延長吸收塔干濕界面運(yùn)行周期的應(yīng)對(duì)措施

任雪鵬

（酒鋼集團(tuán)宏晟電熱公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

0 引言

酒鋼宏晟電熱公司熱力分公司現(xiàn)有3臺(tái)蒸發(fā)量為220 t/h燃煤鍋爐，鍋爐采用江西江聯(lián)能源環(huán)保股份有限公司的產(chǎn)品，其型式為高溫高壓、自然循環(huán)、四角切圓燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、緊身封閉、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、管式空氣預(yù)熱器、“Π”型布置的汽包煤粉鍋爐（摻燒10%高爐煤氣）。2012年建成投產(chǎn)，同步建設(shè)脫硫、除塵設(shè)施，煙囪出口SO2排放濃度為120～200 mg/m3，煙塵排放濃度為20～30 mg/m3；該鍋爐脫硫工藝采用石灰石-石膏濕法技術(shù)，項(xiàng)目建設(shè)時(shí)沒有同步建設(shè)脫硝裝置。由于鍋爐污染物煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度不能滿足環(huán)境保護(hù)部、國家發(fā)展和改革委和國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》中的要求。因此，2017年5月對(duì)3臺(tái)鍋爐脫硫、脫硝裝置進(jìn)行改造，提高熱力站脫硫石灰石漿液制備能力及供給能力，對(duì)熱力站脫硫系統(tǒng)的石灰石上料系統(tǒng)、石灰石漿液供給系統(tǒng)及漿液循環(huán)系統(tǒng)等進(jìn)行升級(jí)改造。熱力站#1-3鍋爐脫硝系統(tǒng)改造采用低氮燃燒改造+SCR煙氣脫硝工藝改造，以滿足國家環(huán)保要求。吸收塔實(shí)施單塔一體化脫硫除塵技術(shù)改造，利用原有吸收塔將現(xiàn)有噴淋層全部拆除，重新布置并由3層噴淋改造為4層噴淋，將屋脊式除霧器改造為管式除霧器，并在原煙道上方安裝一層湍流器。湍流器安裝于第一層噴淋層之前，位于吸收塔干濕界面之后，該裝置可實(shí)現(xiàn)氣液旋轉(zhuǎn)翻覆湍流空間，使煙氣、漿液和漿液內(nèi)的固體顆粒充分接觸，達(dá)到高效凈化煙氣的目的，增強(qiáng)脫硫吸收塔煙氣處理能力。

1 石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)工藝介紹

脫硫工藝采用石灰石-石膏濕法工藝，其特點(diǎn)是系統(tǒng)簡單、安全可靠、維修方便。石灰石通過制備系統(tǒng)制備合格的漿液存儲(chǔ)在石灰石漿液箱內(nèi)，運(yùn)行人員根據(jù)吸收塔內(nèi)漿液的pH定期向塔內(nèi)補(bǔ)充漿液。熱力站鍋爐吸收塔采用一爐一塔，吸收塔為逆流空塔，石灰石制漿系統(tǒng)的石灰石漿液由漿液循環(huán)泵經(jīng)噴淋層和霧化噴嘴自上而下打入塔內(nèi)，噴淋層經(jīng)設(shè)計(jì)可滿足塔體橫截面的全覆蓋。當(dāng)煙氣自下而上移動(dòng)與噴淋層噴射向下的漿液滴發(fā)生反應(yīng)，洗滌煙氣中的SO2、SO3、HF、HCl等有害氣體，并與來自吸收塔循環(huán)泵噴淋的漿液接觸反應(yīng)，漿液含有10%~20%的固體顆粒，主要是由石灰石、石膏及水中的其他惰性固體物質(zhì)組成[1]。噴淋漿液與煙氣反應(yīng)生成亞硫酸鈣后散落至吸收塔底部，被吸收塔底部的氧化風(fēng)機(jī)鼓入的空氣氧化成石膏（CaSO4·2H2O）漿液。漿液池中已生成的石膏漿液和新補(bǔ)充的石灰石漿液混合，再由塔體底部攪拌器進(jìn)行攪拌后由漿液循環(huán)泵循環(huán)利用。石膏不斷在塔底沉積并由石膏排出泵從塔底排出，經(jīng)脫水后收集再利用。石灰石-石膏濕法工藝對(duì)煤種變化的適應(yīng)性極強(qiáng)，運(yùn)行可靠，技術(shù)成熟，市場應(yīng)用占比較大，同時(shí)吸收劑資源豐富，價(jià)格便宜，副產(chǎn)品便于綜合利用，工藝整體脫硫效率可達(dá)到95%以上，同時(shí)兼有除塵效果，普遍使用于火力發(fā)電廠。脫硫工藝流程如圖1所示。

