脫硫塔噴淋層噴嘴堵塞的原因分析及對策

耿衛眾

(古交西山發電有限公司， 山西 古交 030206)

古交西山發電有限公司2×660 MW超超臨界機組的煙氣脫硫裝置采用一爐兩塔串聯運行方式,SO2吸收系統采用雙塔雙循環工藝,兩級脫硫吸收塔相對獨立。每臺機組脫硫裝置的一級塔為常規噴淋塔，配置有2臺漿液循環泵及2層噴淋層，噴淋層頂部不設除霧器。二級塔采用旋匯耦合脫硫工藝，配置有3臺漿液循環泵及3層噴淋層，噴淋層頂部設置有管束式除霧器。兩級吸收塔的噴淋層均采用“支撐梁式”噴淋層，噴淋管全部選用玻璃鋼(FRP)材質，通過管網搭放或抱箍固定于鋼結構支撐梁上[1]. 一級塔每層噴淋層配置有224個噴嘴，共448個，二級塔每層噴淋層配置有224個噴嘴，共672個。所有噴嘴的材質均為碳化硅，型式為切向空心錐，通過粘結型式與噴淋管連接。

1 噴淋層噴嘴堵塞

2020年4月1#機組脫硫系統檢修期間，發現一級塔噴淋層噴嘴堵塞嚴重，其中A噴淋層共有16根支管及140個噴嘴嚴重堵塞,B噴淋層有30個噴頭堵塞，脫硫二級塔3層噴淋層支管及噴嘴均未發現嚴重堵塞現象。2020年9月2#機組脫硫系統檢修期間，發現一級塔噴淋層支管未堵塞，但噴淋層噴嘴均有不同程度的堵塞，其中，A噴淋層有69個噴嘴堵塞，B噴淋層有79個噴嘴堵塞，脫硫二級塔3層噴淋層支管及噴嘴均未發現嚴重堵塞現象。經過對噴淋層支管及噴嘴的堵塞物進行分析，確認堵塞物為吸收塔防腐鱗片及石膏垢片，其中以石膏垢片為主[2].

2 噴淋層噴嘴堵塞的原因

針對一級脫硫塔噴淋層噴嘴嚴重堵塞，結合現場實際運行情況,從堵塞物防腐鱗片及石膏垢片的產生以及進入噴淋層噴嘴的途徑著手，對造成一級脫硫塔噴淋層噴頭嚴重堵塞的原因進行分析。

2.1 一級塔設計容積偏小，漿液密度高

脫硫裝置的一級塔為常規噴淋塔，設計漿池容積為1 639 m3，由于吸收塔起泡溢流，吸收塔實際運行中的液位低于設計液位，實際漿液量約為1 300 m3. 一級塔配置有兩臺漿液循環泵，流量分別為13 000 m3/h、8 500 m3/h.

由于脫硫吸收塔防腐層內襯玻璃鱗片短時受熱溫度極限不超過85 ℃，吸收塔內部的煙氣溫度依靠塔內噴淋的漿液來降溫，為防止一級塔單臺漿液循環泵運行中突發故障而跳閘，導致高溫煙氣直接進入吸收塔而損壞吸收塔防腐材料，因此，一級吸收塔的兩臺漿液循環泵采用同時運行的工作方式。

依據漿液循環停留時間計算公式[3]：

式中：

T—漿液循環停留時間，min；

V—吸收塔正常運行液位對應的吸收塔漿池容積，m3；

q—總循環漿液，m3/h.

計算可知，脫硫一級塔漿液實際循環停留時間為3.63 min. 塔漿液循環停留時間短，導致漿液中石灰石與SO2反應生成的CaSO3沒有足夠的時間氧化成CaSO4，石膏結晶時間短，晶體偏小，石膏脫水困難。一級塔是石膏的主要生成區，石膏不能及時外排，吸收塔漿液長期維持高密度運行，為石膏垢的生成創造了條件。

2.2 漿液pH值波動劇烈

脫硫裝置的一級塔高度為25.4 m，二級塔高度為40.5 m，存在一定的高度差。兩塔的石灰石漿液供漿管路共用一根母管，通過控制兩塔供漿電動門的開/關對兩塔補充新鮮石灰石漿液[4]. 因一級塔跟二級塔存在高差，當兩塔供漿電動門同時打開時，不能實現同時給一、二級吸收塔補充石灰石漿液，因此，機組正常運行時，二級塔供漿電動門常開,通過手動開/關一級塔供漿電動門，為一、二級吸收塔輪流補漿。

一級塔設計脫硫效率較高，可達到80%左右，由于吸收塔供漿方式不能實現自動，通過手動方式供漿，吸收塔漿液pH值不易維持穩定，pH值經常在4.0～5.2，二級塔處理漿液硫分較少，漿液pH值相對穩定，pH可控制在5.2～5.6. 當機組負荷及脫硫裝置入口硫分變化時，一級塔吸收塔漿液pH值在3.5～5.5波動。低pH值時，亞硫酸鹽溶解度急劇上升，硫酸鹽溶解度略有下降，會有大量石膏在很短時間內大量產生并析出，產生硬垢。高pH值時，石灰石的溶解度較小，容易生成軟垢[5]. 一級塔漿液pH值的劇烈波動，同樣為石膏垢的生成創造了條件。

