朱 浩，葉 羅，周 德，顧凌云

(國(guó)電泰州發(fā)電有限公司，江蘇 泰州 225300)

0 引言

迄今為止，國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)了數(shù)百種煙氣脫硫(FGD)技術(shù)，其中石灰石-石膏濕法煙氣脫硫最為成熟、可靠且應(yīng)用廣泛，占世界投入運(yùn)行的FGD系統(tǒng)的85%左右[1]，具有脫硫效率高、投資成本低、運(yùn)行可靠性高等特點(diǎn)，適合中大型鍋爐的煙氣脫硫。

某火電廠(chǎng)二期3號(hào)1000MW機(jī)組煙氣脫硫工程采用石灰石-石膏濕式單塔雙循環(huán)煙氣脫硫工藝，一爐一塔系統(tǒng)配置，脫硫系統(tǒng)不設(shè)煙氣旁路，無(wú)增壓風(fēng)機(jī)及GGH系統(tǒng)，吸收塔為逆流噴淋塔形式，頂部安裝2級(jí)屋脊式除霧器，每級(jí)除霧器有上下兩層沖洗水。脫硫吸收塔為圓柱體鋼制結(jié)構(gòu)，內(nèi)表面采用襯膠防腐。

1 除霧器工作原理

除霧器布置于吸收塔頂部，煙氣進(jìn)入吸收塔與漿液循環(huán)泵噴淋層霧化漿液逆流交換反應(yīng)后，濕煙氣攜帶漿液液滴以一定的速度流經(jīng)除霧器，液滴由于撞擊作用、慣性作用和轉(zhuǎn)向離心力的作用在除霧器葉片上被捕集下來(lái)，霧滴匯集形成水流，因重力的作用下落至吸收塔漿液池內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了氣液分離，使得流經(jīng)除霧器的煙氣達(dá)到除霧要求后排出，以保證下游設(shè)備的安全運(yùn)行。影響除霧效率的因素主要包括：煙氣流速、通過(guò)除霧器斷面氣流分布的均勻性、葉片結(jié)構(gòu)、葉片之間的距離及除霧器布置形式等。由于被捕獲的液滴中含有以硫酸鹽為主的固體物質(zhì)，所以除霧器葉片存在結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)。

屋脊式除霧器由兩層人字形除霧器組成。第一層除霧器為粗除霧，第二級(jí)除霧器為精除霧。在兩級(jí)除霧器上、下部布置共4層沖洗水管，沖洗水從噴嘴噴灑到除霧器元件上，除去除霧器表面的固體顆粒，除霧器沖洗采用自動(dòng)間隔沖洗方式。

2 除霧器堵塞現(xiàn)象及危害

3號(hào)機(jī)組煙氣脫硫工程自投產(chǎn)以來(lái)，吸收塔系統(tǒng)總體運(yùn)行良好，脫硫效率始終能保持在99%以上。某日運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)除霧器比同等負(fù)荷下差壓偏高，通過(guò)比較FGD入口、出口壓力以及引風(fēng)機(jī)出口壓力等參數(shù)綜合判斷除霧器差壓偏高，初步判斷除霧器可能發(fā)生堵塞。為防止除霧器差壓的進(jìn)一步上升，首先采取了調(diào)整除霧器沖洗周期、降低吸收塔和AFT塔漿液pH值、置換部分漿液等措施，但除霧器差壓控制無(wú)明顯效果，除霧器差壓仍呈上升趨勢(shì)(如圖1所示)。

3號(hào)機(jī)組引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)全壓為8.0kPa，隨著除霧器差壓上升，引風(fēng)機(jī)運(yùn)行全壓逐漸逼近上限，過(guò)高的全壓運(yùn)行可能導(dǎo)致風(fēng)機(jī)葉片受損以及失速發(fā)生，因此不得不降低機(jī)組負(fù)荷以保證引風(fēng)機(jī)全壓不超過(guò)限值；同時(shí)由于吸收塔阻力上升，引風(fēng)機(jī)出口壓力也逐漸上升，在此期間發(fā)生了引風(fēng)機(jī)膨脹節(jié)撕裂的現(xiàn)象。

