火电厂脱硫吸收塔运行中产生结垢的原因和解决办法

火电厂脱硫吸收塔运行中产生结垢的原因和解决办法
摘要：介绍了火电厂烟气脱硫鼓泡塔系统结垢的问题，分析了运行中发生结垢原因及其产生的机理，提出了脱硫运行中解决结垢的办法。

关键词：结垢；冲洗水管；溶解度；解决办法
引言：
国家发展改革委和国家环保总局联合会下发了《燃煤发电机组脱硫电价及脱硫设施运行管理办法（试行）》以来，有力的加快了燃煤机组烟气脱硫设施的投运率，极大的减少了二氧化硫排放量。

随着脱硫设施的投运，脱硫系统均出现了系统结垢问题，吸收塔系统结垢已成为影响脱硫系统安全稳定运行的关键因素之一，系统内部结垢会严重影响脱硫系统的运行稳定性，必要时需停机处理。

本文以台山电厂4号机组鼓泡式吸收塔(以下简称鼓泡塔）为例，讲解鼓泡塔系统结垢产生的原因和解决办法。

1. 脱硫系统垢的形成机理
1.1 “湿-干”界面结垢的形成
“湿-干”界面结垢主要是吸收塔浆液在高温烟气的作用下，浆液中的水分蒸发导致浆液迅速的固化，这些含有硅、铁、铝以及钙等物质，且有一定粘性的固化后的浆液在遇到塔里部件后会粘附沉降下来，随着高温继续作用，致使沉降后的层面浆液逐渐成为结垢类似水泥的硬垢。

在鼓泡式吸收塔中烟气冷却器入口烟道、烟气冷却器喷嘴、吸收塔升气管外壁、吸收塔鼓泡管内部、氧化风喷嘴喷口位置均易形成此类结垢。

如图1所示：
图1：鼓泡管内壁结垢
1.2 结晶结垢的形成
物质从液态到固态的转变过程统称为凝固，如果通过凝固能形成晶体结构，即为结晶。

（1）结晶硬垢
在鼓泡式吸收塔内，当塔内石膏浆液过饱和度大于或等于140%时，浆液中的CaSO4将会在塔内各部件表面析出而形成结晶石膏垢，此类石膏垢以吸收塔内壁面和烟气冷却泵、石膏排出泵入口滤网侧居多，以硬垢为主。

（2）结晶软垢
当脱硫系统自然氧量和强制氧量不能满足CaSO3●1/2H2O的氧化成
CaSO4●2H2O时，CaSO3●1/2H2O的浓度就会上升而同硫酸钙一同结晶析出形成结晶石膏软垢。

软垢在塔内各部件表面逐渐长大形成片状垢层，但当氧化风量足够时软垢很少发生。

如图2所示：
图2：鼓泡管外壁软垢图3：吸收塔内沉淀的石膏垢
1.3 沉淀式结垢
沉淀式结垢主要是指由于系统结构设计不合理，塔内搅拌机度浆液搅拌不充分，不均匀，以及浆液在管道内流速过低等原因，造成固体颗粒沉积而堆积在容器底部或管道上。

如图3所示：
2 吸收塔结垢的危害及检修前后参数对比
2.1 吸收塔结垢的危害
（1）脱硫系统阻力增加，烟气流量降低，系统能耗增大。

脱硫系统中浆液喷嘴、吸收塔内壁以及除雾器栅板等部件产生结垢后，通常会导致系统的烟气流通阻力增加和烟气流量的降低，容易造成增压风机过负荷及失速，因而影响系统电耗和系统稳定运行。

（2）鼓泡式吸收塔结晶结垢最严重的是影响甲板的承重，塔内结垢严重后，导致甲板受力过大，甲板断裂垮塌。

（3）导致塔内气流分布不均。

结垢会导致脱硫塔内气流分布不均，尤其对于除雾器来说，气流分布不均会导致除雾器性能恶化使净烟气携带雾滴量增多。

2.2 鼓泡塔检修前后参数的对比
（1）检修前、后吸收塔差压的对比
吸收塔差压下降641Pa，排除液位影响因素实际吸收塔下降760Pa。

检修前除雾器差压229Pa，除雾器堵塞严重，冲洗水管的断裂影响较大。

修后差压148Pa，差压下降81Pa。

（2）增压风机出口压力对比
3 吸收塔系统产生结垢的原因
3.1 冲洗水管断裂及冲洗水质的影响
（1）冲洗水管断裂
冲洗水管设置的目的是除去粘附在吸收塔甲板及除雾器栅板的石膏浆液，保障甲板、栅板清洁度和烟气足够的流通量。