2.3 吸收塔部分防腐材料脫落

為了防止漿液、煙氣對吸收塔壁及噴淋層支撐梁的腐蝕，在吸收塔表面均刷有防腐材料，防腐材質為玻璃鱗片膠泥。由于吸收塔塔壁周邊噴淋層部分噴嘴安裝角度不合適，對塔壁沖刷比較嚴重，導致塔壁防腐層脫落嚴重。另一方面，包裹在噴淋層支撐梁防腐材料外部的PP板未用抱箍加固，經常因漿液的沖刷而脫落，失去對支撐梁防腐材料的保護作用，導致噴淋層支撐梁防腐層脫落，進入漿液中。

2.4 漿液循環泵入口濾網變形

#1、#2機組分別于2018年4月、9月投產發電，吸收塔內的石膏垢及雜物僅在大修時清理。機組的長時間運行，導致石膏垢片及雜物在吸收塔內大量沉積，對漿液循環泵入口濾網造成堵塞，使循環泵入口濾網通流截面減小，一級吸收塔兩臺漿液循環泵同時運行，經常出現搶漿現象，導致漿液循環泵運行中頻繁出現振動值超限。為避免因振動值超限而損壞設備，運行過程中需要對漿液循環泵入口濾網頻繁進行反沖洗，以便清潔濾網，增大通流截面。頻繁對漿液循環泵入口濾網進行反沖洗，使漿液循環泵入口濾網變形，與吸收塔塔壁之間出現不同程度的縫隙，吸收塔漿液中的石膏垢片及防腐鱗片通過該縫隙，經由漿液循環泵至噴淋層噴嘴處堵塞噴嘴，進而堵塞噴淋層支管。

綜上所述，一級吸收塔長期維持高密度運行，漿液pH值波動劇烈，為漿液中石膏垢的生成提供了條件；防腐層的脫落，造成漿液中存在大量防腐鱗片。漿液中的石膏垢片及防腐鱗片通過變形的漿液循環泵入口濾網與塔壁之間的縫隙，進入噴淋層，造成噴淋層噴嘴及支管堵塞。

3 防止脫硫塔噴淋層噴嘴堵塞的措施

1) 優化吸收塔漿液排出方式，延長石膏晶體結晶時間。

在每臺機組的一級脫硫塔兩臺石膏排出泵出口母管增加一路管線至二級脫硫塔，石膏脫水系統停運時，將一級脫硫塔部分漿液通過石膏排出泵排放至二級脫硫塔，然后通過二級塔的漿液平衡泵輸送至一級塔，延長一級塔漿液的循環停留時間，從而延長石膏晶體的結晶時間，以利于晶體長大，提高石膏脫水系統的出力，降低一級吸收塔漿液密度，減小石膏垢的生成量。

2) 控制吸收塔pH值，減小波動范圍。

機組檢修期間，分別在每臺機組的一級脫硫塔及二級脫硫塔供漿管路上增加調節閥及流量計，通過調整供漿調節閥的開度，進而控制一級、二級吸收塔的供漿量，實現兩塔同時供漿，以便維持各塔的pH值在適當的范圍內[5]. 運行中，一級脫硫塔的pH控制在4.6～5.0，二級脫硫塔的pH控制在5.2～5.6，一級脫硫塔pH的波動范圍明顯縮小，有利于減小石膏垢的生成量。

3) 避免吸收塔防腐材料脫落。

根據噴淋層噴嘴周邊塔壁防腐材料的脫落情況，調整對吸收塔塔壁沖刷嚴重的噴嘴的安裝角度，以減輕對塔壁防腐層的沖刷。同時，在噴淋層支撐梁包裹的PP板頂部覆蓋3 mm厚的2205不銹鋼板，并用同材質的不銹鋼板做成的方環(方環每邊的寬度均為10 cm)抱箍，對噴淋層支撐梁的PP板及頂部的不銹鋼板進行固定，有效防止噴淋層支撐梁防腐材料的脫落。

4) 減少漿液循環泵入口濾網的反沖頻次。

機組臨修期間對一級吸收塔塔壁及循環泵入口濾網石膏垢片等雜物進行清理，以緩解一級脫硫塔的運行壓力，減少漿液循環泵入口濾網的反沖頻次。

另一方面，運行人員根據設備運行工況，當漿液循環泵發生運行電流、壓力等參數下降，振動值超限時，可通過添加少量脫硫專用消泡劑(添加量為2 000 mL/次)緩解，以延長漿液循環泵入口濾網的反沖洗周期，減少反沖洗頻次，避免濾網因過度反沖洗而變形。

4 結 語

針對古交西山發電公司一級脫硫塔噴淋層噴嘴嚴重堵塞的問題，根據現場實際運行情況，分析了造成噴淋層噴嘴嚴重堵塞的原因并提出了相應的解決措施，有效緩解了脫硫塔噴淋層噴嘴出現大面積嚴重堵塞的情況，保證了機組的安全穩定運行。該措施適用于采用一爐兩塔，尤其是一級塔設計容積偏小，雙塔雙循環脫硫工藝的同類電廠。