石灰石-石膏湿法脱硫系统除雾器结垢技术分析

石灰石-石膏湿法脱硫系统除雾器结垢技术分析

脱硫系统除雾器结垢是众多电力企业脱硫装置较为常见和突出的疑难问题。首先了解其原理和运行工况。

石灰石-石膏湿法脱硫技术是世界范围内烟气脱硫的主流技术之一,具有脱硫效率较高,投资成本较低,运行可靠性较好,非常适合于大中型锅炉的烟气脱硫。除雾器通常布置于吸收塔内顶部,含硫烟气经过反应区时与石灰石浆液进行中和反应后形成雾滴,雾滴随烟气上升至除雾器区域,被除雾器捕集除去,防止下游设备的结垢及腐蚀。脱硫除雾器是烟气脱硫系统中非常重要的装置,除雾器除雾效率的高低和压降的大小直接影响到脱硫后烟气的“干净”程度和系统的运行效率,其性能直接影响到湿法洗涤烟气脱硫系统能否连续可靠运行。除雾器故障不仅会造成脱硫系统的停运,甚至可能导致整个机组(系统) 停机。**电厂脱硫系统2010年正式投入运行。采用常见的石灰石-石膏法,设计脱硫效率85%以上。脱硫系统除雾器采用折板式除雾器,分两级布置,当含有雾滴的烟气流经除雾器通道时,雾滴的撞击作用、惯性作用、转向离心力及其与波形板的摩擦作用、吸附作用等使得雾滴被捕集,除雾器波形板的多折向结构增加了雾滴被捕集的机会,从而大大提高了除雾效率。除雾器叶片为之字形叶片;除雾器冲洗水为脱硫系统工艺水,设计冲洗压力0.4MPa ,冲洗水喷淋重叠率140%。投产以来在多次停机检查时均发现有除雾器堵塞现象,除雾器前后差压由初通烟气时的0Pa增加至400Pa左右,对脱硫系统的安全、稳定运行构成了很大威胁。

一、除雾器堵塞情况

脱硫系统一级、二级除雾器堵塞情况：除雾器表面及内部都有严重的结垢现象,结垢面遍布整个除雾器,西北侧结构较为严重，二级除雾器表面结垢厚度达0.5cm左右，颜色为褐色, 一级除雾器表面之字形

叶片北侧30%堵死，颜色为白色,除雾器冲洗水无法冲洗掉,严重影响了除雾器的正常运行,烟气带水量增加,严重时烟气带白浆，下游设备酸性腐蚀加重。采取多种冲洗手段无效后,最终由运行人员对除雾器进行了彻底清理（每20天冲洗一次）,冲洗水压力6MPa。虽然冲洗后除雾器前后压差恢复正常,但经常采用上述处理方式,一方面冲洗费用大幅增加,另一方面冲洗加大了运行人员的劳动强度，且有较大的安全隐患，也会对除雾器本身造成损坏,影响除雾效果。因此,找出除雾器结垢堵塞地原因,并通过运行调整来维持除雾器洁净是解决问题的根本所在。

二、除雾器堵塞原因分析

除雾器位于吸收塔顶部烟气出口处,由于吸收塔浆液中含有CaSO4、CaSO3、CaCO3及飞灰中含有硅、铁、铝等物质,这些物质具有较大的粘度,当浆液碰撞到除雾器表面及塔壁时,它们中的部分便会粘附于除雾器及塔壁而沉降下来。同时,由于烟气具有较高的温度,加快沉积层水分的蒸发,使沉积层逐渐形成结构致密,类似于水泥的硬垢。具体引起除雾器结垢堵塞的原因归纳如下:

1、除雾器冲洗周期长。

正常的除雾器冲洗,是保证除雾器洁净的有效措施,特别是除雾器较为洁净时,除雾器运行中附着的少量石膏颗粒、飞灰都能被冲洗水冲刷掉。因此,从除雾器投入运行伊始,必须按照设计要求对除雾器进行正常冲洗。冲洗周期是有效冲洗的重要保证,如果冲洗周期太长,石膏颗粒和烟气不断附着,除雾器表面结垢加重,并经高温烟气冲刷不断硬化,直至形成厚实致密的硬垢,此时冲洗已无法冲刷掉垢物。通常除雾器冲洗周期为40分钟一次,发现除雾器前后压差有增大趋势,应适当缩短冲洗周期。调整依据为:

