脫硫除霧器堵塞機理分析及預防措施

王智

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脫硫除霧器堵塞機理分析及預防措施

王智

（陜西華電蒲城發電有限責任公司，陜西 渭南 715501）

脫硫除霧器結垢和堵塞事故頻發，嚴重制約發電機組的正常運行。通過資料收集、現場調查、數據分析、取樣化驗、現場測試等手段，總結除霧器從局部結垢到整體堵塞的發展過程，分析結垢的發生機理，對事故頻發的原因進行深入全面的分析，提出了一系列的預防措施：加強沖洗水噴嘴及管道、閥門、在線儀表的檢修維護，增設一級塔上級除霧器背面沖洗水，合理控制除霧器沖洗周期，優化除霧器沖洗水水質，合理控制漿液參數，加強漿液等介質的手動化驗以提供運行參考，控制入口煙氣溫度和含塵濃度，脫硫系統啟停措施，脫硫系統水平衡優化，加裝除霧器壓降測點等。

除霧器；脫硫；結垢；堵塞

除霧器是濕法脫硫塔中非常重要的核心裝置，除霧效率的高低和壓降的大小會直接影響脫硫后煙氣“干凈”程度，并影響脫硫裝置的長期連續運行。本文以某公司脫硫除霧器為研究對象，通過分析垢樣成分、研究除霧器結垢和堵塞的機理，提供系列應對措施。

1 脫硫除霧器系統存在的問題

陜西華電發電公司2×660 MW超臨界燃煤空冷機組2008年12月投產。脫硫除霧器故障率較高，檢查發現存在以下問題：

（1）上、下兩級除霧器有20多個單元垮塌或掀翻，整個除霧器被石膏漿液鋪滿，堵塞嚴重，除霧器葉片間有大量石膏垢及黑色片狀垢物，靠近凈煙氣出口處的吸收塔塔壁上有大量黑色垢物；

（2）沖洗水管上殘留大量石膏垢，同時部分除霧器沖洗水噴嘴被石膏漿液堵塞；

（3）凈煙氣煙道中有大量石膏垢存在。

2 脫硫除霧器垢樣及結垢機理分析

除霧器固體垢物如圖1所示。采用X射線光電子能譜分析法對固體樣品中的元素進行半定量分析，同時采用電鏡掃描法分析固形物的表面形貌特征。

圖1 除霧器垢樣

2.1 垢樣分析

2.1.1 XPS化驗結果分析

不同區域垢樣XPS元素半定量分析后可見，除霧器葉片間垢樣與噴淋區垢樣和晶體的化學成分較為接近，均為石膏（CaSO4·2H2O），可以確定除霧器垢物來源為脫硫循環漿液。由于取樣位置不一致，不同位置的垢物組分略有差異。

煙氣經過時流速分布偏差較大，除霧效果下降，高速煙氣對垢物產生沖刷作用可帶走一定水分，導致部分石膏垢結晶水丟失形成燒石膏（CaSO4·0.5H2O）。

2.1.2 SEM分析

對噴淋區垢樣、除霧器垢樣及脫硫石膏進行掃描電鏡分析，如圖2所示。可以觀察到噴淋區垢樣為明顯的層狀規則晶體結構，脫硫石膏呈現為相對均勻的短柱狀顆粒，而除霧器垢樣則呈現為顆粒狀與片狀層狀混雜的不規則的形態。

圖2 掃描電鏡分析

2.2 除霧器結垢和堵塞機理分析

通過對垢樣進行元素、晶相組成分析及電鏡掃描分析，可以判斷除霧器垢物主要來源為循環漿液所攜帶的固體顆粒物硫酸鈣、亞硫酸鈣、碳酸鈣及少量煙塵，如果未能被及時沖洗掉，會與煙氣中殘留的SO2繼續反應，生成的硫酸鈣晶體在葉片表面和原先截留的固體顆粒上快速成長，形成了形態混雜的硬垢，沖洗失效，導致除霧器結垢。

除霧器表面的垢物與煙氣接觸的部分會逐漸產生結晶垢，結晶垢的發生將從外往里逐步發展，反應不徹底和不均勻，在局部位置形成了層狀垢。

3 除霧器堵塞原因分析

通過提取陜西華電發電公司5#、6#機組脫硫系統半年的運行數據，同時在電廠進行實地跟蹤調研和現場試驗，分析除霧器堵塞原因為：

（1）沖洗系統的影響

除霧器都設計有沖洗裝置，及時沖洗沉積物，可避免除霧器結垢和堵塞。

經觀測分析，因沖洗系統因素造成除霧器堵塞的原因主要有：沖洗水系統設計沖洗覆蓋率不足，沖洗周期較長，沖洗水壓偏低，沖洗水管道及噴嘴、閥門損壞等。另外，沖洗水水質不符合JB/T 10989－2010的要求，也是造成除霧器堵塞的直接原因之一。