圖1 脫硫工藝流程

2 吸收塔現(xiàn)狀分析及問題說明

石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)的核心就是脫硫吸收塔，熱力站脫硫裝置采用一爐一塔，每套脫硫裝置的煙氣處理能力為一臺(tái)鍋爐100%BMCR工況時(shí)的煙氣量。煙氣通過含有石灰石漿液的吸收塔漿液噴淋洗滌，脫除煙氣中的SO2，以滿足煙氣中SO2排放要求。鍋爐燃燒后排放含有SO2的未飽和煙氣，經(jīng)過原煙道進(jìn)入吸收塔內(nèi)，在吸收塔內(nèi)經(jīng)過湍流器、噴淋脫硫、除霧器除塵除水后，合格的煙氣通過煙囪排放至大氣中[2]。進(jìn)入吸收塔的煙氣雖經(jīng)過初步除塵處理，但煙氣中仍含有部分粉塵，在煙道與吸收塔入口結(jié)合面處，煙氣與循環(huán)噴淋的漿液相接觸形成一個(gè)干濕界面區(qū)域。吸收塔入口源煙氣溫度通常為90～110℃，當(dāng)原煙氣從干燥環(huán)境轉(zhuǎn)入潮濕環(huán)境時(shí)，含有石灰石和石膏的循環(huán)漿液在高溫?zé)煔獾淖饔孟略谖账肟跓煹兰八谔幈谎杆僬舭l(fā)脫水，極易形成固體沉積物（俗稱結(jié)垢）。不僅如此，當(dāng)原煙氣中的SO2及O2含量較高時(shí)，沉淀物中的亞硫酸鈣氧化后形成石膏，石膏與其他結(jié)垢不斷在干濕結(jié)合面處堆積從而形成極為堅(jiān)硬的固體沉積物造成堵塞。當(dāng)干濕結(jié)合面處堵塞加劇后吸收塔壓差上升、煙氣流通不暢造成鍋爐主設(shè)備運(yùn)行能力和帶負(fù)荷能力逐步下降，最終導(dǎo)致被迫停運(yùn)，造成發(fā)電量損失[3]。熱力站脫硫吸收塔每次檢修投運(yùn)3~4個(gè)月后就出現(xiàn)因吸收塔干濕界面堵灰而造成鍋爐減負(fù)荷的情況，運(yùn)行4~5個(gè)月就必須安排停運(yùn)清灰檢修。單臺(tái)鍋爐停運(yùn)行清灰，需冷爐3 d并將塔內(nèi)漿液放凈，方可進(jìn)行清除灰垢作業(yè)，每次作業(yè)均需組織15人次倒班作業(yè)，現(xiàn)場組織時(shí)間長、作業(yè)難度大，制約了整體檢修工期。鍋爐被迫停運(yùn)極大影響熱力站鍋爐帶負(fù)荷能力和鍋爐運(yùn)行周期，給宏晟公司生產(chǎn)組織造成極大的影響和被動(dòng)局面。

3 解決問題的思路及應(yīng)對(duì)措施

吸收塔塔體與原煙道處的干濕界面堵灰問題，是吸收塔自身設(shè)計(jì)、安裝存在的一個(gè)弊端，目前仍未有更好的辦法徹底解決，但可以通過機(jī)械除垢和水利除垢兩種方法緩解原煙道處的干濕界面堵灰問題。