(1) 缩短冲洗周期后,经过几个冲洗周期后,除雾器前后压差有下降趋势;

(2) 缩短冲洗周期后,要保证能够维持吸收塔液位,防止溢流现象发生,因此,除雾器冲洗应尽量安排在吸收塔液位降低较多时(如出石膏时)进行。为了保证除雾器冲洗正常进行,建议设置除雾器冲洗程序,自动完成整个冲洗过程,减少人为因素的干扰。

2、除雾器冲洗水压力不够。

除雾器投入时间较短时,表面光滑洁净,运行中形成的垢物多分散、疏散,一定压力的冲洗水就可以冲刷掉。但实际中由于管路设计不合理,或者除雾器工艺水泵压力偏小,都有可能造成除雾器冲洗水压力无法达到设计要求,冲洗效果不理想,致使除雾器表面形成的结垢晶核不断长大,形成硬垢。为了保证冲洗压力,一方面要求管路设计合理,另一方面要提高冲洗水压力，还要避免多个冲洗门同时进行冲洗。

3、除雾器冲洗水喷嘴不合理。

脱硫系统停运后检查发现,冲洗水喷嘴安装有死角,冲洗水无法完全覆盖除雾器,造成局部迅速结垢,并不断扩展。应充分考虑上述问题。

4、除雾器门损坏,不能正常冲洗。

除雾器冲洗门的正常是冲洗进行的先决条件。运行中经常发生进水、内漏等问题致使冲洗门无法正常投运,因此要求冲洗门必须达到相关防护等级并有一定的防护措施（防水）,提高耐压等级，并加强日常维护。冬季寒冷还必须考虑防冻问题,由于除雾器冲洗为间歇运行,保温措施不当滞留在冲洗管路内的水很容易结冻。

5、吸收塔浆液过饱和,烟气含固量增加。

对于固体溶解度较低的浆液,当固体含量超过悬浮液的吸收极限,固体就会以晶体的形式开始沉积。当溶液相对饱和浓度达到一定值时,固体将按异相成核作用在悬浮液中已有的晶体表面上生长。当饱和度达到更高值,即大于引起均相成核作用的临界饱和度时,就会在浆液中形成新的晶核,此时,微小晶核也会在容器表面上生成并逐步成长结成

坚硬垢淀,从而析出作为固体结晶的垢。脱硫系统实际运行中,运行人员为了达到规定的脱硫效率,加入到吸收塔内的石灰浆液过多,致使硫酸盐浓度增加,从而使得硫酸钙垢晶离子的水平大于临界饱和度,浆液中石膏晶粒的异相成核作用将不能全部消耗掉所产生的硫酸钙,从而使得硫酸盐浓度超过临界饱和度,烟气与浆液接触后携带固体颗粒量大大增加,与除雾器碰撞后部分附着在除雾器表面,逐渐形成垢物。

6、原烟气粉尘浓度超过设计。

在除雾器表面沉积的垢物除了吸收塔浆液中的固体颗粒,还有随烟气带入的飞灰,正常情况吸收塔浆液可以洗涤50%左右的飞灰,到达除雾器处的烟气飞灰含量一般较低,正常冲洗可以保证除雾器洁净。但实际中很多电厂煤种与设计偏差较大,灰分高出设计50%,甚至100% ,或者除尘器运行达不到设计要求,致使脱硫系统进口烟气飞灰含量远高于设计值,大量飞灰在除雾器表面沉积,由于飞灰中的金属氧化物粘性较强,而且飞灰颗粒细小,一旦结垢很难去除。

三、除雾器堵塞预防对策

为了预防除雾器堵塞,须从设备管理到运行方式都采取适当的措施。具体措施如下:

1、保证除雾器冲洗系统的正常运行。

(1) 根据除雾器前后压差设定合理的冲洗周期,维持除雾器压差在初通烟气的1.5倍左右;

(2)检查冲洗效果,保证冲洗能够覆盖整个除雾器,并达到冲洗压力;

(3) 加强冲洗门维护,完善防护措施。

2、加强除尘器的运行维护,保证除尘器的正常投运。如果煤质长期与设计煤种偏离较大,致使烟气飞灰浓度超标较多,可以考虑在征得环保部门同意的条件下,适当开启部分烟气旁路挡板(如有) ,条件容许,应在大修期间对除尘器进行改造。