安阳电厂#9、10 机组脱硫吸收塔发现除雾器结垢严重后塌陷,并造成吸收塔内其它设备的损坏,导致净烟气不 能达到设计要求的排放湿度,增加了吸收塔的补水量,使净烟道凝水管排水、排浆压力增大,造成凝水管堵塞,并对 净烟道、部分旁路烟道和烟囱前水平烟道造成腐蚀堵塞、漏浆,脱硫效率也受到一定影响;停运检查还发现大梁附近 的部分喷嘴喷射面冲刷大梁,大梁从刷磨损、腐蚀严重,直接影响脱硫系统的安全运行。本文对除雾器结垢塌陷和喷 嘴冲刷大梁进行了分析,提出改善建议及解决办法,从而提高了脱硫系统运行的经济性和安全性。
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1.引言
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! @8 A9 a& J( g& o吸收塔浆液喷嘴是脱硫成套装置中关键设备之一,其 雾化性能对脱硫效率具有重要影响吸收塔除雾器是湿式 脱硫系统的重要设备,安装在吸收塔的中上部,安装固定 在经过防腐处理后的大梁上,由于喷嘴有 120 度的喷淋 角,喷嘴喷射角调整不当,会造成喷射角覆盖大梁,造成 大梁冲刷腐蚀,严重的可将大梁腐蚀断裂,喷淋层坍塌, 脱硫被迫停运检修。湿法脱硫装置中除雾器主要由除雾器 本体及冲洗系统组成,分为第一级和第二级,其作用是收 积脱硫后的烟气中所携带的液滴和少量的粉尘。除雾器的 性能直接影响到脱硫系统运行的可靠性,除雾器堵塞塌陷 会砸坏布置在其下方的其他设备,坠落至吸收塔底部的除 雾器模片和吸收塔搅拌器碰撞,使搅拌器损坏,还会堵塞 浆液循环泵入口滤网和石膏排出泵入口滤网,严重时会造 成脱硫系统的停运。如何保证除雾器和喷淋层的安全可 靠,对于脱硫系统正常稳定运行有着十分重要的意义。/ z6 f0 I: R3 c5 u3 j
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2.系统设备简介$ L) ~' g' S! F. O: j I0 L
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安阳电厂 #9、10 机组为 300MW 机组, 2007 年安 阳电厂#9、10 机组烟气脱硫改造工程,加装了烟气脱硫 装置,采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术。该烟气脱硫 装置采用一炉一塔,设置烟气旁路烟道,每台炉单独设置 1 台增压风机,正常运行时烟气经增压风机,通过脱硫吸 收塔脱硫后排放,烟气旁路挡板关闭,事故情况或脱硫装 置停机检修时旁路烟道打开,烟气通过旁路烟道进入烟 筒。吸收塔设三台浆液循环泵、三层喷淋层、两级除雾器 及三层冲洗水冲洗喷嘴,喷淋层喷嘴采用空心锥切线型喷
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3 U, W3 @# m3 k0 _1 F* L雾喷嘴,共设置三层,每一层有一台浆液循环泵供浆。除 雾器采用平板式,布置于吸收塔顶部最后一个喷淋组件的 上部,为避免除雾器浆液板结堵塞,上中下三层除雾器冲 洗系统。
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3.现象
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: L* X) c+ e' t1、除雾器塌陷的现象:除雾器分为 2 级,除雾器压 差一般在在 100Pa 以下,但是由于长时间运行,除雾器冲 洗后任然有部分浆液没有冲洗掉,长时间积累和板结,使 除雾器压差逐渐增加,增加到一定值后,除雾器压差突然 好转,下降到 100Pa 以下,此时一般可判断为除雾器堵塞 坍塌,除雾器坍塌后吸收塔的补水量、石灰石补浆量明显 增加。塌陷的除雾器模片坠落到吸收塔底部有可能卡涩吸 收塔搅拌器,也有可能被浆液循环泵吸引到入口滤网上, 进而堵塞浆液循环泵入口滤网,造成循环泵吸入量下降, 泵系振动、汽蚀。5 [& f/ Q& V& Q- u0 s" o4 _