3.1 機(jī)械除垢法

在原煙道處安裝聲波吹灰器或蒸汽吹灰器，利用吹灰器定期投運(yùn)的方式，消除和減少原煙道處的干濕界面堵灰。聲波吹灰器除垢和清灰的效果較好，但頻繁使用聲波會(huì)對(duì)吸收塔及煙道整體構(gòu)架造成損傷，考慮到長期投運(yùn)和安全問題，不建議使用此方案。

在原煙道處安裝蒸汽吹灰器，蒸汽吹灰器除垢和清灰的效果較好，但該設(shè)備對(duì)蒸汽氣源的品質(zhì)要求較高，一般吸收塔周圍無該品質(zhì)氣源，需從鍋爐側(cè)接引至吸收塔區(qū)域。設(shè)備采購和管道接引均需投入一定費(fèi)用，改造成本較高，而且蒸汽吹灰器能耗較大，還要額外申請(qǐng)專項(xiàng)費(fèi)用。同時(shí)，蒸汽吹灰器投運(yùn)溫度較高，吸收塔原煙道均有防腐層，使用后將會(huì)對(duì)該處防腐層造成破壞，因此也不建議使用此方案。

3.2 水利除垢法

水利除垢法多用于濕式除塵，吸收塔及煙道處環(huán)境與濕式除塵環(huán)境類似，可借鑒前期項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，且該技術(shù)較為成熟。采用水利除垢不受吸收塔溫度和防腐層的制約，吸收塔周圍水源較為充沛，不需要大量改造和投入，且改造成本低，不需要申請(qǐng)專項(xiàng)改造費(fèi)用，方案整體可行。

4 實(shí)施方案及效果

吸收塔與原煙道干濕界面是由于塔內(nèi)漿液自上而下散落在煙道入口處而形成的，可以在不影響煙氣通流的情況下，采用遮擋的方式減少漿液在煙道入口處的散落量和散落面積。此方式不會(huì)對(duì)漿液使用量產(chǎn)生影響，散落的漿液回流至吸收塔底部，進(jìn)行循環(huán)利用。遮擋時(shí)需考慮不得影響吸收塔整體通流和漿液與煙氣反應(yīng)。經(jīng)專業(yè)人員現(xiàn)場探測和分析，在吸收塔煙氣入口上方進(jìn)行遮擋的方式可行。此方式既可保證脫硫漿液的循環(huán)利用，又可以減緩煙道干濕界面灰垢的堆積。同時(shí)，在塔內(nèi)裝設(shè)一套干濕界面沖洗裝置，實(shí)施效果更為顯著。

4.1 實(shí)施方案

在脫硫吸收塔與煙道入口處的上方湍流器安裝遮擋裝置，遮擋裝置包括6個(gè)遮擋板，遮擋板均勻設(shè)置于脫硫吸收塔壁內(nèi)側(cè)，遮擋板的一端與脫硫吸收塔固定連接，另一端向脫硫吸收塔中央延伸，遮擋裝置與吸收塔要確保嚴(yán)密，遮擋板之間連接也應(yīng)嚴(yán)密，確保各部嚴(yán)密無滲漏[4]。遮擋板要有一定的傾斜角度，角度在10°～15°，否則將影響煙氣通流或造成塔內(nèi)煙氣擾動(dòng)，影響煙氣脫硫效果。在吸收塔入口煙道內(nèi)部安裝一套干濕界面沖洗裝置，該沖洗裝置水源就近取工業(yè)水源，水源壓力為0.6 MPa，沖洗管道距離干濕界面1 m為宜。沖洗管道靠近原煙道底面但不接觸，沖洗管道上設(shè)置若干噴嘴，噴嘴的開口扁平，開口朝向脫硫吸收塔；沖洗管道的長軸與原煙道的縱軸相互垂直布置。沖洗管道的進(jìn)水端設(shè)置進(jìn)水管，進(jìn)水管穿設(shè)于脫硫吸收塔或原煙道的外壁上，進(jìn)水管上設(shè)置閥體。噴嘴為不銹鋼霧化噴嘴，噴嘴的寬度為58 mm，厚度為15 mm，噴淋5 m范圍內(nèi)均布6個(gè)噴嘴。沖洗裝置側(cè)視如圖2所示，沖洗裝置俯視如圖3所示。