（2）漿液的影響

漿液中的石灰石和石膏溶解度都較低，吸收塔及脫硫管路系統很容易發生結垢。漿液的pH值控制不合理、吸收劑補充過量、石膏漿液濃度高、漿液中亞硫酸鈣含量多、漿液氧化效率低、冷卻水冷卻效果差等等，均是導致除霧器結垢堵塞的因素。

（3）煙氣參數的影響

為保證除霧效果必須把煙氣流速控制在合適范圍內，并盡量接近臨界流速。同時存有垢物的葉片表面粗糙，沖洗效果下降，會加快結垢直至除霧器徹底堵塞。除霧器的臨界流速高，煙氣流速在除霧器的設計工況下，對于除霧器的正常運行較為有利。

如果脫硫系統進口煙氣飛灰（含有Al2O3、SiO2及可溶性鹽）含量較高，飛灰與煙氣中的殘余SO3、SO2與漿液反應會形成類似水泥的硅酸鹽，一旦結垢很難去除。

一般要求經過除霧器的煙氣溫度不得超過80℃。長時間高溫煙氣流過時會導致變形，導致葉片間距和形狀改變，形成死角，在運行中極易引發結垢。

（4）系統原因的影響

首先，脫硫系統重新啟動前，除霧器葉片很干燥，當漿液液滴碰撞到除霧器葉片上時干燥的除霧器葉片會吸收水分，使漿液變得超飽和，易發生結垢。停運后會逐漸干燥成垢。

其次，吸收塔水平衡是脫硫裝置長期穩定運行的基礎，除霧器的定期沖洗是保證除霧器長期、高效運行的保障。

（5）其他因素的影響

本項目一級塔平板式除霧器的下部與頂層噴淋管中心間距為2.0 m，兩級除霧器間距1.435 m，上級除霧器與凈煙氣出口間距1.347 m。除霧器距離頂部噴淋管和煙氣出口的間距均偏小，除霧效率下降，容易結垢。另外，歷史運行數據顯示，除霧器表計顯示不準確，顯示數據與理論值存在明顯偏離，難以及時指導運行調整，嚴重影響除霧器的正常運行。

4 除霧器結垢和堵塞預防措施及建議

4.1 保證沖洗效果

4.1.1 加強沖洗水噴嘴及管道的檢修維護

嚴格按照運行規程要求進行除霧器沖洗，避免硬垢的發展，保證除霧器葉片的清潔。建議檢修人員在每次停機后都對該區域設備進行詳細檢查，及時更換和清理沖洗水管路上掉落和堵塞的噴嘴，修復沖洗水管道，確保沖洗水系統的“硬件”正常。在封人孔門前，應先做除霧器沖洗試驗，觀察沖洗效果，調整沖洗壓力。

4.1.2 增設一級塔上級除霧器背面沖洗水

建議在一級脫硫塔上級除霧器背面設置手動沖洗裝置，在除霧器運行過程中，根據具體情況對除霧器進行全面的沖洗，特別是當脫硫系統停運時，對上級除霧器進行徹底的清理，可有效避免除霧器的頻繁結垢。

4.1.3 合理控制除霧器沖洗周期

在控制脫硫塔液位與進行除霧器沖洗相矛盾時，應側重于除霧器沖洗，而不是優先控制液位。當發現除霧器差壓有上升趨勢時，縮短沖洗周期。

4.1.4 加強沖洗水閥門的日常維護

加強除霧器沖洗水閥的日常維護和管理，避免閥門內漏導致除霧器沖洗水量的減少；對二級塔除霧器沖洗水閥門區域加裝保溫間，同時起到保溫和防雨的作用，延長設備使用壽命。

4.1.5 優化除霧器沖洗水水質

本項目除霧器沖洗水硬度和SO4-2濃度較高，建議電廠對該水源進行優化，控制來水的硬度和SO4-2濃度；避免漿液成分通過內漏的閥門進入工藝水箱，惡化除霧器沖洗水水質；在工藝水箱補水口或除霧器沖洗水泵入口管路加裝固體顆粒過濾器，避免雜質顆粒進入除霧器沖洗管路。

