脱硫塔干湿界面结垢原因分析及处理方法

徐英汉

摘要：现如今，随着我国经济的飞速发展，烟气脱硫技术是目前公认的最经济、最行之有效的方法，也是世界上大规模商业化应用的脱硫方法。烟气脱硫方法以石灰石—石膏湿法脱硫工艺为主，是目前世界上最成熟、运行状况最稳定的脱硫工艺。热电部10#炉采用石灰石—石膏湿法脱硫工艺，“一炉一塔”的配置方案。脱硫系统投运以来运行维护费用较低，可靠性高，但存在较为突出的问题是干湿界面结垢严重，运行中无法清除，长周期运行将造成装置烟气阻力增大能耗升高，同时存在较大安全隐患。文章分析了干湿界面的结垢机理以及危害，详细阐述了相关技术改进措施，通过技术改造较好解决了结垢问题。

关键词：脱硫塔；干湿界面；结垢原因分析；处理方法

引言

火力发电历史悠久，湿式石灰石石膏法脱硫法便是电厂主要的烟气脱硫方法之一，它的主要特点是：原材料价值低，投资、运行成本低，技术成熟，应用广泛。通过在线数据和各种相关实验方法比对，实现了本厂湿法脱硫系统监督试验的最优化。此研究是为了优化脱硫系统的节能方式，完善火力电厂的湿法脱硫技术，进一步提高脱硫设备运行的稳定性，并提高环境效益和经济效益。其成果对火力电厂的湿法脱硫系统运行具有一定的指导意义和应用价值。

1干湿界面结垢的形成及危害

1.1脱硫工艺简介

石灰石—石膏湿法脱硫工艺采用价廉易得的石灰石粉料作脱硫剂，将石灰石粉与水混合搅拌制成新鲜脱硫剂浆液，浆液经制浆泵输送至脱硫塔循环泵吸口，与塔底浆液混合后进入脱硫塔。浆液通过喷淋层的高效喷嘴雾化后与烟气充分接触，使烟气中的二氧化硫（SO2）与浆液中的氧化钙（CaO）进行反应生成亚硫酸钙（CaSO3）；从脱硫塔下部浆池鼓入空气将亚硫酸钙强制氧化并结晶生成石膏（CaSO4·2H2O）。吸收塔内的浆液经排浆泵送到石膏旋流器进行一级脱水，浓度为50%的底流进入真空皮带，进行再次脱水至含水量小于10%的石膏，并输送至石膏库储存；部分石膏旋流器的溢流再经废水旋流器处理，溢流通过废水泵送至废水处理系统。脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴后，经烟囱排入大气。吸收区发生的主要化学反应有：吸收：SO2＋H2O＝H2SO3（1）中和：CaO＋H2SO3＝CaSO3＋H2O（2）氧化：2CaSO3＋O2＝2CaSO4（3）结晶：CaSO4＋2H2O＝CaSO4.2H2O（4）脱硫干湿界面是指脱硫塔进口烟道与脱硫塔相连的区域，脱硫塔的三层喷淋层均在烟气入口的上方，在运行中大量的浆液从喷淋层中喷出，塔内湿度相当大，液气比可达8.4，当烟气进入脱硫塔时相当于穿过一道水帘，因此将脱硫塔进口烟道与脱硫塔相连的区域称为干湿界面。

1.2石膏垢的形成

当浆液中CaSO4处于轻度过饱和状态，此时浆液再通过吸收区后，最终产物石膏超过了悬浮液的吸收极限，石膏就会以晶体的形式开始沉积，当相对饱和浓度达到一定值时，石膏晶体将在悬浮液中已有的石膏晶体表面进行生长，就会形成晶核，因此当浆液中CaSO4过饱和时会在其表面析出结晶形成石膏垢。入炉煤种或发电机组负荷有较大变化时，会造成脱硫塔内浆液pH值发生较大变化。当浆液pH值偏低时，亚硫酸盐溶解度急剧上升，硫酸盐溶解度略有下降，会有石膏在很短时间内大量产生并析出，产生硬的石膏垢。高pH值亚硫酸盐溶解度降低，会引起亚硫酸盐析出，产生软垢，而在碱性pH值条件下运行会产生碳酸钙硬垢。

