胜利电厂一二期脱硫设备系统优化改进实践

胜利电厂一、二期脱硫设备系统优化改进实践任恒启唐世军宫卫平刘兆俊潘广春（胜利电厂山东东营257087）摘要：对胜利电厂烟气湿法脱硫工艺中存在的主要技术问题和影响脱硫效率的主要因素进行分析探讨，从运行操作和维护角度进行了改进和处理，并制定了相应的完善措施，为下一步脱硫设备系统优化和提效提出了解决思路和方法。关键词：FGD石膏浆液结垢液气比PH值烟气流速扩容1前言胜利电厂一期吸收塔系统2008年投产运行，由于系统采用两炉一塔设置，很难实现随机停炉检修，设备连续运行周期较长。胜利电厂二期吸收塔系统2009年投产运行，采用一炉一塔设置，即3号炉吸收塔和4号炉吸收塔。日常运行及停吸收塔检修，发现一期脱硫吸收塔塔壁、3号炉脱硫塔塔壁、4号炉吸收塔塔壁出现结垢，循环泵入口滤网、脉冲泵滤网、石膏排出泵入口滤网也被垢层堵塞，吸收塔内大片垢层的沉积，影响了循环泵等设备的正常运行，大片垢层脱落会造成吸收塔搅拌器叶片和轴的损伤，垢层淤积在设备滤网入口处，不但影响了设备的正常出力，严重时会压塌滤网。循环泵入口滤网堵塞、循环泵过流部件的磨损、烟气在脱硫塔内流速变化，会造成喷嘴喷淋角度变化，喷淋层处塔壁在石膏浆液的冲刷下出现破损。3号炉、4号炉吸收塔氧化风管断裂及氧化风管道内结垢，一定程度上影响了石膏浆液的生成。一期脱硫吸收塔除雾器冲洗母管时常出现脱落，影响了对除雾器的冲洗效果，一期烟囱有时出现“石膏雨”现象，给周围环境带来了污染和腐蚀。二期氧化风机运行中主机经常损坏，影响了脱硫塔内石膏浆液的氧化效果，应对氧化风系统进行改进和优化。2011年9月份,国家环保部颁布了新修订的《火电厂大气污染物排放标准》，大幅收紧了二氧化硫排放限值，一般区域二氧化硫排放浓度要求100mg/Nm3，胜利电厂1、2号炉脱硫吸收塔、3号炉脱硫吸收塔、4号炉脱硫吸收塔设计排放浓度400mg/Nm3,再加上煤质变化，现在的脱硫系统很难保证烟气二氧化硫达标排放，脱硫系统的整体优化改进已迫在眉睫，实施过程中涉及到有些理论计算，比如液气比、烟气流速和氧化风机的最终确定，本文只是提出一种解决方案和思路，谬误之处批评指正。2结垢机理及处理措施2.1石灰石-石膏系统中吸收塔结垢机理2.1.1石膏终产物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，当饱和度达到更高值时，就会形成晶核。同时晶体也会在其它物体表面上生长，导致吸收塔内壁结垢。2.1.2吸收液PH值剧烈变化，低PH值时，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，产生硬垢。而高PH值亚硫酸盐溶解度降低，会引起亚硫酸盐析出，产生软垢。在碱性PH值运行会产生碳酸钙硬垢。2.1.3在石灰石FGD工艺中有两种垢，一种是由于沉积的固体物在高温下失水形成的物理硬垢，另一种是二水石膏在吸收塔模块内部构件表面结晶析出形成的化学硬垢。总的来说物理垢晶形不明显，较松软，易清除。而化学垢结晶明显，能牢固地附着在构件的表面，质地坚硬。物理垢容易在系统的以下部位形成：吸收塔烟气入口干湿交界处，长时间不投运的喷淋层的喷嘴，氧化空气喷管内侧，除雾器板片之间的流道内。吸收塔烟气入口干湿交界、长时间不投运的喷淋层的喷嘴结垢主要是浆液液滴在热烟气烘烤下形成。氧化喷气管内侧结垢的原因是压缩后的热氧化空气从喷嘴喷入浆液时，溅出的浆液粘附在喷嘴嘴沿的内表面上，由于喷出的是未饱和的热空气，粘附浆液的水分很快蒸发而形成固体沉积物，不断累积的固体物最终将堵塞喷嘴。除雾器板片之间产生垢的原因有：冲洗效果不好；长时间停止冲洗；烟气流速不均匀。当局部区域烟气流速超过除雾器的临界流速时，由浆液带来的固体物会在板片上淤积，最终堵塞部分流道，部分流道堵塞又提高了其它区域的流速，从而造成恶性循环。2.2处理措施2.2.1运行措施a)应保证有足够大的L/G。如图1所示，随着L/G的增大，石膏过饱和度下降，确定L/G既要保证吸收性能又要保证无垢运行，运行中控制溶液中石膏过饱和度最大不超过130%。b)选择合理的PH值运行，一、二期脱硫PH值控制运行在4.5-6.0范围内，运行中避免PH值的急剧变化。