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湿法脱硫系统除雾器结垢分析及预防措施

时间:2018-03-12 09:46

来源:《发电与空调》

作者:党龙 张晓玲等

某发电公司660MW机组烟气脱硫除雾器结垢事故频发,严重影响机组的正常运行。针对该问题,进行了垢物化验,系统分析了影响除雾器运行的各种因素。由于冲洗不及时,烟气携带的浆液在除雾器叶片间发生了沉积和结晶反应形成的混合垢是脱硫系统除雾器故障的原因,并提出了一系列预防措施。

0 引言

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,除雾器是石灰石-石膏湿法烟气脱硫塔中非常重要的核心装置,用于分离净烟气携带的液滴。由于被分离的液滴中含有石膏等固态物,存在除雾器结垢的风险,需定期进行在线冲洗,保持除雾器叶片表面清洁。同时我国大部分火电厂已取消了脱硫旁路,因此除雾器故障不仅会造成脱硫系统的停运,还会导致整个机组停机。已有案例表明,不同条件下的除雾器结垢原因不同,有些是飞灰含量过高形成的灰垢,有些是结晶垢,本文将对某发电公司660MW机组的除雾器结垢原因进行分析,初步总结结垢的机理,对此提出预防措施。

1 系统概述

某发电公司660MW超临界燃煤空冷机组,锅炉型号:DG2100/25.4-II2,配套建设有石灰石-石膏湿法脱硫装置。每座吸收塔顶部安装两级水平布置的除雾器,参数见表1。

该机组投运以来,多次出现除雾器结垢和堵塞问题。除雾器发生结垢或堵塞时,系统阻力过高,引起增压风机失速,锅炉负压维持困难,直接导致机组降负荷或停运。另一方面,除雾器的垢物难以清理,必须进行人工高压水枪冲洗,每年由此导致的检修维护费用较局。

一次典型事故经过如下:机组大修期间进行了除雾器清理,大修结束后投运不到4个月时间,增压风机喘振明显,除雾器差压一个月内从50Pa缓慢上升到100Pa,然后快速上升至560Pa,判断为除雾器结垢,随即运行人员加大冲洗力度,疏通差压计管路。情况并未好转,机组降负荷运行20d后停机,检修人员进入吸收塔检查发现上、下两级除雾器有20余个单元垮塌或掀翻,整个除雾器被石膏浆液铺满,堵塞严重,垢物量大且难以清理。

2 垢物化验分析

观察发现,除雾器不同位置的垢物其硬度和形态差异较大,多为软硬混合垢,部分区域的垢物分层明显,两层软垢内部夹一层硬垢。对典型垢物进行化学分析和扫描电镜微观分析,同时选取副产物石膏进行对比分析。化学分析结果见表2,扫描电镜结果如图1和图2所示。

表2化学分析结果

根据化学分析结果可见,除雾器上的垢物与石膏的组成较为接近,主要成分均为CaS04˙2H20。结合除雾器的工作机理,可以认为除雾器的垢物与石膏的来源均为脱硫浆液所携带的固体颗粒物。但是扫描电镜微观显示其晶体形态完全不同,除雾器垢物是颗粒与片状晶体的混合物,而脱硫石膏呈现出颗粒状(或短柱状)晶体结构。

3 结垢机理分析

通过对除雾器的垢物进行化学分析和扫描电镜分析,可以确定该机组除雾器结垢是浆液固体颗粒的沉积与结晶反应形成的混合垢。除雾器叶片在工作中粘附了一定的浆液固体颗粒,固体颗粒中存在硫酸钙、亚硫酸钙、碳酸钙以及少量烟尘,这些固体颗粒具有一定的粘性,如果未能被冲洗水及时冲洗掉,会与烟气中残留的S02继续反应,生成的硫酸钙、亚硫酸钙在叶片表面和原先截留的固体颗粒上快速成长,形成了形态混杂的硬垢,在冲洗失效的情况下,导致除雾器严重结垢。

除雾器部分叶片结垢,会形成恶性循环,当烟气经过时局部烟气流速过大,烟气中夹带大量石膏浆液得不到有效分离,过大液滴在重力作用下回落到烟道中和除雾器表面,造成除雾器彻底堵塞,直至进一步垮塌。

4 原因分析

4.1冲洗效果差

脱硫系统的除雾器都设计有冲洗装置,冲洗效果对除雾器结垢堵塞影响重大。除雾器冲洗水管道、喷嘴、阀门是否正常、喷嘴的布置、冲洗周期、冲洗水压均对冲洗效果有直接影响。首先通过查阅资料,排除了冲洗水喷嘴与除雾器叶片间距设计、冲洗覆盖率对冲洗效果的负面作用。

在事故发生后,检修人员对该机组冲洗水管道和喷嘴进行了逐个检查,结果表明50多个喷嘴发生了堵塞或脱落。原因是喷嘴形式为轴向实心锥,外观如图3所示,两级除雾器下表面冲洗水管上的喷嘴均为喷口向上,除雾器叶片上脱落的软垢极易进入喷嘴的出口,由于不是连续冲洗,喷嘴出口堆积的软垢经过一段时间的停留,会变得结实从而造成喷嘴堵塞。另外当冲洗水含固量较高或存在异物时,也会造成喷嘴堵塞。在后续运行中,发生喷嘴堵塞的区域形成冲洗死角,除雾器叶片无法得到冲洗,极易结垢。另外还有部分冲洗水喷嘴脱落或冲洗水管断裂,也会大大降低冲洗效果。如图4所示,红圈处的喷嘴脱落,冲洗水成柱状下流,冲洗面积大大减小,所对应的区域将无法得到有效冲洗。此类故障在运行中难以发现,需要每次停机时加强检修,及时将脱落和堵塞的喷嘴进行修复。

 

冲洗周期是保证冲洗效果的主要手段,冲洗间隔太长,石膏浆液和烟气中的飞灰不断附着,除雾器表面结垢加重并经高温烟气冲刷而硬化,形成厚实致密的硬垢,冲洗将彻底失效。除雾器一般要求2h至少冲洗一次,但是历史数据表明该机组多次出现除雾器冲洗间隔超过6h的情况。冲洗周期过长的主要原因是吸收塔液位过高,除雾器冲洗水全部进入吸收塔浆液池,优先考虑控制液位避免发生溢流,只好延长冲洗周期,减少冲洗次数。

编辑:张伟

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