4.2 合理控制漿液參數

4.2.1 維持合理的漿液pH值

漿液的pH值應嚴格穩定在5.2～5.8之間。

4.2.2 維持合理的漿液密度

以吸收塔設計值和脫水系統設計值的最低值作為參考，控制合理的石膏飽和度，避免漿液在吸收塔漿池外的其他部位發生結晶反應。

4.2.3 加強介質化驗

由于脫硫系統對線表計的要求較高，在線表計故障頻發對于運行操作帶來了很大限制，建議運行人員實驗室分析數據控制吸收塔漿液CaSO3含量。

4.3 改善煙氣參數

4.3.1 避免高溫煙氣沖刷

建議設置事故噴淋裝置和事故噴淋備用水源，確保除霧器不受高溫煙氣沖刷。必須在循環泵運行的前提下，煙氣才能進入吸收塔；吸收塔出口煙氣降至80℃以下，循環泵才能停運。

4.3.2 降低入口煙氣含塵濃度

加強電除塵的運行和維護，以此控制脫硫系統入口煙氣含塵濃度，避免入口煙氣含塵濃度高帶來的除霧器結垢和堵塞。

4.4 脫硫系統優化措施

4.4.1 脫硫系統啟停相關措施

脫硫系統啟動前和停機后，及時進行除霧器沖洗。脫硫系統初次投運時，向吸收塔進石灰石漿液時，應加入足夠量的石膏晶種，有效避免脫硫塔內部的結垢。機組每次停機后，對其進行徹底清理，保證停運期間除霧器葉片的清潔。

4.4.2 開展脫硫系統水平衡優化

當系統負荷降低時，應通過以下途徑來改善系統和吸收塔的水平衡，提高吸收塔補水量：①加強運行維護，減少閥門內漏水；②加強設備的檢修維護，降低設備的切換頻率，以減少各類漿液泵及管道沖洗水量；③新建集水坑對機封水進行回收利用；④避免機組長期在低負荷下運行；⑤恢復脫硫廢水處理系統，保證脫硫系統定期外排廢水。

4.5 加強儀表維護工作

對在線儀表應制定定期巡視、檢查、校驗制度，加大對除霧器差壓計、密度計、pH計的維護工作力度，確保其準確性。建議兩座吸收塔除霧器區域各增加一組測點。建議建立引風機電流、脫硫塔入口煙氣壓力等參數的運行卡片，便于運行人員在操作中隨時比對，通過觀察引風機電流、吸收塔入口壓力等參數的變化（特別是在機組高負荷時），及時發現問題。

5 結論

（1）除霧器垢物來源及結垢機理：除霧器垢樣組分與脫硫石膏的組分接近，主要來源就是脫硫循環石膏漿液，是煙氣所攜帶液滴中的固體顆粒在除霧器葉片上發生了沉積和結晶反應形成的混合垢。

（2）除霧器局部結垢至堵塞的過程：當煙氣經過結垢的除霧器葉片時，葉片表面一旦開始發生局部結垢，流通面積減少，氣流速度提高，形成了惡性循環，致使結垢區域迅速擴大，最終導致除霧器堵塞。

（3）除霧器局部結垢和堵塞的原因分析：①除霧器沖洗水系統的運行狀況對除霧器結垢堵塞影響重大，沖洗水噴嘴和管道異常、沖洗周期過長、沖洗水質較差、沖洗水閥門內漏、沖洗水壓不穩定均是除霧器結構的原因。②漿液pH值較高、濃度過大、氧化效果差等與除霧器結垢有直接關系。③煙氣流速過高、原煙氣的含塵量高導致除霧器易結垢。④除霧器補水量偏低、沖洗水量不足是除霧器結垢和堵塞的主要原因。⑤一級塔除霧器與頂層噴淋管距離較短，易于引發除霧器除霧效率下降和結垢堵塞事故。⑥除霧器差壓在線表計不準確，不利于除霧器的沖洗維護，需采取措施加強對除霧器運行情況的監管。

[1]谷俊杰. 煙氣濕法脫硫亞硫酸鈣結垢及GGH堵塞研究分析[D].北京：北京化工大學，2012.

[2]金定強. 脫硫除霧器設計[J]. 電力環境保護，2001，17（4）：16-18.

[3]吳春華，秦緒華，徐忠峰. 脫硫吸收塔除霧器堵塞防治對策[J].吉林電力，2014，42（1）：49-51.

[4]李春雨，董越，齊勇，等. 石灰石－石膏濕法脫硫系統結垢及飛灰影響特性研究[J]. 環境工程，2014（32）：513-518.

[5]崔鵬飛. 脫硫系統吸收塔除霧器結垢原因及處理[J]. 電力安全技術，2011，13（7）：62-63。

[6]王學飛. 汕尾電廠脫硫除霧器迅速堵塞的原因及分析[J]. 節能技術，2012，30（1）：88-90.

[7]藍敏星. 脫硫除霧器堵塞的原因分析及預防[J]. 廣東電力，2014，41（13）：159-160.

[8]劉紹銀. 濕法脫硫系統結垢的化學機理及運行控制分析[J]. 熱力發電，2011，40（1）：70-72.

[9]謝春霞，鄒向群. 回用水用于濕法脫硫系統工藝水的水質要求[J]. 電力科技與環保，2013，29（2）：23-25.

[10]官大純，紀小春. 某電廠三通道除霧器堵塞過程探析與防控措施[J]. 電力科技與環保，2012，28（6）：42-44.

2018－05－23

王智（1973－），男，陜西渭南人，助理工程師，主要從事大型發電裝置設備維修維護工作。

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10.3969/j.issn.1006-0316.2018.10.008

1006－0316 (2018) 10－0035－05