張曉玲，趙文亮，程家慶,王冬梅

(華電電力科學研究院，浙江 杭州 310030)

脫硫塔入口煙道干-濕交界面積垢原因分析及對策

張曉玲，趙文亮，程家慶,王冬梅

(華電電力科學研究院，浙江 杭州 310030)

以某660MW機組為例，對于石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)中脫硫塔入口干-濕交界面區(qū)域大量積垢的原因進行了研究，分析了該區(qū)域的垢樣組成，初步總結了脫硫塔入口煙道積垢的發(fā)生過程，并針對該問題提出了解決對策。合理加裝導流板來改善入口煙道氣流分布和優(yōu)化系統(tǒng)運行方式可以有效解決該問題。

脫硫塔；干-濕交界面；積垢；堵塞

1 概況

石灰石-石膏濕法脫硫技術是世界范圍內煙氣脫硫的主流技術，具有脫硫效率高，投資成本相對較低，系統(tǒng)適應性強等優(yōu)勢。但是在實際運行過程中，系統(tǒng)中接觸漿液以及濕煙氣的各個區(qū)域結垢、堵塞以及腐蝕問題極易發(fā)生[1]，一直未能得到有效的解決。由于我國火電廠大部分已取消了脫硫旁路，因此脫硫系統(tǒng)的運行情況將直接影響機組的正常運行。脫硫塔入口煙道為典型的干-濕交界面，極易發(fā)生結垢，甚至造成堵塞[2-3]。該區(qū)域結垢的發(fā)生與原煙氣含塵濃度、煙道的布置及氣流均勻性都有直接的關系[4-8]，同時入口煙氣流速對吸收塔內部流場分布也具有明顯的影響[9]。本文對某發(fā)電公司660MW機組出現(xiàn)的脫硫塔入口煙道干-濕交界面結垢堵塞原因進行深入研究，并提出了一系列解決對策，期望對于今后類似機組的類似問題起到指導和幫助作用。

某發(fā)電公司660MW超臨界直流爐，配套建設石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)。脫硫系統(tǒng)入口煙氣量2206020m3/h,入口煙溫120℃，入口煙氣SO2濃度6400mg/m3，入口煙氣粉塵濃度30mg/m3，脫硫系統(tǒng)主設備參數見表1。

表1 FGD主要設備選型參數

項 目數 值吸收塔直徑/m16.4吸收塔高度/m40.5噴淋層數4噴淋層間距/m2.20單臺循環(huán)泵流量/mg3·h-19600空塔煙氣流速/m·s-14.0液氣比15.45下層噴淋管與入口煙道上沿間距/m2.10

2 存在的問題

該發(fā)電公司660MW機組脫硫系統(tǒng)在歷次停機檢修中發(fā)現(xiàn)入口煙道干-濕交界面存在少量結垢現(xiàn)象，但是該系統(tǒng)在拆除GGH后，僅運行3個月后機組開始出現(xiàn)明顯異常，增壓風機入口壓力由原來的-800～-400Pa增長為正壓+400～700Pa，隨后在系統(tǒng)高負荷運行時，增壓風機出現(xiàn)明顯喘。為了減緩增壓風機的喘振，該機組只能降負荷運行，但是增壓風機電流與滿負荷時相差不多。機組停運檢修時從人孔門處發(fā)現(xiàn)垢物大量堆積導致該區(qū)域煙氣流通面積明顯減少，系統(tǒng)阻力大幅提高。同時檢修了除霧器，發(fā)現(xiàn)其未發(fā)生結垢和堵塞，因此可以確定增壓風機喘振的原因就是吸收塔入口煙道處大量積垢引發(fā)堵塞。

入口煙道內產生大量垢物不僅產生系統(tǒng)阻力，影響增壓風機的正常運行，同時改變了煙氣的停留時間和分布特性，對塔內氧化風管、攪拌器等設備的正常工作帶來安全隱患[10-11]。當垢量較大時，由于垢物的密度較大，還會嚴重影響煙道的正常承載能力，導致煙道變形，破壞入口煙道的防腐層。