圖1 同等負(fù)荷下各參數(shù)變化趨勢(shì)

鑒于除霧器過(guò)高差壓可能對(duì)風(fēng)煙系統(tǒng)設(shè)備造成損傷以及可能發(fā)生除霧器坍塌的風(fēng)險(xiǎn)，該廠(chǎng)利用機(jī)組調(diào)停機(jī)會(huì)及時(shí)對(duì)除霧器進(jìn)行了檢查和處理，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)除霧器葉片之間存在大面積結(jié)垢，已造成除霧器局部堵塞。

3 除霧器堵塞原因分析

通過(guò)對(duì)除霧器垢樣進(jìn)行化驗(yàn)分析，垢中CaCO3含量為14.1%，CaSO3·1/2H2O為1.5%，CaSO4·2H2O(石膏)含量為35.3%，Cl-含量為0.2%，通過(guò)與發(fā)生堵塞前的工藝參數(shù)進(jìn)行比較，對(duì)除霧器結(jié)垢堵塞的原因進(jìn)行了分析。

3.1 低硫工況增加CaCO3結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)

單塔雙循環(huán)技術(shù)實(shí)際上是相當(dāng)于煙氣過(guò)了兩級(jí)漿液循環(huán)，兩級(jí)循環(huán)分別設(shè)有獨(dú)立的循環(huán)漿池和噴淋層，煙氣中的SO2和SO3與石灰石漿液逆流反應(yīng)生成亞硫酸鈣和硫酸鈣。煙氣首先經(jīng)過(guò)一級(jí)循環(huán)，循環(huán)漿液pH 控制在4.6～5.0，其主要功能是保證優(yōu)異的亞硫酸鈣氧化效果和充足的石膏結(jié)晶時(shí)間；經(jīng)過(guò)一級(jí)循環(huán)的煙氣直接進(jìn)入二級(jí)循環(huán)，二級(jí)循環(huán)漿液中過(guò)量的CaCO3多達(dá)20%以上，此級(jí)循環(huán)主要實(shí)現(xiàn)脫硫洗滌過(guò)程，由于不用考慮氧化結(jié)晶問(wèn)題，可維持較高的pH值(約5.8～6.4)。

在吸收塔漿池中，亞硫酸鈣被氧化成硫酸鈣，結(jié)晶硫酸鈣形成石膏(CaSO4·2H2O)，吸收塔中的主要化學(xué)反應(yīng)有中和反應(yīng)和氧化反應(yīng)兩種。

中和反應(yīng)：

2CaCO3+H2O+2SO2=2CaSO3·1/2H2O+2CO2

氧化反應(yīng)：

2CaSO3·1/2H2O+O2+3H2O=2CaSO4·2H2O

3號(hào)機(jī)組脫硫AFT塔pH值設(shè)計(jì)要求為5.6～6.2，在機(jī)組調(diào)試期間，入爐煤硫分1.3%～1.5%，為了保證脫硫效率，AFT塔pH實(shí)際控制值為6.1。從2018年1月開(kāi)始，3號(hào)機(jī)組入爐煤硫分在0.5%左右，較機(jī)組調(diào)試期間入爐煤硫份降幅較大，而AFT塔pH值仍維持在6.1左右，導(dǎo)致AFT漿液中過(guò)量的碳酸鈣得不到迅速反應(yīng)，長(zhǎng)期在高pH值、低硫份的工況下運(yùn)行，增加了AFT漿池漿液發(fā)生碳酸鈣結(jié)晶的風(fēng)險(xiǎn)，碳酸鈣結(jié)晶發(fā)展到一定程度，與煙氣攜帶的漿液粘連，同時(shí)在煙氣攜帶下進(jìn)入除霧器并導(dǎo)致其堵塞[2-4]。