1.3干湿界面结垢的危害

引风机电耗升高干湿界面结垢将堵塞烟道，减小烟气流通面积，增加烟气系统阻力，导致引风机电耗升高。10#炉脱硫塔正常运行时入口压力为1.8-2.0kPa，连续运行近一年后，随着石膏墙垢的不断累积扩散，入口压力上升到2.9kPa左右，继续运行到400多天入口压力基本稳定在3.1kPa左右，据统计引风机产汽能耗平均升高0.25kW·h/t。影响锅炉出力当干湿界面严重堵塞后，流通面积受限，烟气流量受限，烟气压力损失陡增，导致引风机出力不能满足锅炉负荷需求，进而影响到锅炉出力。特别是对于母管制锅炉汽轮机机组，不利于锅炉负荷及主蒸汽压力调整，影响机组的安全生产。对氧化风管、搅拌器等设备造成安全隐患石膏垢随运行时间延长不断变大、变厚，当达到一定量时，在自身重力作用下可能会出现大片脱落，大的结垢块会砸到塔内的搅拌器和氧化风机茅枪管，导致设备损坏，并且脱落的大量硬质结垢将引起浆液循环泵滤网堵塞，使液气比降低，进而影响脱硫效率。

1.4对吸收塔本体的影响

结垢发生在干湿界面层烟道，由于结垢层不断变干变厚，堆积的重量改变了吸收塔本体应力分布，超出干湿界面烟道的正常承载能力，长期会使吸收塔本体局部变形，烟气接口错位，严重影响吸收塔安全运行．结垢附着在玻璃鳞片内衬表面，当人工清理时，容易撕裂防腐层或工器具碰伤防腐层，造成腐蚀，另外，不锈钢内衬表面，由于结垢阻止了氧气的进入，导致不锈钢表面发生应力腐蚀和点蚀，当氯离子浓度高时更为明显。

2解决措施

2.1增加入口烟道冲洗水管

干湿界面的结垢首先是从底部开始富集，有了底部支撑然后不断往上延伸直至布满整个入口烟道。为防止浆液中的CaSO3·1/2H2O在干湿界面底部粘连，在干湿界面前增加入口烟道冲洗水管，及时清理卷吸进来的浆液。冲洗管为两根，管径为Ф133，每根有两个鸭型嘴喷头，喷头安装角度与下板呈45°倾斜，保证整个底面都能冲洗到。冲洗管材质选用316L材质，烟道内管道不另做支撑，以方便检修。冲洗管水源取自除雾器冲洗水，每根冲洗管均设一个电动阀，该系统采用PLC控制，每4h冲洗一次，每次冲洗1min。

2.2延长挡水沿

由于烟气进入脱硫塔后产生的卷吸、回流比较强烈，导致部分浆液被带入干湿界面从而造成结垢。改造前脱硫塔设计的挡水沿只有200mm，该挡水沿尺寸过短对回流的浆液阻挡效果不佳。通过流场模拟对接口处的挡水沿进行优化设计，将长度改为800mm，最大限度阻挡浆液回流同时对脱硫塔内流场影响降到最低。

3应用效果

通过以上改造，解决脱硫结垢的问题，不能单一从某一个角度解决问题，要综合全面进行分析，加强ＦＧＤ系统运行监控，严格控制浆液浓度、ｐＨ值在设计范围内，保证石灰石的质量等，多管齐下，将取得的成果长周期的延续下去．从根本上解决了干湿界面结垢。装置通过一年时间的运行，脱硫塔入口压力稳定在1.8-2.0kPa之间。设备停运后进行检查，干湿界面结垢的现象得到彻底解决，同时挡水沿侧面及上面没有石膏垢富集现象，改造效果很好。据统计，实施改造后引风机产汽能耗平均降低了0.25kW.h/t，如果按常用炉负荷380t/h，年运行时数8000h计算，则每年可节电76万kW.h，按成本电价0.58元/kW.h，年度增效44.08万元。

结语

通过分析石灰石—石膏湿法脱硫系统运行过程中，脱硫塔进口烟道干湿界面结垢以及结垢不断富集扩大最终导致入口堵塞的原因，采用在脱硫塔入口烟道干湿界面处加装冲洗装置和延长挡水沿的解决方案，最终消除了脱硫塔入口结垢堵塞的安全隐患，提高了脱硫系统长周期运行的安全可靠性，使之满足日益严峻的环保要求。

参考文献：

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