3 干-濕交界面垢樣分析

為了分析垢物的來源，對于脫硫塔入口煙道干-濕交界面區(qū)域垢樣的晶相組成進行了分析化驗，結果如表2所示。對比分析了該系統(tǒng)石膏樣品和脫硫漿液固體物質成分，具體結果見表3。

表2 垢樣分析結果 %

表3 石膏及漿液所含固體分析結果 %

石膏是由脫硫循環(huán)漿液脫水制成，通過分析可知石膏與脫硫漿液中所含有的固體物質組成基本相同，石膏晶體為明顯的短柱狀，粒徑以40～60μm為主。入口煙道垢樣主要組成為硬石膏CaSO4、燒石膏CaSO4.1/2H2O、石灰石CaCO3，與脫硫石膏的元素組成較為相似，但是其晶體組成與石膏又大不相同，呈現(xiàn)為多孔狀混雜形態(tài)，其中存在大量片狀晶體結構和非晶相物質，且Mg、Si含量較高。初步分析脫硫塔入口煙道垢物主要來源于循環(huán)漿液，由于該區(qū)域為干-濕交界面，高溫原煙氣不斷沖刷垢樣表面，使其所含的結晶水丟失，同時由于入口煙氣還含有一定濃度的粉塵，粉塵與脫硫漿液中的硫酸鈣、亞硫酸鈣在高溫煙氣的作用下，反應生成了成分復雜的物質，形成了大量的硬垢。

4 干-濕交界面大量積垢原因分析

4.1 煙道布置不合理

本臺機組為了降低出口SO2排放濃度，該脫硫系統(tǒng)進行了增容改造，改造工作第一步是拆除GGH，并對脫硫塔入口煙道進行了相應改造。由于現(xiàn)場場地緊湊，拆除GGH后在增壓風機出口后直接設置了一個120°急轉彎頭，然后再經過多個彎頭進入吸收塔。增壓風機出口至吸收塔入口段煙道彎頭較多，煙氣多次改變流動方向，且煙道內部未設置導流裝置，導致了該段煙道內煙氣流場沒有經過組織即進入了吸收塔內。煙氣流場不均勻，湍流較為嚴重，特別是進入吸收塔前的彎頭處，產生了渦流，部分煙氣回旋至煙道內，導致噴淋層的液滴被回旋煙氣卷吸至入口煙道內，同時這些液滴還可捕獲入口煙氣攜帶的粉塵顆粒，在入口煙道的內壁和內部支撐桿上發(fā)生沉積，形成大量的硬垢。

4.2 運行方式不合理

該機組脫硫吸收塔內部設置四層噴淋層，對應塔外的4臺漿液循環(huán)泵。通過查閱該系統(tǒng)事故停機前兩個月的運行數據，得知這段時間對應最下噴淋層的循環(huán)泵處于連續(xù)運行狀態(tài)，且該機組在運行中負荷調整頻繁，最下一個噴淋層中心線距離吸收塔入口煙道上邊沿僅2.10m，距離較近，因此在低負荷運行時，由于脫硫塔入口處煙氣流速較低，該噴淋層噴淋的漿液極易進到入口煙道內。特別是后期為了減緩增壓風機喘振而長期在低負荷下運行，導致該區(qū)域積垢快速發(fā)展。

另一方面，在無脫硫旁路的機組啟動時，為了保護吸收塔內的防腐層和除霧器，需先開啟漿液循環(huán)泵，然后才能引入煙氣，停機時也是煙氣停止入塔后待出口溫度低于60℃時才能停運循環(huán)泵。循環(huán)泵運行時，若無煙氣入塔，缺少煙氣的沖擊作用，則噴淋的漿液液滴會直接進入吸收塔入口處，待高溫煙氣引入后，隨著水分的蒸發(fā)會形成硬垢。當循環(huán)泵與增壓風機的啟動時間間隔或停運時間間隔較長時，這種現(xiàn)象更加明顯。

經過初步分析，脫硫塔入口煙道干-濕交界面大量積垢的形成過程是：(1)細小的漿液液滴直接噴淋或被煙氣攜帶至脫硫塔入口煙道壁面碰撞沉積；(2)入口煙氣攜帶一定的粉塵，與液滴中的硫酸鈣、亞硫酸鈣發(fā)生反應形成了硬垢；(3)垢物在高溫煙氣的不斷沖刷下，其中攜帶的水分丟失，形成大量干態(tài)的硬垢。