. j1 H6 ]3 Y) a, E6 O4 ~+ W4 C2、喷嘴冲刷大梁腐蚀的现象:一般喷嘴冲刷大梁刚 开始从运行数据和外表现象是无法监察的,脱硫系统经过 长时间运行后,待到喷淋层大梁被冲刷腐蚀变形、断裂后, 引起喷淋层浆液管道断裂,大量喷嘴失去作用,形成烟气 逃逸通道,大量烟气逃逸,脱硫效率骤然下降,严重时会 造成吸收塔塔体变形撕裂。喷嘴冲刷大梁的隐蔽性很高, 运行中没有监视判断的手段,只有加强检修质量,逢停必 检。避免大梁冲刷断裂的可能。
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1、除雾器塌陷的原因分析:4 j! @1 d# i7 Q
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除雾器塌陷的主要原因是除雾器结垢堵塞,除雾器前 后压差太大,烟气将除雾器冲开,除雾器梁架间隙很大, 无法托住冲开的除雾器模片,除雾器模片坠落到初级除雾 器模片层,进一步引起初级模片堵塞坍塌。引起除雾器结 垢的原因主要有:% B3 d/ S0 y f: ~+ b0 z
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1.1 吸收塔浆液浓度高,容易造成石膏沉积,石膏不 但容易在吸收塔内沉积,同时也容易随着烟气在除雾器、 入口烟道处沉积,从而造成整个烟气系统阻力增大,电耗 增加,频繁的进行除雾器、入口烟道冲洗,同时也增加水 耗,频繁的进行冲洗,导致的后果是水平衡不好控制,各 个浆液罐不是溢流就是液位太低,除雾器冲洗根据吸收塔 液位进行,使运行调整带来很大困难,致使除雾器不能及 时进行冲洗,进一步造成除雾器结垢加剧。+ z/ M' \: _9 h5 P8 }' Z5 B
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1.2 浆液浓度高加上 PH 控制过高导致堵塞除雾器, 由于 PH 值较高,石膏浆液中含有大量的石灰石,石灰石 本身很粘,易粘在除雾器上,这时如果有高温烟气过来, 会形成局部干湿界面,造成结垢,同时石膏中的石灰石也 会和没有经过喷淋或经过很少喷淋的烟气中的二氧化硫 反应,在除雾器上沉积下来。一般来讲,浆液浓度高加上 控制的 PH 值高,很容易造成除雾器结垢堵塞,在这种情 况下,冲洗的作用很有限。
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+ e. Y$ i5 T$ p' Y1 y6 Z. y% m9 {1.3 除雾器没有及时根据实际情况进行清洗,吸收塔 底部的石膏浆液与新鲜的石灰石浆液混合后从喷嘴喷出, 与烟气充分接触后,有很小一部分随着烟气的携带附着在 除雾器的叶片,如果除雾器没有及时进行冲洗,那么浆液 在叶片上停留的时间较长,将使叶片表面形成一层结垢 层。饱和度高时,沉淀更溶液在原来的石膏颗粒快速形成。此时冲洗的作用将大大减弱,如此恶性循环的结果就是, 除雾器严重堵塞后坍塌。
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5 o2 q, Z0 U. K. u1.4 除雾器冲洗不及时,运行人员没有根据除雾器冲 洗制度要求每两小时冲洗一次除雾器,由于脱硫吸收塔运 行中往往有这样或那样的情况,致使运行人员调整困难, 顾此失彼,博能综合考虑与分析,没有及时进行调整,放 弃冲洗除雾器,来保证其他的参数来保证运行,致使除雾 器逐步结晶结垢板结,恶性循环。
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8 D! u4 T/ u/ U! k4 L5 |/ M1.5 除雾器冲洗水设计不合理,一般除雾器设计为三 层,初级迎风面一层,背风面一层,次级迎风面一层,冲 洗水的压力一般要求 2bar 以上,冲洗强度在 40lpm/m2 左右,喷嘴的角度一般选择 90 度或 110 度,一般 200% 的重叠。次级的背风面为了减小烟气通过除雾器后的携带 水没有设计冲洗水,次级的除雾器模片较初级模片很容易 结垢,一旦结垢发生以后,垢层将很快的发展,结垢层减 小了通道面积,导致该处的烟气流速的增大,增加了二次