圖2 沖洗裝置側(cè)視

圖3 沖洗裝置俯視

干濕界面沖洗裝置能夠有效解決脫硫入口煙道與吸收塔的干濕界面堵灰的難題，從而延長鍋爐運(yùn)行周期。沖洗管道和噴嘴與外置沖洗閥門連接，可就近接入生產(chǎn)工業(yè)水管。沖洗管道的選擇根據(jù)吸收塔直徑和現(xiàn)有工業(yè)水源來確定。沖洗裝置的投運(yùn)周期可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況確定，目前熱力站吸收塔干濕結(jié)合面處每4 h進(jìn)行一次在線沖洗。經(jīng)沖洗裝置沖洗后可達(dá)到減少沉積物堵塞煙道、消除灰垢的目的；在吸收塔入口煙道裝設(shè)的遮擋裝置能夠?qū)⒏蓾窠Y(jié)合面后移至吸收塔內(nèi)0.5 m處，使沉積物可落入吸收塔內(nèi)溶解。沖洗水和遮擋后的漿液均可實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。

4.2 應(yīng)用效果

在吸收塔入口煙道干濕界面加裝沖洗裝置，其特點(diǎn)在于所用沖洗水為吸收塔用的工業(yè)水源，沖洗所用的沖洗水可作為吸收塔漿液的補(bǔ)水，可經(jīng)工廠循環(huán)使用，不會(huì)造成用水量和生產(chǎn)成本的增加。同時(shí)，在沖洗裝置和遮擋板的雙重作用下，可以有效增強(qiáng)吸收塔除塵、降塵效果，提高煙氣潔凈度。上述裝置均可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況現(xiàn)場制作，投入成本低，施工工期對(duì)主體檢修工期不造成影響，正常設(shè)備維護(hù)工期即可滿足現(xiàn)場施工要求。同時(shí)，項(xiàng)目實(shí)施后可極大地保證了熱力站鍋爐運(yùn)行周期，將原來4~5個(gè)月的運(yùn)行周期，延長至7~8個(gè)月。項(xiàng)目實(shí)施后每年可節(jié)約吸收塔入口煙道清灰、防腐人工費(fèi)用約5.4萬元，提高發(fā)電量約610.4萬kW·h，全年共計(jì)創(chuàng)效158萬元。本方案可廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電、石油化工、冶金冶煉等行業(yè)的石灰石-石膏濕法脫硫吸收塔堵灰整治，具有很好的推廣價(jià)值。

5 結(jié)語

綜合上述分析，延長吸收塔干濕界面運(yùn)行周期方案是解決石灰石-石膏濕法脫硫吸收塔原煙道堵灰的行之有效的措施。該措施實(shí)施后可減緩因堵灰造成煤粉鍋爐減負(fù)荷運(yùn)行壓力，雖然不能徹底根除堵灰問題，但是鍋爐運(yùn)行期間通過沖洗裝置投入和干濕界面的延伸處理，可以保證一定的運(yùn)行周期，緩解鍋爐運(yùn)行壓力，更有利于鍋爐調(diào)整和延長周期安全運(yùn)行。此方案實(shí)施后極大地扭轉(zhuǎn)熱力站鍋爐運(yùn)行期間的被動(dòng)局面，提高鍋爐帶負(fù)荷能力，延長鍋爐安全穩(wěn)定周期，在一定程度上減少了現(xiàn)場檢修頻次和人力的投入，有效降低生產(chǎn)成本。同時(shí)，該方案可在一定程度上進(jìn)行推廣應(yīng)用。