3.2 除霧器沖洗間隔設(shè)定不合理

為了防止除霧器堵塞，除霧器采用定期沖洗，沖洗間隔時(shí)間按吸收塔液位來(lái)進(jìn)行調(diào)整[2]，其控制策略是當(dāng)吸收塔漿液液位小于設(shè)定液位，且AFT塔液位小于23.2m時(shí)，除霧器每級(jí)沖洗功能組正常運(yùn)行，依次開(kāi)沖洗電動(dòng)門(mén)(每個(gè)沖洗門(mén)依次開(kāi)沖洗60s)；當(dāng)吸收塔漿液液位大于設(shè)定液位，且AFT塔液位大于23.2m時(shí)，觸發(fā)“除霧器沖洗屏蔽”信號(hào)。

實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，當(dāng)沖洗間隔大于2h，對(duì)于除霧器漿液的粘連和結(jié)晶去除效果將明顯減弱，當(dāng)遇到工況惡化時(shí)，將無(wú)法起到?jīng)_洗作用。

3.3 氯離子含量超標(biāo)

吸收塔漿液中含有過(guò)高的氯離子將對(duì)整個(gè)脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生影響，一方面會(huì)導(dǎo)致相對(duì)過(guò)飽和的石膏增加，石膏晶體析出速度加快，導(dǎo)致沉積以及結(jié)垢的問(wèn)題發(fā)生；另一方面會(huì)使?jié){液中氯化鈣濃度增大，甚至?xí)a(chǎn)生氯化鈣析出物，其產(chǎn)物會(huì)影響到氧氣與漿液的充分混合。

分析除霧器堵塞前后吸收塔、AFT塔漿液鈣離子、氯離子含量，發(fā)現(xiàn)氯離子富集情況嚴(yán)重，除霧器堵塞后吸收塔漿液氯離子濃度為24122mg/L，而運(yùn)行要求吸收塔漿液氯離子濃度維持在8000mg/L左右，造成氯離子富集主要有以下兩個(gè)原因：

(1)冬季來(lái)煤氯含量偏高。由于該廠(chǎng)部分燃煤來(lái)自北方，北方煤在轉(zhuǎn)運(yùn)清卸過(guò)程中要使用防凍劑，而常見(jiàn)的防凍劑主要成分為氯化鈣和氯化鈉[5]。

(2)廢水排放能力較小。該廠(chǎng)二期廢水系統(tǒng)與出石膏系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，在非出石膏時(shí)段，無(wú)法出廢水。在低硫工況下，由于漿液循環(huán)泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)少，漿液密度上升緩慢，出石膏時(shí)間短，廢水出力更加不足，脫硫廢水排放量在2.9t/h左右，低于脫硫廢水設(shè)計(jì)排放量6.5t/h的要求。

3.4 漿液密度高

吸收塔漿液密度高將容易導(dǎo)致石膏過(guò)飽和而析出，在吸收塔內(nèi)發(fā)生沉積的概率也大大增加。若此時(shí)系統(tǒng)維持在高pH 值氛圍，會(huì)導(dǎo)致漿液中 CaCO3濃度偏高，由于石灰石溶液粘性特點(diǎn)，且除霧器是一個(gè)“干濕”分界點(diǎn)，從而易造成除霧器結(jié)垢堵塞。

3號(hào)吸收塔和AFT塔漿液密度計(jì)、pH計(jì)還存在測(cè)量不準(zhǔn)的問(wèn)題，在線(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)偏差較大，雖然對(duì)漿液密度和pH均采取定時(shí)人工取樣測(cè)量，但效率較低且不能起到實(shí)時(shí)監(jiān)視作用。

4 預(yù)防措施

上述分析表明，除霧器堵塞是多重因素影響的結(jié)果。為了使除霧器安全高效運(yùn)行，運(yùn)行人員不僅要做好日常監(jiān)視，更要做好以下幾點(diǎn)控制：

(1)嚴(yán)格遵守脫硫啟停操作，如脫硫裝置啟動(dòng)時(shí)，漿液循環(huán)泵至少保證1臺(tái)投入運(yùn)行，否則禁止將熱煙氣引入到吸收塔中。