2 f- i* }+ c- k3 }, T携带的风险,叶片又没有及时冲洗的石膏结垢物很难清洗 掉,所以合理设计除雾器的冲洗系统在石灰石石膏湿法脱 硫工艺中很重要。9 j1 H' v9 f; X/ s
^% J `0 q6 I$ G% t2 N6 }1.6 石灰石中的 MgCO3 严重超过设计值,浆液中 Mg2-含量过高,形成 MgSO4 溶液。硫酸镁易溶于水,但 在浆液浓度比较高时,由于化学反应的可逆行,一旦浆液 浓度超过 MgSO4 的相对饱和度,硫酸镁仍然会沉积下来, 是石膏沉淀速率影响的重要因素,硫酸镁在沉淀理论上与 石膏沉淀类似。由于硫酸镁与石膏相比,相对较粘,所以, 一旦浆液浓度过高以后,再加上浆液中 Mg2-含量高,便 会出现上面的中毒现象,PH 值调整不上去,很难提高到 4.5 以上,脱硫效率严重下降,烟气携带的浆液液滴极易 附着在除雾器表面,因此要求现场严格控制吸收塔浆液浓 度,不能超过 25%运行。
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! E+ o" ?# r9 @8 T7 K( [: [1.7 电除尘效率低,除尘效果差,致使原烟气中灰尘 的浓度较大,原烟气中的飞灰颗粒和烟气形成灰核气团, 在一定程度上阻碍了 SO2 与脱硫剂的接触,降低了吸收 剂中 Ca2+的溶解速率,同时飞灰中析出的一些金属离子 会抑制 Ca2+与 HSO3-的反应。烟气中粉尘含量持续超 过设计允许量,将使脱硫率大为下降,喷头堵塞,使烟气 形成逃逸通道,很快和水汽吸附在除雾器模片上。# L" U. s+ k+ W0 a& w
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1.8 锅炉投油助燃时,脱硫系统没有及时退出运行, 锅炉助燃油燃烧不充分,随烟气进入吸收塔,油和飞灰随 净烟气携带,粘附在除雾器折流板表面,结成灰垢。. ^0 G* ]( A% q1 U* \1 ^) r2 _
& ^# i( i) p$ [7 y/ c* [% w1.9 有一部分没有被除雾器扑捉倒到浆液液滴经过除 雾器后,附着在吸收塔顶部形成结垢层,垢层达到一定厚 度后在重力的作用下脱落下来,覆盖在上层除雾器表面, 阻塞净烟气流通,导致结垢加剧,冲洗水无法将其冲洗掉, 很快就使除雾器完全堵塞。
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下图 1、2、3 为除雾器堵塞塌陷及结垢部位:7 i1 n4 _8 _5 |8 C
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2.1 喷淋层设计不合理,大梁附近的喷嘴连接管布置 不能使喷嘴的喷淋角避过大梁,喷射角覆盖大梁,使浆液 冲刷大梁表面防腐层,防腐层冲刷掉后开始冲刷和腐蚀金 属机体,金属机体很快被腐蚀损坏。
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2.2 喷嘴安装调试不合格,喷嘴安装时要根据布置情 况进行角度调整,如果喷淋角调整不当,喷淋面覆盖大梁, 造成冲刷防腐。
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( m9 L3 E: |, U# U) K$ T4 ~2.3 喷嘴被局部堵塞,喷嘴被局部堵塞后,造成喷嘴 喷淋角度喷淋面眼中变形扭曲,扭曲的喷淋面形成局部浆 液喷注,有可能变形的液注正好冲刷到大梁,引起冲刷腐 蚀。$ h2 N7 u2 f9 ?. `$ P1 b6 G
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2.4 喷嘴连接管断裂,喷嘴在浆液循环泵系振动下或 其他应力作用下断裂,端口形成强大的浆液喷注冲刷大梁 和吸收塔体,致使大梁或塔体长时间冲刷防腐下损坏,甚 至造成塔体漏浆,如果没能够及时发现,后果非常严重。
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下图4、5、6为浆液喷嘴调整不当冲刷的大梁:5 m; g9 `* b1 v* a
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5.对问题的处理2 F6 E1 R( \/ w2 E7 n* O
