石灰石–石膏湿法脱硫吸收塔结垢分析及预防措施

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北极星大气网讯:摘要：结垢是影响石灰石-石膏湿法脱硫( ,WFGD)系统安全稳定运行的主要问题之一。某发电公司330MW机组烟气脱硫一级塔及除雾器结垢情况严重,已影响脱硫系统的正常运行。针对该问题,对吸收塔及脱硫系统运行参数进行了系统分析,发现脉冲悬浮系统故障、除雾器喷嘴堵塞、浆液参数波动是造成吸收塔结垢的主要原因。通过加强对除雾器的冲洗、密切监视对比除雾器和浆液脉冲泵启动初期及正常运行中的参数、合理控制脱硫一级塔浆液密度、pH值、氧化风量及氟离子浓度等,吸收塔结垢问题已得到有效缓解。

0 引言

石灰石–石膏湿法脱硫(wet flue ，WFGD)技术是世界范围内烟气脱硫的主流技术，它具有技术成熟、适应煤种范围广、脱硫效率高、吸收剂来源广且利用率高、系统运行稳定等优点。但是，其在实际工程应用中仍存在一些问题，由于工艺过程中均采用浆状物料，脱硫系统特别是吸收塔易结垢进而影响系统的运行。吸收塔内部结垢不仅会导致系统阻力增加、塔内烟气流速不均、脱硫效率下降，甚至还会影响脱硫产物的质量及系统的氧化效果，垢层达到一定厚度后可能脱落，砸伤喷嘴和防腐内衬，而结垢严重时甚至造成除雾器塌陷、设备堵塞、机组停机。

目前研究认为，吸收塔结垢有3种形成机理：1)湿干结垢。由于较高温度烟气的蒸发作用使黏附于塔壁的部分浆液沉积，主要发生在吸收塔烟气入口处至第一层喷嘴之间、最后一层喷嘴至烟气出口处之间、强制氧化系统氧化风管出口处的“湿-干”交界区;2)结晶成垢。当生成的石膏在浆液的饱和浓度大于引起均相成核作用的临界饱和度时就会在浆液中形成微小晶核，并在塔内表面逐步成长为坚硬的垢; 当CaSO3⋅1/2H2O 的饱和度超过其均相成核作用的临界饱和度时就会在塔壁表面形成柔软、形状易变的软垢;3)沉积结垢。由于系统结构设计不合理、搅拌不充分等造成浆液流速过低，不足以夹带浆液中的颗粒时，就会造成固体颗粒在容器或管道底部沉积下来。

某发电公司 330MW 机组吸收塔结垢严重，本文根据吸收塔结垢的形成机理从结垢垢样、内部检查情况及运行参数等方面分析其吸收塔结垢的原因，并提出预防措施。

1 设备概况

该公司 330 MW 机组脱硫采用石灰石-石膏湿法双塔双循环工艺路线，吸收塔浆液搅拌采用脉冲悬浮方式，配置增压风机并增设增压风机旁路;一级吸收塔设置4 层喷淋层及2 级屋脊式除雾器，二级吸收塔设置2 层喷淋层及3 级屋脊式除雾器;每台机组设置3 台罗茨式氧化风机(两运一备)，氧化空气通过氧化风机送入氧化区。

2016 年9 月该机组完成超低排放改造后投入运行，至2017 年9 月停机检修中发现一级吸收塔浆液区有大量的石膏沉积物堆积，堆积高度平均约4 m，最高达6 m，且沉积分布严重不均。沉积物将A—C 浆液循环泵、脉冲悬浮泵入口滤网埋住，7 个脉冲悬浮喷嘴中有6 个被沉积物掩埋。吸收塔干湿交接面及以下塔壁、支架、喷淋管等全部结垢。一级除雾器叶片及框架被硬质结晶覆盖，二级除雾器同样堵塞，但堵塞程度轻于一级除雾器，堵塞物为较为松软的石膏。除雾器冲洗水喷嘴杂物较多。

2 垢样分析

根据结垢情况，对吸收塔壁、一级除雾器及喷嘴内沉积物进行了取样分析，主要元素含量分别见表1—3。

从分析结果可以看出，吸收塔壁沉积物成分较为复杂，除含有石膏晶体外还含有Si、Mg 及大量的F 元素;除雾器沉积物主要是硫酸钙盐;除雾器喷嘴的堵塞物主要是Fe 的氧化物。

3 结垢原因分析

3.1 氧化效果差

检查发现脉冲悬浮母管断裂，支管断裂1 根，浆液悬浮管喷嘴脱落，如图1、2 所示。

由于脉冲悬浮管的母管、支管断裂及喷头的脱落，导致脉冲悬浮系统不能有效对吸收塔浆池溶液进行搅拌，使得池内浆液浓度严重不均，降低了氧化效果，从而出现吸收塔浆液区有大量的石膏沉积物堆积，吸收塔壁及内部构件上沉积了大量石膏软垢，严重处厚度可达60~80mm，由于氟化钙、氟化镁等硬化剂的作用，使得塔内结垢物质最终呈坚硬状、灰黑色且有荧光。烟气中携带的未被充分氧化的浆液滴在除雾器上出现了再次氧化的情况，导致吸收塔塔壁和除雾器出现了大面积结垢现象，如图3 所示。

3.2 除雾器喷嘴堵塞

检查发现一级除雾器两端堵塞明显要高于中间部位，检查对应冲洗水喷嘴发现堵塞严重部位喷嘴均已堵塞，旋开冲洗水喷嘴可见大量沉积物堆积。

3.3 浆液参数的影响

石膏浆液 pH 值较高、浓度过大、氧化效果差等都容易引发吸收塔内部及除雾器结垢，若控制不当，会快速发展成为大面积堵塞。运行中，通过控制石灰石浆液的补充量来控制浆液pH 值。pH 值较高时，循环浆液中存在的S 主要以SO32−的形式存在，随着pH 值升高，CaSO3 的溶解度急剧下降，极易使CaSO3 的饱和度达到并超过其均相成核作用所需的临界饱和度，从而在塔壁和部件表面上结晶。

双塔脱硫系统，为了充分发挥其优点，通常一级塔pH 值宜控制在5.0±0.2 范围内，浆液密度应控制在(1100±20) kg/m3 范围内。