石灰石-石膏濕法脫硫裝置的運行維護分析

薛巨勇

(射陽港發電有限責任公司，江蘇 射陽 224345)

某電廠3號、4號機組為137.5 MW機組鍋爐為超高壓中間再熱自然循環汽包爐，每臺爐配備雙室三電場靜電除塵器，除塵效率大于99.4%。改造工程安裝了石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置，處理能力為鍋爐BMCR工況時的煙氣量，脫硫效率大于95%。3號、4號爐脫硫系統是典型的兩爐一塔的脫硫裝置，由煙氣系統、吸收塔系統、石膏脫水、石灰石粉制備漿液系統、工藝水系統、事故漿池及漿液疏排系統、廢水處理等系統組成。該系統自2005年12月投入運行以來，運行情況良好，但系統設備存在的磨損、結垢堵塞等問題影響著脫硫系統的可靠性和經濟性。

1 吸收塔噴淋層橫梁磨蝕情況分析

實際運行中，由于煙氣中的SO2不可能百分之百的被脫除，且由于石灰石濕法洗滌方法不能有效吸收煙氣中的SO3，因此殘余的SO2和SO3與水接觸后生成亞硫酸霧和硫酸霧，再加上少量的HCl霧，在溫度較低且濕度較大的情況下，這種腐蝕性介質極易形成液滴而沉積在溫度較低的壁面或吸收塔噴淋母管上，從而造成較強的腐蝕，經長期運行后，引起吸收塔噴淋母管的主支撐橫梁兩端封頭有漿液泄漏，從這一泄漏現象判斷為橫梁內部磨蝕穿孔，如圖1所示。由于工作介質強腐蝕性，對橫梁的破壞性極大，要立即進行修復處理。

圖1 吸收塔橫梁磨損穿孔

1.1 吸收塔噴淋層橫梁損壞的原因

噴淋層的主橫梁由10 mm鋼板拼制焊接而成，截面為400×600 mm的長方形，總長為11.11 m，其間由鋼板分隔為8個1.385 m的箱體，每塊隔板靠近底邊和封頭的4個角留有工藝孔，橫梁的表面采用耐磨型玻璃鱗片防腐。運行時，靠近主橫梁附近的噴嘴噴出的漿液覆蓋在橫梁上，防止煙氣沿著橫梁側壁逃逸。

正是由于這種貼壁運行的設計，日積月累的沖刷造成橫梁壁面耐磨防腐層損壞，并進一步腐蝕、磨蝕鋼板，最終導致箱體穿孔，漿液通過隔板上的小孔流出至塔外。橫梁箱體劣化的趨勢很明顯，噴淋漿液對橫梁箱體外壁腐蝕和磨損沒有停止，橫梁箱體內部進入強腐蝕性的漿液，鋼板發生較強烈的腐蝕破壞，漿液進入橫梁箱體后，還增加了橫梁的自重，破壞橫梁的承載能力。

1.2 采取的措施

（1）采用挖補的方法修復橫梁損壞的部位，同時對被漿液污染的8個箱體開孔清洗。橫梁損壞的機理主要防腐層被磨蝕，因此，對所有被加工面和破損部位采取加強型防腐防磨措施，在原有防腐方案上，增加防腐防磨層的厚度，通過增加玻璃絲布，加強每層之間的結構力，按比例摻配陶瓷粉，增加防腐層的抗磨性能。對噴淋區所有被漿液覆蓋的區域檢查，塔壁有部分已被磨蝕破壞，同樣采取焊補的措施進行修復。

（2）磨蝕性與漿液的密度有關，密度越高，漿液的磨蝕性越強。因此，在運行中要嚴格控制吸收塔漿液密度。

（3）優化噴淋層噴嘴的布置，在保證漿液覆蓋率的情況下，重新選擇的噴嘴覆蓋高度，根據噴嘴特性及兩層噴淋之間距離重新調整噴嘴高度，避開漿液對橫梁的沖刷，避免噴淋層橫梁被沖刷損壞。

2 噴淋層堵塞的問題分析

噴淋層噴淋模型是否完好是影響脫硫系統高效運行的主要因素，每次停爐都要對噴淋層進行檢查。噴淋層噴嘴堵塞的現象時有發生，如圖2所示。噴嘴堵塞后形成了噴淋盲區，大量未經洗滌的煙氣逃逸，影響了脫硫效率，甚至造成下游工藝系統運行惡化。

