燃煤电厂湿法脱硫吸收塔除雾器堵塞分析

湿法脱硫广泛应用于燃煤电厂中,吸收塔中的除雾器是湿法脱硫装置的重要组成部件。在实际运行中,除雾器堵塞时有发生,轻则造成烟气系统阻力增大,机组被迫限负荷或停机,重则引发除雾器坍塌的恶性事件。

上安电厂4号机组为国产330 MW燃煤机组,于2015年完成超低排放升级改造。脱硫工艺采用石灰石-石膏烟气湿法脱硫,吸收塔型式为喷淋式,与对应的锅炉形成一炉双塔方式布置,两塔之间为串联。一级塔除雾器在塔内顶部竖直布置,为一级屋脊式除雾器加一级管式除雾器竖直布置,屋脊式除雾器分布在上,管式除雾器分布在下。上部的屋脊式除雾器设置上下两层各五组冲洗水,下部的管式除雾器未设置冲洗水。就地采用一组差压式变送器,将烟气侧差压数据实时远传至脱硫上位机画面。一级塔除雾器设计差压为126 Pa,实际运行中100%负荷差压为140～150 Pa。

2019年1月10日,通过U形管就地实测4号机组85%负荷期间一级塔除雾器烟气侧差压达830 Pa,且以每7 d增大约120 Pa的速率上涨,威胁机组安全运行。通过采取提高除雾器冲洗频次、置换浆液降密度、增加脱硫添加剂降酸碱值等手段,减小除雾器烟气侧差压。截止至2019年1月26日4号机组临停,4号机组一级塔除雾器烟气侧差压较1月10日同负荷工况减小约300 Pa。

1月28日,开塔检查发现管式除雾器局部堵塞严重,约占整个截面的1/3,屋脊式除雾器四周堵塞相对严重,管式及屋脊式除雾器均无坍塌。由经验判断,除雾器整体堵塞程度与实测差压基本相符。

2.1 冲洗流量小、压力低

除雾器冲洗装置可及时将除雾器上的垢层冲洗干净,防止垢层堆积,其冲洗流量及压力直接决定冲洗效果的好坏。

对4号机组一级塔除雾器进行冲洗试验,冲洗前除雾器冲洗水泵电流为68 A,压力为0.8 MPa,冲洗试验结果见表1。

表1   4号机组一级吸收塔除雾器冲洗试验结果

追溯4号机组最近一次检修后运行调试记录,一级塔除雾器冲洗流量及压力与表1无明显差异。冲洗压力均大于0.2 MPa,流量正常,满足冲洗要求。2019年1月31日进行现场冲洗试验,除末端喷嘴堵塞外,冲洗效果整体正常,可以排除除雾器冲洗流量小、压力低导致堵塞。

2.2 进入吸收塔烟气含尘量高

当脱硫装置入口粉尘含量提高时,进入和黏结在除雾器上的粉尘也会增多。粉尘与烟气中的残余三氧化硫、二氧化硫,以及吸收塔内的浆液相互反应,形成类似水泥的硅酸盐。另一方面,飞灰本身的三氧化二铝、二氧化硅及可溶性盐也会在除雾器折流板上形成硬垢,很难冲洗干净。

查阅2018年全年4号机组脱硫装置入口粉尘浓度数据,月均值均低于设计值(40 mg/m3),可以排除吸收塔内烟气含尘量高导致堵塞。

2.3 吸收塔浆液密度、酸碱值控制不当

吸收塔浆液密度高,容易导致石膏过饱和析出,随烟气附着在除雾器上形成堵塞。浆液酸碱值高,容易加剧浆液中的硫酸钙在除雾器叶片上结晶。浆液中过多的碳酸钙随着烟气在除雾器上被捕集,与烟气中残余的二氧化硫产生二次反应,会生成石膏,积垢堵塞除雾器。

查阅2018年全年的4号机组一级塔浆液密度及酸碱值数据,浆液密度的月均值都控制在1 120 kg/m3～1 160 kg/m3范围内,酸碱值的月均值都控制在5.2～5.8范围内,满足设计要求,可以排除吸收塔浆液密度、酸碱值控制不当导致堵塞。

