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脱硫吸收塔塌陷之谜:湿法脱硫喷淋层堵塞原因分析
时间:2018-08-01 13:05:25

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结垢、磨损、腐蚀、石膏雨,被称为“湿法(钙基)脱硫的四大难题”。系统设备磨损引发的系统影响已是联盟群内经常讨论的话题,“石膏雨”由于环保部门“监督”更是热门,而系统结垢、腐蚀引发的管路堵塞问题往往被忽视。本次针对其中喷淋层部分,结垢、堵塞进行浅析。


1.喷淋层堵塞的影响

1.1脱硫效率降低

喷淋层一般位于塔体的中上部,通过浆液循环泵,将浆液均布至烟气层,洗涤烟气,浆液浓缩,是整个脱硫系统的“心脏”部分,如果喷淋层堵塞,则会出现流场不均,形成烟气“走廊”,烟气无法被浆液完全充分洗涤,影响整体脱硫效率。

1.2喷淋层塌陷

目前工业用喷淋层管路一般以玻璃钢等,轻质材料、材质为主。耐热性、抗冲击性能较差,喷淋层管道一旦堵塞,随之会出现量变引起质变现象,极易受循环泵启停“水锤”影响而断裂,从而引起局部或整体塌陷现象。局部断裂、塌陷后,由于循环泵流量增大,电流也随之增加,长期运行能耗增加,影响经济运行。

1.3软补偿器撕裂,出口表管断裂

喷淋层堵塞,循环泵流量减少(相当于出口节流),管道内壁压力增加,软补偿器承受压力增加,一旦超过其承载力会导致破损。但由于泵流量大,破损初期外泄流量小,泵的电流及压力波动会很细微,无法“及时”判断。随着泄露浆液辐射面增大,脱硫岛其它设备面临跳停、烧毁危险。


1.4循环泵管道振动

一般脱硫设计循环—喷淋管线为支母管式,当喷淋层出现堵塞后,管路压阻上升,循环泵汽蚀余量增加,严重者可导致循环泵重心偏移,形成整个管道振动或振动加剧现象(国内某电厂因此原因,导致循环管路整体坍塌)。

1.5循环泵体振动

由于循环泵出口堵塞,泵压阻上升,流量减小。循环泵工作状态发生偏移,设备动平衡改变,导致泵体振动增大。严重者可导致循环泵轴心发生偏移,泵—减速机—电机联轴器及连接膜片损坏。联轴器紧固螺丝断裂,飞出伤人(某电厂因联轴器飞出伤人,导致一死一伤)。

1.6石膏含水量增大

喷淋层堵塞部分烟气洗涤不充分,导致脱硫效率下降。为了维持脱硫效率,维持净烟气出口SO2数值,大部分采取提高pH值补偿(通用)做法。pH的提高,偏离最佳氧化pH值范围,导致半水亚硫酸钙增多。半水亚硫酸钙晶簇呈开放多孔、海绵或针状,在压力下晶簇破碎呈“浆液化”。

1.7除雾器变形、坍塌

喷淋层大面积堵塞,烟气未经充分喷淋洗涤,烟气走廊里“偷溜”的高温烟气直接与除雾器接触,高温烟气使除雾器叶片或导叶(管束)变形。影响除雾器除雾效果,再次冲洗时,冲洗不净。“日积月累”导致除雾器负重增加,固定件承受压力随之增加。到达临界时,固件发生破损脱落。固定梁发生坍塌,除雾器也随之坍塌坠落。


1.8 吸收塔塔壁、金属固件防腐

烟气未经充分喷淋洗涤,高温烟气与塔壁及净烟道直接接触,破坏防腐层化学性质及机械强度。导致塔壁、烟道、金属固件防腐层脱落,(工矿环境偏酸性且含有cl-离子)所以吸收塔“母体”因酸腐蚀遭到破坏。再者,防腐脱落碎块重新堵塞循环泵入口网,形成“堵塞循环”。如:国内某电厂因喷淋层堵塞造成塔壁温度高达90℃高温,最终导致吸收塔报废。

2. 喷淋层堵塞原因

2.1设计不合理

2.1.1 喷淋层分布不均

塔内烟气携带石膏液滴与塔内壁接触,导致流速减缓。石膏液滴会沿着塔体内壁向下流动,(在除雾器与喷淋层之间)沉积在喷淋层支管四周,造成吸收塔喷淋层支管末端外层积物积累。


2.1.2 浆液循环泵选型

由于目前改造项目较多,有些项目需要喷淋层抬高。而循环泵未更换或者旧泵由于腐蚀和汽蚀导致效率降低的情况,这样易造成循环泵扬程不够的现象,导致喷嘴压头过小(一般为300~900Kpa),从而造成喷嘴积液、结垢、堵塞。

2.1.3泵入口滤网选型

防止浆液中大块石膏对泵造成损伤以及喷嘴堵塞。一般选用耐腐蚀不锈钢或合金钢材质,孔径为5~25mm,面积为泵通流面积的2~3倍。选型错误将导致浆液流速缓慢,随浆液运行时间增长,浓缩浓度增加,依然会出现泵入口浆液堵塞问题。

2.1.4喷淋层母管选型

喷淋母管直径的选择,一般FRP浆液管道输送浆液的速度宜选择在3m/s左右,设计一般为2.5~3.3m/s。流速太低造成喷淋管堵塞,较快则会造成冲刷腐蚀,寿命下降,磨损速度是速度的2.5~3次方。

2.1.5喷淋层喷嘴选型

喷嘴的种类包括空心锥、实心锥(压降小)和螺旋型(易碎);喷嘴的数量和流量(取决于浆液循环流量);雾化粒度(取决于喷嘴形式、流量和压降);雾化角等。选型错误将导致浆液流速过快增加磨损,过慢会导致沉积堵塞。