圖2 噴淋層噴嘴堵塞

2.1 噴淋層噴嘴堵塞的原因分析

噴淋層噴嘴堵塞主要是吸收塔漿液中存在大顆粒的雜質，運行時通過漿液循環泵進入噴淋層噴嘴，由于噴嘴為倒錐體，雜質卡在噴嘴上，日積月累造成噴嘴堵塞。對于雜質的產生主要有2個途徑，一是系統中殘留的工業垃圾，二是因操作控制的原因，系統紊亂積垢生成顆粒較大的雜質。

2.2 噴淋層噴嘴堵塞對策措施

（1）在每次大小修后，徹底清理脫硫工藝系統，同時控制好制漿系統、脫水系統以及地坑排水至吸收塔的污染物，避免雜質殘留在系統內，造成噴淋層噴嘴堵塞。

（2）提高鍋爐電除塵器的效率和可靠性，減少煙氣中的粉塵進入脫硫工藝系統。

（3）運行控制吸收塔漿液中石膏過飽和度最大不超過140%，避免積垢形成雜質。

（4）選擇合理的pH值運行，漿液的PH值對系統結垢的影響程度較高，漿液的PH值高，意味著堿度大，有利于堿性溶液與酸性氣體之間的化學反應，對脫除SO2有利，但對脫硫的氧化會起抑制作用，適當降低并保持相對穩定的PH值，可以抑制H2SO3分解為，使反應物大多為易溶性的Ca（HSO3）2。從而減輕系統內的結垢傾向。保證吸收塔漿液的充分氧化，避免形成積垢[1]。

（5）定期向吸收劑中加入添加劑，如鎂離子、乙二酸等，緩解垢物的生成。

（6）在長期低負荷的情況下，不要長期停運噴淋層，應定期切換，防止煙塵及石膏附著在噴嘴上造成噴嘴堵塞。

3 除霧器運行中壓差大的分析

脫硫系統在運行中，發生過除霧嚴重積垢的問題。除霧器的壓差由原有的不到100 Pa上升到400 Pa，并且有迅速升高的趨勢，加強沖洗已無法恢復正常值，嚴重威脅設備系統的安全，停系統后檢查除霧器，除霧器積垢已非常嚴重。

3.1 除霧器結垢和堵塞的原因分析

造成除霧器結垢和堵塞的原因有很多，除受除霧器自身的葉型、沖洗水壓、沖洗水量、沖洗覆蓋率、沖洗周期影響外，還與化學反應過程、被處理煙氣的含固量、煙氣流速和其他外因有關。其中化學反應過程對除霧器的運行性能有很大的影響，當煙氣通過除濕裝置時，其中的SO2與除霧器表面的漿液會發生SO2的吸收反應，會形成大量的亞硫酸鹽和硫酸鹽，經過一定時間以后將會發生結垢現象。

（1）從除霧器各級葉片結垢的情況來看，噴淋層噴嘴堵塞往往是除霧器葉片結垢的主要原因。首先，噴淋層噴嘴大面積的堵塞，煙氣的穿透力增強，煙氣拖拽大量漿液顆粒上行。同時，這部分煙氣溫度相對較高，很容易將灰垢留在葉片上。這時，如果還按原有的沖洗頻率、沖洗水量沖洗，已經不能滿足除霧器葉片的沖洗需要，積灰迅速在S型葉片的腰部堆積，這部分積灰在葉片上結晶生產石膏垢，在只有0.2 MPa左右的沖洗水壓下，已很難將除霧器徹底沖洗干凈，除霧器工況持續惡化，最終導致除霧器壓差嚴重超標。

（2）在檢查中發現，第一級除霧器迎風面葉片屋脊頂部最為嚴重，這與除霧器沖洗噴嘴沖洗模型有一定的關系，設計要求噴嘴與葉片最大距離在1 m以內，而噴嘴距屋脊處的距離較遠，沖洗效果相對較差，沖洗不足的部位易形成結垢，一旦葉片上形成晶粒基體，很快會在此基礎上長大，這是除霧器屋脊頂部易結垢的主要原因。

