陳 剛

（華能國際電力股份有限公司長興電廠，浙江 湖州 313100）

0 引言

煙氣脫硫（FGD）技術(shù)發(fā)展至今，已有幾十年以上的歷史.隨著人們對二氧化硫危害的認(rèn)識和環(huán)境法規(guī)的不斷趨于嚴(yán)格，F(xiàn)GD技術(shù)在燃煤電廠中得到了廣泛的應(yīng)用，而FGD技術(shù)本身也得到了長足的進(jìn)步，其中大多數(shù)國家采用燃燒后煙氣脫硫工藝（FGD）［1］，煙氣脫硫（FGD）則以濕式石灰石（石灰）－石膏法脫硫工藝作為主流，目前國內(nèi)在建和已建成的電廠煙氣脫硫工程基本上采用該方法，經(jīng)過長期的發(fā)展與初期相比，基建投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用價格更低，可靠性更高，這些工藝已更為穩(wěn)定、優(yōu)化，但結(jié)垢、腐蝕和堵塞等問題仍然存在.

1 濕式石灰石（石灰）－石膏法脫硫工藝

脫硫裝置按一爐一塔布置，每臺脫硫裝置的煙氣處理能力為相應(yīng)鍋爐BMCR工況時的100%煙氣量，脫硫效率按≥95%設(shè)計.煙氣中SO2的去除在吸收塔內(nèi)進(jìn)行，吸收塔為噴淋空塔（見圖1），第1期吸收塔設(shè)計有3層噴淋裝置，每層噴淋裝置對應(yīng)1臺漿液循環(huán)泵.

從鍋爐來的原煙氣經(jīng)過增壓風(fēng)機(jī)后，進(jìn)入吸收塔向上與噴淋下來的漿液充分接觸，煙氣中的SO2、SO3、HCL、HF等酸性成分被吸收，之后煙氣經(jīng)兩級除霧器除去所含霧滴，流出吸收塔的煙氣由煙囪直接排放.一期脫硫裝置沒有設(shè)置煙氣加熱器.

外購的石灰石塊運(yùn)至電廠綜合碼頭后，通過卸運(yùn)、磨制成325目石灰石粉并儲存在石灰石粉倉.石灰石粉由罐車送到石灰石日用粉倉，再經(jīng)粉水混合器配置成30%濃度的石灰石漿液作為吸收劑.

圖1 噴淋空塔

吸收塔中的石灰石漿液通過漿液循環(huán)泵從噴咀噴出，與煙氣中的SO2接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成亞硫酸鈣.氧化風(fēng)機(jī)送出的氧化空氣經(jīng)過噴水增濕后進(jìn)入吸收塔，將亞硫酸鈣強(qiáng)制氧化并結(jié)晶生成石膏.吸收塔內(nèi)的石膏經(jīng)石膏排出泵送到石膏旋流器進(jìn)行一級脫水，其濃度為50%的底流，進(jìn)入真空皮帶進(jìn)行再次脫水至含水量小于10%的石膏，通過輸送機(jī)至石膏庫儲存.部分石膏旋流器的溢流再經(jīng)廢水旋流器處理，其溢流通過廢水泵送至廢水處理系統(tǒng).

吸收塔主要發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有：

2 干濕界面層結(jié)垢的形成

濕式石灰石（石灰）—石膏法脫硫系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)常遇到的最嚴(yán)重問題是結(jié)垢和堵塞，該問題從火電廠首次采用濕法脫硫以來就一直存在.華能玉環(huán)電廠第1期2×100 MW超超臨界機(jī)組FGD裝置的吸收塔，由碳鋼制作，內(nèi)表面采用玻璃鱗片的防腐設(shè)計，進(jìn)氣孔朝向吸收塔有一定的向下傾斜坡度，吸收塔的布局根據(jù)具體功能分為：吸收區(qū)、脫硫產(chǎn)物氧化區(qū)和除霧區(qū)，在歷次定修、臨停檢修中，吸收塔入口干濕界面層區(qū)域結(jié)垢最為嚴(yán)重.華能玉環(huán)電廠第1期FGD吸收塔本體技術(shù)數(shù)據(jù)表見表1.