2.4 除雾器冲洗频次不足

如除雾器得不到有效冲洗,石膏颗粒、石灰石、烟尘等最终会在除雾器上形成致密的硬垢,且越积越多,最终导致除雾器堵塞。调阅故障前三个月每班一级塔除雾器冲洗历史数据,发现每班冲洗频次基本能达到两次及以上,满足设计要求,可以排除除雾器冲洗频次不足导致堵塞。

2.5 浆液循环泵顶部喷淋层破损,浆液携带增加

塔内浆液循环泵顶部喷淋层破损,原本向下喷淋的浆液变为向上喷淋,致使相邻的管式除雾器堵塞,导致除雾器烟气侧差压增大。2018年8月,在处理4号机组一级塔除雾器烟气侧差压测量装置缺陷时,打开除雾器下部测孔,发现测孔处向外异常灌浆,如图1所示,由此怀疑塔内喷淋层破损。

笔者分析,顶层浆液循环泵喷淋支管破损,烟气携带的浆液大幅增加,导致相邻的管式除雾器发生局部堵塞。

2.6 浆液品质差,亚硫酸钙含量偏高

浆液品质差,亚硫酸钙含量偏高,由于自身黏性,随烟气附着在除雾器折流板上,形成结垢,堵塞除雾器。查阅故障前三个月化学浆液品质监督表,4号机组一级塔浆液亚硫酸钙共发生四次超标,情况如下:① 2018年10月未发生超标;② 2018年11月发生超标一次,时间周期为11月7日～11月13日;③ 2018年12月发生超标三次,时间周期分别为12月3日～12月6日、12月16日～12月19日、12月22日～12月25日。

笔者分析,受相邻机组缺陷影响,相邻机组产生的含有亚硫酸钙的滤液随公用系统进入4号机组吸收塔浆池,导致4号机组亚硫酸钙含量部分时段超标,亚硫酸钙随烟气附着在除雾器上,堵塞除雾器。开塔后取出的管式除雾器堵塞垢样中,半水亚硫酸钙含量为9.47%,因此可以验证4号机组一级塔部分时段浆液亚硫酸钙含量偏高为除雾器堵塞的原因之一。

2.7 原因小结

结合现场试验、垢样化验报告及查阅相关资料,分析造成4号机组脱硫一级塔除雾器烟气侧差压增大的主要原因有两点。第一,塔内浆液循环泵顶部喷淋层破损,原本向下喷淋的浆液变为向上喷淋,烟气携带浆液量大幅增加,为除雾器堵塞提供载体框架,使浆液中的碳酸钙、石膏等物质迅速在折流板处形成堵塞物,因管式除雾器未布置冲洗水,堵塞物不能得到有效冲洗,烟气通流面积减小,除雾器烟气侧差压增大。第二,浆液中亚硫酸钙含量偏高,亚硫酸钙呈黏性,随烟气夹带至除雾器,使堵塞加剧。

笔者利用检修机会对4号机组一级塔顶层喷淋层破损的支管进行修复,同时相邻机组的亚硫酸钙含量得到控制,机组运行四个月后,一级塔除雾器烟气侧差压未出现异常增大现象。

为预防除雾器堵塞,笔者提出如下应对措施:

(1) 按规定对吸收塔浆液密度、酸碱值、入口粉尘值等参数进行控制,及时准确做好化学浆液品质的监督,发现异常及时处理;

(2) 加强脱硫烟气沿程阻力的监视,制订相应阻力监视表,做到有问题及时发现;

(3) 提高除雾器冲洗意识,合理布局脱硫水平衡,严格做到按规定冲洗,建立考核、监督机制;

(4) 除雾器压差计对除雾器的运行至关重要,建议远传至上位机的除雾器差压测点采用冗余设计,并形成定期疏通和校验制度,确保测孔畅通,差压显示准确;

(5) 脱硫喷淋层、除雾器及相关烟道做到逢停必检,发现异常及时分析处理;

(6) 新安装的管式除雾器建议同步配置除雾器冲洗装置。

笔者对燃煤电厂湿法脱硫吸收塔除雾器堵塞故障进行了分析,提出了应对措施。防止除雾器堵塞,除加强运行调整、重视除雾器烟气侧差压监视外,还应确保初期设计的合理性、逢停必检的必要性,这样才能使设备安全、可靠运行。