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1.将塌陷的除雾器模片捞出后进行冲洗,冲洗时不 易使用压力太高的水,以免模片造成损坏;将没有塌陷等 除雾器模片进行冲洗,结垢板结或结晶严重的除雾器模片 冲洗不彻底的,搬出吸收塔在塔外进行处理,对损坏变形 严重的除雾器模片进行更换。回装除雾器模块时,调整好 间距后,将除雾器模片两片或三片用 8mm 的呢绒绳进行 捆扎,并困扎在除雾器支撑梁上,注意捆扎时呢绒绳不能 捆扎的太近要留有一定的长度,所留长度根据除雾器之间 的间隙及除雾器与支撑梁的间隙而定,只要除雾器在外力 的作用下不能脱离支撑梁的支撑既可。 _5 G. B9 r+ \' j- L) E" Z
4 `) f# b* {! s; j* @, S' U2.检查除雾器冲洗水系统,主要检查除雾器塌陷是 否造成的冲洗水管道断裂损坏,检查冲洗水喷嘴是否存在 堵塞现象;将损坏部分进行修复,修复前要将管道内部清 理干净,最好用水冲洗,修复结束后进行调整实验,检查 冲洗效果是否达到设计冲洗效果。
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3.进行除雾器冲洗水系统进行改造,除雾器冲洗水 在设计时考虑冲洗水的逃逸,一般除雾器冲洗水设计为三 层,初级迎风面一层,背风面一层,次级迎风面一层,次 级的背风面为了减小烟气通过除雾器后的携带水不考虑 设计冲洗水,次级的除雾器模片较初级模片很容易结垢, 因此建议在次级除雾器的背风面设计加装一组冲洗水,该 组冲洗水的喷嘴喷淋出的水滴不易太小,以免烟气二次携 带,造成净烟道和后部烟道大量积水,考虑到烟气的二次 携带,要在净烟道集水槽加装冷凝管,加大冷凝水的排放 量。后部烟道同样要考虑加装冷凝水的排放管,使冷凝水 充分排放。( Q6 ~ S8 ~ [6 i* E* U& I a+ E: _
) a) ^4 Y# b |# S" ?; {) ]( y/ X4.对喷淋层冲刷损坏的大梁进行焊补处理,焊补后进 行防腐处理,防腐层要进行适当加厚,必要时加装防护板。吸收塔内部进行动火作业时一定要注意防火,电焊作业时 下方要铺上石棉布,要有专人进行监护,专人担任消防员, 作业开始前要准备好充分的消防器材,作业结束后,要进 行全面检查,不能留有隐患。/ ]! B9 v% N- W% z- H+ [8 z3 l3 f. K' W
, p8 Z4 Y) \$ P' `( A5.对喷淋角度不当的喷嘴进行角度调整,使喷淋角躲 过大梁,将调整过的喷嘴进行记录,做好台帐,并再次进 行一次全部检查。待下次停运检修时,校对调整过的喷嘴 角度是否适当,是否还有冲刷大梁的现象,如果还有冲刷 现象,必须进行再次调整,必要时进行更换。
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6.如果喷嘴调整受到布置的限制,无法或调整困难, 必须进行喷嘴布置改造,将喷嘴下移,下移时一定要注意 下移量不能过大,以躲过大梁为宜,不然会减少烟气滞留 时间,降低脱硫效率,同时要考虑到各喷嘴间的重叠度,' E2 u8 [! O% T& W6 e4 }! u
不能形成烟气走廊。再者改造的喷嘴不易过多,只考虑改 造大梁附近,有冲刷大梁痕迹的喷嘴为宜。
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! i l$ s) D+ X0 }. V2 O& L3 C7.排查堵塞的喷嘴,将堵塞的喷嘴进行清堵处理,恢 复喷嘴性能。检查喷淋层管道的强度,固定的支撑量是否 有松动晃动的现象,并进行处理,对强度不够的管道进行 加强处理或进行更换。对断裂的管道进行更换处理。
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6.采取的措施# H$ Z7 ~8 I5 ^. s5 w
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1.严格控制吸收塔浆液浓度,吸收塔浆液浓度控制 过高,会造成一系列问题,如果对这些问题不加以重视, 小问题会逐渐积累成大问题,造成除雾器塌陷、喷嘴堵塞、 脱硫效率下降等等严重的后果。因此必须严格控制吸收塔 浆液浓度不能超过 25%,最好在 20%左右运行,由于特 殊原因可以短时间超过 25%,但绝不能长时间浆液浓度 超过 30%运行。