2.2安装缺陷

2.2.1支目管法兰之间连接松动引发漏流

检修或者安装过程中,施工人员专业性不强。母管法兰与支管法兰之间松动或者链接脱落,致使部分浆液分流或者短路,泄漏、短路点后段流量减少或形成“盲肠”,在高温和浆液沉积共同作用下,最终造成喷淋支管堵塞。

2.2.2支管与喷嘴之间连接松动、脱落

检修或者安装过程中,喷嘴安装不牢固。导致支管与喷嘴之间部分浆液分流或者短路,造成泄露点后流量减少,流速降低。浆液颗粒的沉积,最终造成喷嘴堵塞。

2.2.3 检修支目管“检查口”未封

检修过程中,检查喷淋层管道通用做法是分段开取检查口,以判断管道内结垢状态。由于施工人员的专业性不强,“检查口”遗忘未封或承受不住压力,在运行中导致大部分浆液分流,部分烟气未经洗涤,造成恶性循环。

2.2.4 喷嘴脱落

喷嘴堵塞后,管道内流量减少,内压增加。在管内压作用下喷嘴脱落,这将导致支管浆液直接分流。脱落点后段支管压力减小,流量减少。在高温及沉积的共同作用下堵塞。

2.3异物堵塞

2.3.1检修遗留物

由于塔体检修管理不善,工人意识薄弱。很容易出体塔体检修遗留物或施工工具等遗留塔体内,造成管道机械堵塞或损坏现象。

2.3.2塔内结垢、防腐层脱落

一般脱硫塔内衬防腐为玻璃钢鳞片形式,此工艺一般为人工涂刷,可控性差,且材质本身耐温性、机械强度较差,随运行时间的加长,会局部脱落至塔体或塔壁,造成挂壁流场不均。脱落后再次循环,进入喷淋管路造成堵塞现象。


2.3.3 管道内衬及防腐脱落

为防止管道腐蚀,部分工艺水管路设计为内衬胶管路,由于设备质量本身(硫化不均,局部气孔或鼓包)或橡胶老化会出现局部脱落,随系统流体至喷淋系统,积聚在弯头或喷嘴处,引起流量分布不均,局部压损增大,喷淋层堵塞。


2.4流速减慢浆液沉积

2.4.1循环泵更改为变频

随之节能技术的发展,脱硫系统循泵变频改造是近年来的一个热门,此部分改造必须充分分析、调研、合理控制频率变化引发的流量变化影响,若极端控制频率,很容易出现出现流量波动引起流速降低,部分浆液在管道内沉积,最终造成喷淋支管堵塞。

2.4.2循环泵叶片磨损

系统浆液本身由于浓缩,带有腐蚀性离子(以氯离子最为明显)和固体颗粒,叶轮磨损问题不可避免,运行过程,需规范操作,合理控制参数,及时检修处理,若不然则会出现泵体流量、电流下降,管道内流速下降,浆液局部沉积,最终造成喷淋支管堵塞。

2.5运行参数控制不当

2.5.1浆液含固量(密度)大

一般运行控制中,浆液密度一般控制在1080~1250之间(不含表计误差),密度过大,浆液中固含量上升,液体粘度增大,管路系统摩擦系数上升,管路磨损、堵塞现象概率增加。

2.5.2石灰石颗粒过大

钙法(湿)工艺一般选用石灰石(CaCO3)浆液作为脱硫还原剂,石灰石的质量也是影响系统效率的一个关键因素,一般控制在200目及以下,颗粒过大或杂质含量太多,均会出现系统效率不稳定、管路堵塞等现象。

2.5.3 浆液中含砂石颗粒

目前很多电厂大多采用混凝土工艺烟道,这就导致管廊内一些砂砾等大颗粒物质随烟气进入脱硫浆液系统,并在其中进行内部循环流动,也会产生管路磨损、喷淋层堵塞问题。还原剂杂质含量已在上文阐述,此部分不再进行单独说明。

2.5.4 pH控制过高

钙法脱硫是以Ca2+离子(偏中性金属离子)与SO42-离子(强酸性离子)为基础的沉淀反应,加之亚硫酸氢根离子的影响,此反应PH值宜控制在弱酸偏中性,一般控制在5.0~6.0(石灰石/石灰)之间,由于钙离子离子本身原因,易与氢氧根形成碱性化合物,故需降低系统pH,增加氢离子含量,以加剧脱硫主反应。若运行过程中,pH控制不当,钙硫比超过1.2。将会导致浆液在循环管道内结垢,最终造成喷淋支管堵塞。

2.6定期工作不到位

2.6.1设备定修。

所有运行设备均为损耗品,需通过定期检修更换,才能满足系统工艺需要。脱硫系统一般以泵、机、喷淋层为主,应充分利用检修,对系统进行检查、分析、处理。尤其喷淋头采用双向喷嘴时,停运后由于部分浆液随喷头流入支管,久而久之造成堵塞。

2.6.2 进行定期冲洗。

脱硫系统主体工艺设备启停运行均应进行水力冲洗、重点关注喷淋层及除雾器单元。

3. 结论

喷淋层堵塞是脱硫运行中容易被忽视的“毫毛斧柯”,喷淋系统的设计、选型、安装各个环节都很重要,运行中的定期冲洗和检修时的检查维护也得保质保量。只有这样,才能让喷淋层持续健康运转,保证脱硫乃至整个机组安全稳定运行。同时借此文,唤起大家对“喷淋层堵塞”这一问题的重视。

转载于北极星电力网

作者:于洋

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