腐蝕可靠性分析

目前濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的防腐蝕一般采用以下幾種防腐蝕材料：

（1）鎳基合金

鎳基合金防腐蝕性能出色，對(duì)意外惡劣條件的適應(yīng)能力強(qiáng)，耐高溫性能好，無需設(shè)置緊急降溫系統(tǒng)；不容易被機(jī)械力破壞；維護(hù)、檢修方便；使用壽命長(zhǎng)。鎳基合金由于以上優(yōu)點(diǎn)是防腐蝕材料的首選，但其造價(jià)較高，一般只應(yīng)用在吸收塔入口煙道、氧化空氣噴槍、塔內(nèi)有關(guān)部件的連接螺栓、濾網(wǎng)等關(guān)鍵部位，可靠性很高。

（2）丁基橡膠襯里

橡膠是有機(jī)高分子化合物，具有良好的緩和沖擊吸收振動(dòng)能力；耐磨、耐腐蝕、氣體抗?jié)B透性、防氟離子、可現(xiàn)場(chǎng)硫化；對(duì)基體結(jié)構(gòu)適應(yīng)性強(qiáng)，可進(jìn)行較復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的貼覆；襯里破壞容易修復(fù)。加上橡膠襯里的價(jià)格較低，一般應(yīng)用在脫硫系統(tǒng)箱罐設(shè)備的防腐蝕中，可靠性較高。橡膠失效主要表現(xiàn)為鼓泡、裂紋、脫落。

（3）玻璃鱗片樹脂

玻璃鱗片按使用部位及特點(diǎn)，分為低溫、高溫玻璃鱗片和耐磨玻璃鱗片。低溫玻璃鱗片具有優(yōu)良的抗?jié)B透性、耐化學(xué)性、耐腐蝕性，使用溫度一般低于100℃，廣泛應(yīng)用于吸收塔的低溫部分、凈煙道、脫硫系統(tǒng)箱罐設(shè)備等。高溫玻璃鱗片具有優(yōu)良的耐高溫性能，長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)160℃，主要應(yīng)用于原煙道及吸收塔入口。耐磨玻璃鱗片一般添加了陶瓷耐磨材料，主要應(yīng)用于吸收塔噴淋區(qū)部位和攪拌器等漿液磨損嚴(yán)重的區(qū)域。玻璃鱗片的失效主要表現(xiàn)為開裂和脫落。

（4）玻璃鋼

玻璃鋼是一種以酚醛樹脂為基體結(jié)合玻璃纖維增強(qiáng)材料而成的一種復(fù)合材料，具有良好的耐腐蝕、耐熱、耐磨損性能。并且由于其價(jià)格低廉，質(zhì)量輕，廣泛應(yīng)用于吸收塔噴淋母管、氧化空氣噴槍、漿液管道等。

設(shè)備防腐可靠性的具體分析如下：

（1）煙道

在原煙道采用高溫玻璃鱗片、凈煙道采用低溫玻璃鱗片，經(jīng)工程實(shí)踐證明其防腐性能是可以保證的。

（2）吸收塔入口干濕界面

在吸收塔入口段煙道四周（距吸收塔投影距離不小于1.5m范圍內(nèi)）采用6mm碳鋼加爆破貼附2mmC276合金制作，經(jīng)工程實(shí)踐證明其防腐性能是可以保證的。

（3）吸收塔

多個(gè)工程實(shí)踐證明，在以玻璃鱗片防腐蝕的吸收塔內(nèi)部，發(fā)生腐蝕、穿孔等事故的一般是噴淋區(qū)域的塔壁和噴淋支撐梁，噴淋主管并沒有出現(xiàn)過事故，所以對(duì)噴淋管仍選擇采用FRP材質(zhì)制作。相對(duì)玻璃鱗片，丁基橡膠襯里防腐的優(yōu)點(diǎn)在于具有更好的耐磨性。該工程無煙氣旁路，將橡膠襯里局部應(yīng)用在吸收塔重點(diǎn)部位，可以進(jìn)一步提高脫硫系統(tǒng)的可靠性，提高脫硫系統(tǒng)和機(jī)組可用率。所以對(duì)由于噴嘴長(zhǎng)期的直接沖刷而引起腐蝕、穿孔等事故的側(cè)壁及支撐梁，選擇采用襯膠防腐來提高其耐沖刷性，從而減少了事故的發(fā)生幾率。由于橡膠和鱗片搭接處不好處理，因而可在鱗片和橡膠施工前以100mm寬的1.4529合金板在塔壁內(nèi)側(cè)玻璃鱗片與襯膠搭接的上口與下口先進(jìn)行一圈貼覆。吸收塔其它部位的防腐仍采用玻璃鱗片，在實(shí)際運(yùn)用過程中，效果很好，維護(hù)檢修也很方便。建議的防腐蝕形式見表2。

表2 建議的防腐蝕形式

5 結(jié)論

脫硫裝置取消煙氣旁路技術(shù)的關(guān)鍵是如何保證脫硫系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，分析表明，只要采用相應(yīng)的措施，在設(shè)計(jì)、設(shè)備及材料的選擇方面進(jìn)行有效控制，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性，從而減少機(jī)組非停發(fā)生幾率，提高整個(gè)脫硫系統(tǒng)和機(jī)組的使用率。

[1] 周志詳，段建中，薛建明.火電廠濕法煙氣脫硫技術(shù)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社.

[2] 蔣叢進(jìn).國(guó)華三河電廠脫硫裝置取消煙氣旁路的研究（2007年火電廠環(huán)境保護(hù)綜合治理技術(shù)研討會(huì)論文集）[G].中國(guó)電力雜志社.

[4] 白云峰，等.脫硫機(jī)組取消旁路煙道的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析（2007年火電廠環(huán)境保護(hù)綜合治理技術(shù)研討會(huì)論文集）[G].中國(guó)電力雜志社.

Reliability Analysis on Collocation of Non-bypass Desulfurization Equipment and Anticorrosive Materials

MA Cheng-bing

X701.3

A

1006-5377（2011）01-0049-03