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关于脱硫吸收塔内壁结垢的危害分析及措施

时间:2018-10-11 09:46

来源:电力行业节能环保公众服务平台

作者:张超

石灰石-石膏湿法脱硫装置吸收塔内壁结垢,是石灰石-石膏湿法脱硫工艺中的常见问题。吸收塔内壁结垢不但会造成吸收塔设备的损坏,危及脱硫装置的安全运行,同时会给脱硫装置的安全检修带来极大的安全隐患。

本文以脱硫运行经验为基础,分析了吸收塔内壁结垢的原因,提出了相应的解决措施。望对脱硫系统的设计、运行调整及异常分析起到一定的参考作用。

1. 概述

石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺是目前火电厂应用最为广泛、技术最成熟的烟气脱硫技术,采用“一炉一塔”配置,以石灰石为脱硫吸收剂,副产品为商品石膏。

该工艺石膏的形成过程及脱除过程:

(1)石灰石浆液在吸收塔中与烟气逆流洗涤,脱除烟气中的二氧化硫,在吸收塔浆液中形成小颗粒的半水亚硫酸钙;

(2)利用氧化风机提供的氧化风将其强制氧化成二水硫酸钙,并在浆液中析出结晶。

(3)利用石膏排出泵将石膏浆液送至石膏旋流器,进行石膏的一级预脱水,细颗粒的石膏浆液溢流返回吸收塔,大颗粒的石膏浆液送至真空皮带脱水机;

(4)浆液通过真空皮脱水机后,形成含水量小于10%的石膏,输送至石膏库外运。

2018年9月在实际运行维护过程中发现#2吸收塔内壁出现厚度20-40mm质地坚硬、黑色的垢层,脱落后的垢层分布在吸收塔底部,堵塞石膏排出泵入口滤网、循环浆液泵入口滤网、吸收塔底部排放口。未脱落的垢层依附在吸收塔内壁,给检修工作带来极大的安全隐患。

2. 吸收塔内壁结垢的表现及主要成分

吸收塔内壁结垢的表现为:在吸收塔内壁及其构件上形成一层质地坚硬、光滑、紧密的黑色垢层。

#2塔内壁垢主要成分:

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3. 吸收塔内壁结垢的危害

(1)在吸收塔内壁及其构件上结垢,造成构件弯曲变形、脱落,降低使用寿命,增加检修维护工作量。

(2)在管道内壁结垢,造成管道堵塞。质地较硬的结垢体加速管道磨损及堵塞,降低设备使用寿命,增加检修维护工作量。

(3)质地坚硬的结垢层脱落时,损坏防腐涂层,加速设备腐蚀、造成设备塔体渗漏。脱落时砸向吸收塔内的氧化风管、支架,吸收塔内搅拌器叶片及轴,造成设备损坏,增加检修维护工作量。

(4)脱落的结垢层散落在吸收塔底部,造成吸收塔石膏排出泵入口滤网堵塞,造成脱水系统无法正常连续投运,导致吸收塔石膏浆液密度升高。

(5)脱落的结垢层在浆液循环泵入口滤网处堆积,堵塞浆液循环泵入口滤网。在浆液循环泵抽吸力的作用下,结垢体会卡死在滤网网上,循环泵停运后无法通过反冲洗去除。石膏晶体会在浆液循环泵入口滤网生长、沉积,导致滤网流通量下降,造成浆液循环泵气蚀无法运行,危及脱硫装置的安全运行。

(6)小的结垢体会通过浆液循环泵输送至浆液喷淋层,在此过程中会加速浆液循环泵叶轮的磨损,造成喷嘴堵塞堵塞、脱落,喷淋层堵塞等。

4. 吸收塔内壁结垢的原因分析

通过化验分析可知,吸收塔内壁结垢主要成分是CaSO4.2H2O,是石膏垢。其形成机理为:石膏浆液中的CaSO4过饱和度超过一定值时,石膏晶体就会在悬浮液内已经存在的石膏晶体上生长。相对过饱和度达到某一更高值时,就会形成晶核,同时石膏晶体会在其他物质表面生长,导致吸收塔内壁结垢,经长时间缓慢生长形成石膏垢层。

具体原因分析:

(1)石膏浆液中的CaSO4过饱和度过大。

较高的石膏浆液浓度,使溶液中石膏过饱和度过大,是形成石膏垢的主要原因。#2塔石膏浆液浓度要求控制在15%-23%,但实际运行中脱水系统出力不足,#2塔石膏浆液浓度基本维持在25%-28%,电厂燃烧高硫煤时,石膏浆液浓度一度达到30%。

(2)石膏浆液停留时间长。

#2塔石膏浆液浓度超过控制标准、电厂燃烧高硫煤,加上脱水系统出力不足,石膏浆液浓度高、停留时间长。石膏浆液中的晶体有充足的时间在吸收塔内壁及构件上形成结晶,为晶体的生长、形成提供了有力条件。

(3)石膏浆液pH值波动大。

由于pH值的变化会改变亚硫酸盐的氧化速率,pH值在4.5时,HSO3-的氧化作用最强,这将直接影响浆液中石膏的相对过饱和度。在pH值为7.2时,溶液中存在SO32-和HSO3-离子;pH值为5以下时,溶液中只存在HSO3-离子;当pH值降到足够低,溶液中存在的只是水化了的SO2分子。同时CaSO3的溶解度随pH值降低而显著增大,而CaSO4的溶解度却随着pH值降低反而略有减少。pH值越低,亚硫酸盐溶解度越大,SO32-浓度越高,则系统中硫酸盐的生成量会大增。但随着pH值的降低,CaSO4的溶解度越来越小,所以会有大量的CaSO4析出,形成硫酸盐硬垢。pH值高时,CaSO3的溶解度较小,SO32-浓度较低,CaSO4的生成速率小,不会生成CaSO4硬垢,但因CaSO3的溶解度较小,易形成亚硫酸盐软垢。

#2塔在运行过程中石膏浆液pH值基本控制在4.5-5.0,也是造成吸收塔形成硫酸盐硬垢的原因。

(4)吸收塔防腐内壁较粗糙。

吸收塔内壁防腐层表面粗糙,光滑度较低,利于吸收塔内浆液结晶、生长。#2塔内壁存在大量的石膏垢层,粗糙的表面利于晶体生长、形成。

5. 预防吸收塔内壁结垢的解决措施

(1)控制石膏浆液密度及停留时间。

浆液密度是一个综合性的参数,是反映系统是否决定脱水出石膏、使塔体内浆液保持一个较佳的反应环境的重要参数。

当石膏浆液密度大于1085kg/m³时,混合浆液中CaSO4的浓度已经趋于饱和,石膏浆液密度小于1075kg/m³时,混合浆液中CaSO3的含量较低,CaCO3的含量相对较高。正常运行中应根据系统工况调整脱水系统,确保石膏浆液过饱和度控制在110%-130%,避免过饱和的石膏浆液长时间在吸收塔内停留,避免结垢。

编辑:李丹

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