表1 第1期FGD吸收塔本體技術(shù)數(shù)據(jù)表

玉環(huán)電廠采用強(qiáng)制氧化工藝，吸收塔漿液池的容積較大，通過石膏排出泵降低塔內(nèi)石膏密度需要有一定的時間，漿液中CaSO4處于輕度過飽和狀態(tài)，此時漿液再通過吸收區(qū)后，石膏終產(chǎn)物超過了懸浮液的吸收極限，石膏就會以晶體的形式開始沉積，當(dāng)相對飽和濃度達(dá)到一定值時，石膏晶體將在懸浮液中已有的石膏晶體表面進(jìn)行生長，當(dāng)飽和度達(dá)到更高值時，就會形成晶核，晶體也會在其它各種物體表面生長，尤其在吸收塔入口干濕界面層，當(dāng)漿液中CaSO4過飽和時會在其表面析出結(jié)晶形成石膏垢.

入爐煤種的熱值、含硫量及機(jī)組負(fù)荷有較大的變化和測量設(shè)備的準(zhǔn)確性，會造成吸收漿液p H值的劇烈變化，實際漿液p H值低時，亞硫酸鹽溶解度急劇上升，硫酸鹽溶解度略有下降，會有石膏在很短時間內(nèi)大量產(chǎn)生并析出，產(chǎn)生硬垢.高p H值亞硫酸鹽溶解度降低，會引起亞硫酸鹽析出，產(chǎn)生軟垢，而在堿性p H值運(yùn)行會產(chǎn)生碳酸鈣硬垢［2］.

煙氣沿入口截面下傾的干濕界面進(jìn)入吸收塔內(nèi)，由于入口段突擴(kuò)的作用，使入口段下方產(chǎn)生逆時針方向的渦流，為結(jié)垢堆積提供了物質(zhì)與空間，煙氣攜帶的粉塵和漿液在此積累，CaSO3·1／2 H2O軟垢會逐漸氧化成CaSO4·2H2O，再加上熱煙氣的蒸發(fā)作用，迅速形成硬垢，當(dāng)煙氣中粉塵較多時，干濕界面處的結(jié)垢極為嚴(yán)重.同時，更難解決的是CaSO4·2 H2O一旦形成結(jié)垢，會逐漸持續(xù)的擴(kuò)大且非常堅硬，這種硬垢不能用降低p H值的方法溶解掉，必須用機(jī)械的方法清除.

3 干濕界面層結(jié)垢對吸收塔及設(shè)備的危害

在濕式石灰石（石灰）—石膏法脫硫系統(tǒng)，干濕界面層的結(jié)垢有滾雪球現(xiàn)象，迅速發(fā)展擴(kuò)大，不單單是堵塞煙道，阻礙了煙氣流通面積，增加煙氣系統(tǒng)壓降，同時改變煙氣的停留時間和均勻分布，加劇煙氣的旋轉(zhuǎn)及壁面效應(yīng)，而且對增壓風(fēng)機(jī)、漿液循環(huán)泵、氧化風(fēng)管、攪拌器等設(shè)備的正常工作帶來安全隱患，并嚴(yán)重影響干濕界面煙道的正常承載能力，危及脫硫系統(tǒng)安全運(yùn)行.

3.1 對增壓風(fēng)機(jī)的影響

結(jié)垢堆積在干濕界面層，造成煙氣壓力損失陡增，煙氣流量下降，降低風(fēng)機(jī)的效率，并導(dǎo)致最小流量工況時風(fēng)機(jī)處在喘振區(qū)運(yùn)行的不穩(wěn)定狀態(tài)，在失速下運(yùn)行會增加葉輪的負(fù)載，產(chǎn)生劇烈的振動，使葉片產(chǎn)生激振、疲勞斷裂，喘振可使葉輪壓盤的螺栓被震斷或松動，主軸承箱的軸承損壞，直到系統(tǒng)退出正常運(yùn)行.

3.2 對漿液循環(huán)泵、氧化風(fēng)管、攪拌器等設(shè)備的影響

結(jié)垢發(fā)生在干濕界面層，不斷的堆積、擴(kuò)大，軟垢與硬垢交錯疊加，達(dá)到一定的量，在自身的重力與向下煙氣、漿液作用下脫落，大塊的結(jié)垢層可以砸傷塔內(nèi)側(cè)入式攪拌器和氧化風(fēng)機(jī)茅槍管，使設(shè)備損壞，并且脫落的結(jié)垢層引起漿液循環(huán)泵、石膏排出泵濾網(wǎng)堵塞，能降低液氣比與不利于塔內(nèi)漿液石膏濃度的降低，最終使脫硫效率降低.