(2)做好除霧器差壓監(jiān)視，并根據(jù)差壓情況調(diào)整沖洗周期。在機(jī)組啟動(dòng)前，實(shí)際檢查除霧器沖洗效果，以確保能覆蓋整個(gè)除霧器并達(dá)到?jīng)_洗壓力；同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)沖洗門(mén)的維護(hù)保養(yǎng)，完善防護(hù)措施，并對(duì)除霧器沖洗時(shí)的壓力、流量進(jìn)行控制，保證沖洗流量在60～90t/h，沖洗壓力大于0.15MPa，控制工藝水母管壓力大于0.7MPa運(yùn)行。

(3)維持適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行pH值。根據(jù)入爐煤硫份重新調(diào)整脫硫漿液參數(shù)，當(dāng)入爐煤硫份低時(shí)，吸收塔、AFT塔漿液pH值應(yīng)在控制在設(shè)計(jì)規(guī)范下限；反之，則按設(shè)計(jì)規(guī)范上限控制。確保凈煙氣SO2達(dá)標(biāo)排放，當(dāng)漿液pH值達(dá)上限時(shí)仍然無(wú)法控制凈煙氣SO2排放濃度時(shí)，應(yīng)及時(shí)啟動(dòng)備用漿液循環(huán)泵運(yùn)行，嚴(yán)禁采用提高石灰石供漿量、長(zhǎng)期維持高pH值而不啟動(dòng)漿液循環(huán)泵的運(yùn)行方式來(lái)提高脫硫效率。

(4)針對(duì)密度計(jì)、pH計(jì)不準(zhǔn)的現(xiàn)狀，應(yīng)盡快對(duì)吸收塔漿液密度計(jì)和pH計(jì)實(shí)施技術(shù)改造，采用有代表性的測(cè)點(diǎn)或增設(shè)部分測(cè)點(diǎn)，以保證能及時(shí)、準(zhǔn)確掌握脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

(5)通過(guò)技改提高排廢水能力。針對(duì)在非出石膏時(shí)段無(wú)法排廢水的現(xiàn)象，在石膏旋流器底流增加管路至石膏溢流漿液箱并增加切換閥，同時(shí)加強(qiáng)廢水排放系統(tǒng)缺陷的處理，在系統(tǒng)滿(mǎn)足6.5t/h排放量的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)24h連續(xù)運(yùn)行。

(6)控制吸收塔、AFT塔液位不超限。在冬季尤其低負(fù)荷時(shí)期，由于吸收塔入口煙氣溫度低，煙氣蒸發(fā)攜帶能力減弱，將給吸收塔、AFT塔水平衡控制帶來(lái)難度。因此在日常做好液位監(jiān)視的基礎(chǔ)上，一方面應(yīng)控制濕除、地坑沖洗水等排入量并調(diào)整保持廢水連續(xù)排放；另一方面應(yīng)關(guān)注內(nèi)部漿液起泡情況，及時(shí)添加消泡劑進(jìn)行處理。若采取措施調(diào)整無(wú)效，液位仍高應(yīng)及時(shí)倒?jié){。

(7)加強(qiáng)化驗(yàn)跟蹤并關(guān)注漿液氯離子的變化情況，及時(shí)進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整。針對(duì)冬季來(lái)煤含氯超標(biāo)的問(wèn)題，可采用南方和北方港口入爐煤摻配的方式來(lái)控制入爐煤的氯離子。

5 結(jié)語(yǔ)

濕法脫硫吸收塔除霧器堵塞問(wèn)題不僅影響到脫硫系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使機(jī)組帶負(fù)荷能力受限，甚至危及設(shè)備的安全。由于除霧器的運(yùn)行特點(diǎn)，在發(fā)生堵塞后難有在線(xiàn)處理辦法，故在除霧器堵塞處理上相對(duì)于“通”，更重要的是“防”。因此在生產(chǎn)運(yùn)行中只有嚴(yán)格地執(zhí)行措施要求，不斷總結(jié)運(yùn)行調(diào)整經(jīng)驗(yàn)，才能確保安全運(yùn)行，真正形成環(huán)保與經(jīng)濟(jì)的雙收良好局面。