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0 W( N1 `+ T, z t4 g2.要保持较好的氧化效果,检修时必须检查氧化风管 道和喷嘴是否存在堵塞现象,管道是否存在泄露等,并及 时进行性处理;在吸收塔浆液氧化效果不好,入口粉尘浓 度过高时,吸收塔浆液中 F-、Mg2-浓度过高时,更要适 当降低吸收塔浆液浓度运行,最好保持在 15-20%左右。( v" P9 Q# b& B/ K/ P& o, D
% u7 Z0 n6 f* H+ a+ s3.在某种情况下为了提高脱硫效率时,将吸收塔浆液 PH 值提高时,控制 PH 值不能超过 6.0,与此同时尽可能 加强石膏排出来适当降低吸收塔浆液密度。+ N6 Z7 x4 Q# ~3 d
" p9 l# y+ I( w+ v9 @4.严格控制石灰石的质量,使用优质的石灰石,石灰 石中的 MgCO3 含量不能超过设计值,以免发生吸收塔浆 液镁中毒现象。
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5.尽可能使用优质煤种,避免使用含氟、氧化铝、二 氧化硅、氯离子等超标的煤种。
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$ V/ ~" m" A2 f# D. V: ?- O6.加强电除尘的管理,保证电除尘较高的除尘效率, 降低原烟气中灰尘含量。
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, S% h1 Q8 C7 L6 {, t1 U7.锅炉投油助燃时要及时停运脱硫系统,避免大量的 油气污染吸收塔浆液。% M- n# \ K6 H# v5 q( l4 u
/ k s! A$ S8 c+ h. |8.加强运行人员对除雾器压差的监视,严格按照除雾 器冲洗管理制度进行除雾器冲洗。必须做到通过调节各冲 洗通道的间隔时间长短来调节补充水的量,冲洗通道的顺 序可以是按空间顺序依次冲洗,使得一个周期内的迎风面 比背风面冲洗的次数多。冲洗的频率一般取决于吸收塔每 小时的蒸发水流量,当吸收塔塔内的水位底于设定值时, 自动控制将执行除雾器的冲洗程序。
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9.将除雾器检查、冲洗系统检查、喷淋层检查、浆 液循环泵入口滤网清理、吸收塔底部清淤、吸收塔顶部检 查清理作为脱硫系统的标准项目来对待,做到脱硫系统逢 停必检。
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10.坚强运行人员的培训工作,通过严格培训来提高 运行人员的技术水平和综合分析能力。
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8 S0 z% l* Y7 X4 t/ ]7.结束语! A P% x2 [% c1 ]. ~
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总而言之,解决脱硫存在的问题,不能单一的解决某 一项或某一个问题,要综合全面的进行分析,多方面入手 采取措施,才能从根本上解决好问题,采取单一的某项措 施和处理手段,并不能从根本上解决问题。8 D; o9 ?9 X" ^- {9 e+ d
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经过近些年脱硫系统的问题的检查分析与处理,逐渐 积累了一定的经验,使脱硫的安全稳定的运行得到稳步提 高,但是由于脱硫系统的特殊的运行环境确定了其缺陷问 题的多样性和频发性,致使脱硫设备的精密点检难度很 大,还需要我们进一步加大设备的管理力度,认真总结经 验教训,使脱硫系统的安全稳定的运行进一步提高。作者:刘国华
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