冲洗水管断裂后，冲洗水压力及冲洗覆盖范围受到影响，冲洗系统终端的喷淋头作用失效，失去冲洗的区域很快会结垢堵塞。

（2）冲洗水喷嘴由于水质差，滤网过滤精度不足或损坏，工艺水管内腐蚀形成的垢污脱落均容易造成喷嘴堵塞，喷嘴堵塞后会造成冲洗不足而沉积结垢堵塞。

3.2 浆液过饱和度的影响
吸收塔中石膏浆液的结晶析出需要形成较稳定的过饱和度,维持一定的过饱和度才能保证其结晶过程。

但是过高的过饱和度，就会形成晶核，导致晶体粒径过细析出,并产生结垢,当浆液中CaSO4·2H2O的过饱和比超过140%时,极易在塔壁、吸收塔内各构件表面结垢。

3.3 氧化风系统的影响
脱硫系统供氧一般采用强制氧化风系统，强制氧化风量偏小或局部氧化风管断裂时,脱硫产物中的CaSO3●1/2H2O很难自身氧化为CaSO4●2H2O，随CaSO3●1/2H2O浓度的增大，会在吸收塔部件上析出并形成结垢,直接造成设备和管道的堵塞。

3.4 浆液PH值的影响
浆液PH值调整过高的情况下，脱硫产物主要是CaSO3●1/2H2O，其溶解度很低，很容易就达到过饱和而结晶在吸收塔壁和设备的部件上，像吸收塔下降喷射管喷头堵塞，除雾器结垢，低泄漏密封风机入口挡板结垢等都是由于部份的CaSO3●1/2H2O长时间积聚而造成的。

如果不及时的调整浆液PH值，长时间运行将会造成系统严重结垢。

4 解决结垢的办法：
4.1 提高锅炉电除尘器的效率和可靠性，使脱硫入口粉尘在设计范围内；当脱硫入口粉尘量严重超标时，应果断开启烟气旁路挡板或申请停运脱硫系统。

4.2 吸收塔内浆液中有足够的石膏晶种,质量浓度最低不能少于5 % ,要使石膏过饱和度低于140% ,通常控制在120% - 130 % ,在运行中应保持浓度稳定,避免大幅度变化。

4.3 保障充足的氧化风量，强制氧化可有效降低CaSO3●1/2H2O的过饱和度，借助提高石膏固体的浓度则可有效防止系统结垢。

4.4 选择合理的PH值运行，尤其避免大幅度地改变浆液pH 值。

采用过高的pH值运行，CaSO3●1/2H2O的溶解度随pH值增大而降低高pH 值时运行难以达到完全氧化,易形成CaSO4●2H2O与CaSO3●1/2H2O的混合结晶的软垢；过低的PH值运行，CaSO3●1/2H2O溶解度急剧上升，CaSO4●2H2O溶解度略有下降，会有石膏在很短时间内大量产生并析出，产生硬垢。

控制pH 值在4.0-
5.0，并尽可能避免运行中pH值的快速变化。

4.5 保障系统冲洗水压力和流量正常，水质合格。

冲洗应按照负荷高低有频率的进行，当系统差压上升时要增加冲洗次数。

4.6 对接触浆液管道、设备在停运时及时冲洗干净，并定期检查设备潜在的问题。

结束语
在脱硫系统运行中，吸收塔系统都存在不同程度的结垢现象。

现随着对结垢问题的深入了解，吸收塔结垢问题已基本得到解决。

在运行过程中，注意按照规程要求，控制好各项参数指标，结垢可以得到控制，系统运行的安全性就得到保障。

参考文献：
[1]杜谦.石灰石／石灰湿法烟气脱硫系统的结垢问题.电站系统工程，2004
[2]曾庭华.湿法烟气脱硫吸收塔系统的调试、试验及运行.中国电力出版社，2011
[3]刘海滨.神华广东国华粤电台山电厂除灰脱硫运行规程，2008 注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。