3.3 對吸收塔本體的影響

結(jié)垢發(fā)生在干濕界面層煙道，由于結(jié)垢層不斷變干變厚，堆積的重量改變了吸收塔本體應(yīng)力分布，超出干濕界面煙道的正常承載能力，長期會使吸收塔本體局部變形，煙氣接口錯位，嚴(yán)重影響吸收塔安全運(yùn)行.結(jié)垢附著在玻璃鱗片內(nèi)襯表面，當(dāng)人工清理時，容易撕裂防腐層或工器具碰傷防腐層，造成腐蝕，另外，不銹鋼內(nèi)襯表面，由于結(jié)垢阻止了氧氣的進(jìn)入，導(dǎo)致不銹鋼表面發(fā)生應(yīng)力腐蝕和點(diǎn)蝕［2］，當(dāng)氯離子濃度高時更為明顯.

4 解決干濕界面層結(jié)垢的措施

玉環(huán)電廠第1期脫硫系統(tǒng)吸收塔入口干濕界面煙道在多次檢修檢查中發(fā)現(xiàn)沉積大量石膏垢，常規(guī)對結(jié)垢可以通過嚴(yán)格控制漿液的p H值、石灰石利用率、優(yōu)化液氣比、提高鎂離子濃度、添加有機(jī)酸等措施來防止［2］，但在實際長期運(yùn)行過程中，由于種種原因儀器儀表故障、閥門內(nèi)漏操作失靈，鍋爐燃燒高硫份煤質(zhì)，控制干濕界面結(jié)垢形成效果不明顯，因此在吸收塔干濕界面層設(shè)間隙沖洗系統(tǒng)，使結(jié)垢還處于松軟狀態(tài)時及時沖洗掉是行之有效的措施.

干濕界面層控制結(jié)垢的技術(shù)方案：

吸收塔干濕界面加裝沖洗水的水源從吸收塔頂部的除霧器沖洗水管道引出，至吸收塔入口干濕界面煙道側(cè)面.管道選用DN150襯膠管道（天然橡膠），并增加2個氣動蝶閥及相應(yīng)氣控系統(tǒng).

干濕界面沖洗水管系為：管道變徑為DN80，在煙道側(cè)面開孔至吸收塔干濕界面層沖洗（見圖2）.

圖2 吸收塔干濕界面沖洗水管系原理圖

吸收塔干濕界面沖洗水管系整套包括件1至件7，圖2為1臺套.

件1大小頭（DN80－150PN1.6，L＝200），用于聯(lián)接DN150進(jìn)水閥與DN80沖洗水管.

件2水封（DN80 PN1.6，L＝600），保證有足夠的下垂度封水以保護(hù)進(jìn)水閥免受高溫?zé)煔飧g.

件4穿倉短管（DN80 PN1.6，L＝400），焊接在煙道上，用于聯(lián)接件3彎頭于煙道內(nèi)沖洗水管組件.

件5為沖洗水管組件，總管尺寸為DN80 PN1.6，L＝14 000，按間隔400 mm朝吸收塔方向均勻布置支管、噴嘴（總管兩端另向煙道中部方向各布置1個支管、噴嘴），支管長度、噴嘴型號H3／8，確保咀佳沖洗效果，管道采用法蘭聯(lián)接.

件6、件7為抱箍和支撐，按實際需要數(shù)量均勻布置，支撐高度按500 mm布置.

因干濕界面煙氣腐蝕嚴(yán)重，沖洗水管系全部零部件（含緊固件、噴嘴）材質(zhì)為904 L，管材壁厚不小于5 mm.

吸收塔入口干濕界面煙道膨脹節(jié)排水口增加一個，在吸收塔塔壁上開孔增加斜上短節(jié)350 mm，內(nèi)部進(jìn)行防腐處理，與FRP材質(zhì)輸水管法蘭聯(lián)接，上部與排水口軟性聯(lián)接，接引至吸收塔內(nèi)部.

沖洗水系統(tǒng)邏輯控制為每4 h沖洗5 min.

5 結(jié)論

解決脫硫結(jié)垢的問題，不能單一從某一個角度解決問題，要綜合全面進(jìn)行分析，加強(qiáng)FGD系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控，嚴(yán)格控制漿液濃度、p H值在設(shè)計范圍內(nèi)，保證石灰石的質(zhì)量等，多管齊下，將取得的成果長周期的延續(xù)下去.

［1］曾庭華.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的安全性及優(yōu)化［M］.北京：中國電力出版社，2003.

［2］史曉玲.燃煤發(fā)電機(jī)組脫硫電價及脫硫節(jié)能設(shè)施建設(shè)、驗收、運(yùn)行監(jiān)測實施手冊［M］.北京：電力技術(shù)出版社，2007.