（3）在運行中，煙氣的流速對除霧器的性能有很大影響。保持較高的煙氣流速可以得到較好的分離效果，但一旦超過臨界流速會造成除霧器液滴二次攜帶，在除霧器平臺上集聚了大量的石膏漿液與工況除霧器惡化有關，除霧器葉片的通流面積變小，在煙氣負荷增加后，煙氣流速超過臨界流速，除霧器液滴發生大量二次攜帶，煙氣通過除霧器后迅速擴容，失去動力的漿液落在除霧器平臺上。也就是在本次檢查時發現除霧器平臺上出現大量石膏的原因。

（4）除霧器塔體處的結垢是除霧器葉片結晶物的外延，靠近塔體的葉片上石膏緩慢地生長，最終擴展到塔體上，并進一步生長產生大量的結垢。

（5）檢查除霧器沖洗模型，部分噴嘴噴出的為水柱，并不是擴散開的水幕，不能有效覆蓋葉片，存在盲區。

3.2 除霧器堵塞處理情況及對策措施

（1）利用停爐機會，采用高壓水對除霧器葉片進行徹底清理。并逐一檢查除霧器沖洗噴嘴，更換損壞的噴嘴，確保除霧器的沖洗模型。

（2）盡量消除除霧器的結垢現象。一般情況下，如除霧器發生結垢的原因是在氧化程度低下，甚至無氧化發生的條件下生成的一種反應物Ca（SO3）0.8（SO4）0.21/2H2O，稱為CSS軟垢，使系統發生堵塞。而控制氧化是目前采取的一個有效方法，實驗研究證明，當亞硫酸鈣的氧化率15%～95%，鈣的利用率低于80%時，硫酸鈣容易結垢，而控制氧化是采用抑制或強制氧化的方法將氧化率控制在小于15%或大于95%，即可有效控制硫酸鈣的結垢現象。

（3）采取有效措施，保證噴淋層噴嘴可靠運行，使漿液均勻完整地覆蓋噴淋層，減少熱煙氣逃逸和漿液過量攜帶。

（4）第一級除霧器葉片的負載最大，后面的葉片負擔相對較輕。因此，修改除霧器沖洗功能組，增加第一級沖洗的頻率和沖洗時長，調整合適的二、三級沖洗模式，達到最佳的沖洗效果。

（5）合理控制吸收塔漿液池的液位，確保除霧器能及時沖洗。

（6）通過運行調節，盡量保證除霧器在合適的參數狀態下運行，以保證達到最好除霧性能，并保證除霧器不發生結垢和堵塞。

（7）加強除塵器的管理，提高除塵器的效率和可靠性，嚴格控制煙氣中的含塵量，煙氣通過噴淋層洗滌后，仍有部分灰粒進入除霧器，增加除霧器的負擔。減少灰塵進入工藝系統。

（8）定期檢驗除霧器的壓差變送器，為運行提供準確的判斷，及時采取措施，確保除霧器在清潔的狀態下運行。

4 增壓風機磨損情況分析及措施

3號、4號爐脫硫系統采用的是靜葉可調軸流風機，葉輪、固定導葉采取了防磨措施。但在機組停運時檢查，3號、4號爐升壓機風機葉輪防磨層磨損較嚴重，如圖3所示。其中葉輪的耐磨鼻全部磨損可見母材，葉片工作面的磨蝕也較嚴重，不少部位的防磨層已經因磨損露出了母材。

4.1 原因分析

圖3 升壓風機葉片防磨層磨損

風機葉輪的磨損主要與煙氣中含塵量和含塵顆粒的大小、硬度有關。3號、4號爐除塵器為雙室三電場，除塵效率相對較低，由于長期燃用低發熱量、高灰份的劣質煤，煙氣含塵量已超過電除塵器的處理能力，經處理后的煙氣含塵量較高，煙氣含塵量大是造成葉輪磨損的主要原因。葉輪原有防磨措施是采用熱噴涂的涂裝工藝，由于工藝控制相對的復雜，必須解決噴焊所引起的工件變形和噴層裂紋等問題，現場很難滿足工藝要求，需要將葉輪返回制造廠修復處理。

4.2 對策措施

（1）風機在強磨蝕氣氛中運行，必然會產生嚴重的磨損。因此，必須加強電除塵器的運行維護管理消除一切不利于電除塵運行的因素，保證除塵器除塵效率始終處于最佳狀態，降低煙氣含塵量，減小設備的磨損。（2）由于磨損量在不斷增加，要做好應對風機不平衡振動的故障，及時對葉輪進行動平衡消缺。（3）做好設備備品管理，增加葉輪的備品，利用機組大小修時間，更換備用葉輪，將磨損的葉輪輪流返廠修復。（4）應考慮采用組合式葉輪，葉片上的耐磨件可拆卸更換，可以節約大量的維修費用和縮短檢修工期。