5 干-濕交界面大量積垢解決對策

5.1 優(yōu)化原煙氣煙道布置

增壓風機出口至脫硫塔入口的原煙氣煙道布置不合理，需要進行設計優(yōu)化。通過對此處煙道進行煙氣分布的流場模擬，應用計算流體動力學手段提出了煙道優(yōu)化方案，在增壓風機出口彎頭底部和傾斜煙道上部各設置4片煙氣導流板。通過加裝導流板，可以強化煙道的流場組織，經過優(yōu)化后的煙道流場基本均勻，有效消除了煙道內煙氣的局部渦流，避免了在吸收塔入口處形成返回煙道的氣流，同時降低了煙氣系統(tǒng)阻力。另外，通過加裝煙氣導流板來改善煙道及吸收塔內的流場分布，還可以提高脫硫效率[12]。

5.2 優(yōu)化系統(tǒng)運行方式

運行過程中，脫硫系統(tǒng)的煙氣流量與機組負荷有直接關系，建議運行人員根據實際情況，對循環(huán)泵配置方式進行了優(yōu)化。低負荷時，入口煙氣流速較低，在保證脫硫系統(tǒng)出口SO2達標的情況下，停運最下層噴淋層對應的循環(huán)泵，避免漿液直接噴淋至入口煙道。機組啟動時，循環(huán)泵啟動與增壓風機啟動時間間隔應盡量縮短；同樣，在停機時增壓風機停運與循環(huán)泵停運時間間隔也應盡量縮短。停機時，增壓風機停運后，可利用除霧器沖洗水或吸收塔入口的事故降溫水來快速降低吸收塔內部溫度，縮短增壓風機與循環(huán)泵的停運時間間隔，盡量避免在無煙氣進入的條件下，漿液直接噴淋至入口煙道。

6 實施效果

該機組在經過清理積垢、修復煙道、加裝導流板、重新防腐后再次投運，增壓風機入口煙氣壓力恢復正常，風機喘振現(xiàn)象消失，振動值在合理范圍。機組按照優(yōu)化方式進行操作，連續(xù)運行半年后脫硫系統(tǒng)各處壓力值均正常平穩(wěn)，增壓風機運轉正常。最近一次檢修中發(fā)現(xiàn)脫硫塔入口處僅邊緣附近少量垢物，證明通過加裝導流板改善入口煙道氣流分布和運行優(yōu)化，可以有效避免脫硫塔入口煙道干-濕交界面大量積垢事故的再次發(fā)生。

7 結語

脫硫塔入口煙道處形成的大量積垢難以清理，不僅停機時間長，清理費用高，且清理時易造成該處防腐層損壞，嚴重影響機組的正常運行。在后續(xù)運行中，建議通過觀察系統(tǒng)各處的煙氣壓力、增壓風機電流、除霧器差壓等參數的變化，來間接判斷脫硫塔入口煙道干-濕交界面區(qū)域的積垢情況，在出現(xiàn)異常時，應及時排查原因，避免該處再次出現(xiàn)大量積垢引發(fā)煙道堵塞的嚴重后果。

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Analysis and countermeasure for scale fouling at entry section of desulfurization scrubber

Taking a 660MW power plant as an example, it studied the reasons of large scale fouling at the desulfurization scrubber entry section which is a dry-wet interface on wet flue gas desulfurization system. It also analyzed the composition of the fouling samples, and summed up the fouling process on this region. Finally, the author proposed some countermeasures to solve the problem. The problem can be effectively solved by optimizing the system operation mode and arranging some reasonable deflector which could improve the flow characteristics of the entry section.

desulfurization scrubber; dry-wet interface; fouling; blocking

X701.3

B

1674-8069(2017)03-025-03

2016-12-07；

2017-02-04

張曉玲(1983-)，女，山西臨汾人，工程師，碩士研究生，主要研究方向為火電廠煙氣脫硫脫硝技術。E-mail：xiaoling-zhang@chder.com