5 GGH積垢堵塞分析

在設計時，雖然已考慮了GGH換熱元件防堵塞的問題，但GGH運行一段時間仍會有沉積物堵塞GGH換熱片，如圖4所示。由于GGH換熱元件積垢，使壓差增大，增加系統運行阻力，甚至造成增壓風機發生失速或喘振故障，直接影響脫硫系統的安全性和經濟性。

圖4 GGH換熱元件積垢

5.1 GGH積垢情況

轉子換熱元件冷端最外圓弧的區域積垢最為嚴重，垢物非常致密、堅硬，覆蓋寬度約0.5 m，占整個換熱元件截面25%，損失非常大。其他區域也有比較多的積垢，轉子換熱元件的熱端相對比較干凈。

5.2 GGH積垢原因分析

（1）近年來電廠采購到的多為低發熱量、高灰份的劣質煤，加之3號、4號爐除塵器為雙室三電場，除塵效率相對偏低，導致煙氣系統含塵量偏大，造成GGH換熱元件積灰的可能性大大增加。

（2）除霧器在運行中，有一定數量的石膏漿液透過除霧器逃逸，進入GGH換熱元件，這部分漿液較難清除，很容易在GGH換熱元件上附著固化。同時，由于除霧器的煙氣進入GGH前不斷冷卻，水滴在煙道壁上匯聚并沿著煙道壁進入GGH，主要作用在換熱元件的外圓和內圓上，徑向覆蓋范圍較廣，分攤的相對較少。在外圓上粉塵吸潮后，經過高溫煙氣的作用，形成非常致密、堅硬的灰垢。

（3）GGH是旋轉設備，運行中外圓的線速度最高，吹灰吹掃時作用在外圓的時間相對最短，由于外圓上積灰最為嚴重，吹灰的不徹底，在GGH換熱元件的外圓上日積月累形成最為嚴重的附著物。

（4）GGH在線沖洗有2種模式，分別是壓縮空氣吹掃和高壓水沖洗。通過觀察，壓縮空氣吹掃時，壓縮空氣壓力達不到設定值，壓縮空氣的壓力甚至低于0.4 MPa，壓縮空氣的吹掃性能大打折扣。高壓水沖洗的壓力為10 MPa，總的沖洗效果良好，但對于外圓上的灰垢處理的效果并不明顯，并且這種沖洗模式廠方推薦每年不超過6次。

5.3 采取防堵塞結垢的措施

（1）加強電除塵器的維護，嚴格控制電除塵器的投入率和除塵效率，使除塵器保持長期高效運行，控制進入脫硫系統的煙氣含塵量。

（2）嚴格執行除霧器的沖洗制度，按時對除霧器進行沖洗，防止除霧器葉片積灰，造成石膏漿液的逃逸。

（3）對壓縮空氣吹灰噴嘴進行改造，將原有的6只噴嘴改為4只噴嘴，使壓縮空氣吹掃的壓力達到0.6 MPa以上，提高壓縮空氣的吹灰性能。

（4）利用機組停運機會，對GGH換熱元件徹底進行清理，清除殘余的積垢。

（5）與GGH廠家溝通，增加GGH高壓水沖洗頻率，按每月一次定期工作執行，或根據GGH壓差值決定及時沖洗，及時清除GGH換熱元件上的灰垢，不讓其硬化。

（6）需要對吹灰器進一步改造，采用蒸汽吹灰，提高吹灰器的吹灰能力。

（7）擬對GGH凈煙氣側煙道改造，在煙道的內壁上增設環形槽，用于收集吸收塔出口匯聚的水滴，并將其返回至吸收塔，減少水與GGH換熱元件上灰份作用的機會，減輕換熱元件積垢。

6 結束語

本文結合生產實際，介紹了石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置中主設備存在的腐蝕磨損和結垢堵塞的問題，對存在的問題進行了分析，有針對性地從工藝設計、設備結構、操作控制等方面提出解決方案和對策措施，并在原有設備的基礎上提出改進建議，提高設備的可靠性，對今后脫硫系統的設計和設備選型具有一定的指導意義。

[1]曾庭華.濕法煙氣脫硫系統的調試、試驗及運行[M].北京：中國電力出版社，2008.