c)浆液中有足够的石膏晶种，含量最低不能小于5wt%,通常取10wt%-30wt%，以提供足够的沉积表面，使溶解盐优先沉积在表面，而减少向设备表面的沉积和增长，在运行中应保持浓度稳定，避免大幅度变化。d)向吸收液中加入添加剂如：镁离子、乙二酸。乙二酸可以起到缓冲PH值作用，抑制二氧化硫溶解，加速液相传质，提高石灰石利用率。镁离子的加入生成了溶解度大的碳酸镁，增加了亚硫酸根离子的活度，降低了钙离子浓度，使系统在未饱和状态下运行，以防止结垢。e）根据脱硫运行要求，做好氧化风管路、除雾器、入口烟道等部位的水冲洗操作工作，以防止水冲洗不到位引起的各部位结垢。2.2.2保养维护措施2011年1、2号炉脱硫吸收塔入口烟道结垢严重，大的垢块达到200Kg。因此应对入口烟道冲洗管道进行疏通，阀门操作不灵活的进行更换，一期吸收塔入口烟道无冲洗水应重新设置冲洗水系统，以保证入口烟道运行中的顺利冲洗。无垢区结垢区L/G比(L/m3)石膏过饱和度1020301.0二期氧化风管道内外都有结垢，每次检修除了对氧化风管路上的结垢清理外，还应对氧化风管路上的冲洗阀门进行检修或更换。一期氧化风管路上设置了冲洗门，由于设计原因，冲洗水会进入氧化风机管路和主机内，应对冲洗水管道和所在的氧化风管道进行改进，具体内容是：冲洗水管道和氧化风管道接口高度不变，氧化风管垂直段向高处加高0.5m，示意图示标高为现标高，见示意图2。吸收塔+10.86m+14.06m冲洗水管道氧化风管道除雾器冲洗水阀门属于全开/全关阀门，冲洗时对母管的冲击较大，容易造成管道接口的损坏，冲洗时水压力大大降低，影响了除雾器的整体冲洗效果，为了抑制冲洗水冲击造成的后果，继续把冲洗水阀门和母管连接改为软连接。对除雾器板片之间的结垢固体物进行清理，保证除雾器芯流道畅通。冲洗母管上的喷嘴损坏的进行更换，保证冲洗时的冲洗压力和效果。3脱硫系统优化和改进3.1循环泵入口滤网改造在石灰石强制氧化FGD工艺中，完全避免结垢是难以做到的，为了防止循环泵入口滤网堵塞造成循环泵出力下降，影响喷嘴的雾化效果，最终导致脱硫效率降低事故的发生，对吸收塔循环泵的入口滤网进行改造。在吸收塔三台循环泵入口滤网布置的结构基础上，采用316L材质的钢网及角钢，将3台循环泵入口滤网连通；三台循环泵入口底部滤网应铺设成可拆除滤网，底部滤网距离吸收塔底部（100—150）mm；三台循环泵入口立面滤网安装一只检修人孔门，在立面滤网上部中间留有孔洞，此孔洞做为浆液入口，即可防止大块石膏结晶和异物进入循环泵内，造成滤网堵塞，又可在滤网堵塞严重时浆液可通过立面滤网上的孔洞直接进入循环泵内；循环泵入口顶部滤网的铺设应于立面滤网和吸收塔塔壁紧密搭接，固定牢靠，顶部滤网应超出立面钢网300mm作为无滤网浆液入口遮挡沿，这样就形成了屋脊式滤网结构形式。具体改造见示意图3。吸收塔下部方梁脉冲悬浮排浆管循环泵入口顶部滤网支吊架无滤网浆液入口400200800*2000吸收塔塔底滤网检修门通过把循环泵入口滤网改为屋脊式滤网，既能减少循环泵入口滤网的堵塞，又能保证循环泵满出力运行。3.2循环泵机封改型循环泵设备停运时，每次都对机封进行调整，但是不能很好地解决机封泄露，严重地影响脱硫塔及机组的安全启动和运行。因此必须优选一种机封，从机封的结构和便于维修上进行优化。通过调研艾志工业技术集团公司生产的AIG317B系列机械密封为内冲洗浆液泵机封,冲洗水对动静环摩擦副的内部进行冲洗冷却，冷却水流入浆液内，机械密封的各零部件该公司能自我加工生产，并具有维修机械密封的能力，待新机封到位后择机对机封进行安装试验。3.3二期氧化风机改型二期3台氧化风机为ARMG375a型二叶罗茨鼓风机，运行中出现主机、壳体和轴承损坏现象，设备运行不稳定，影响了脱硫系统的安全、环保运行，需要对设备进行改型。三叶型罗茨鼓风机叶轮每转动一次由2个叶轮进行3次吸、排气，与二叶型相比，气体脉动小，振动也小，噪声低。拟把二叶氧化风机改为三叶型罗茨鼓风机。在罗茨风机出口加装“卸荷式启动阀”，这种阀的特点是风机启动前，阀门处于打开泄压状态，当风机启动后阀门自动关闭。罗茨风机入口滤网固定在风机隔音罩顶部箱板上，固定强度不够，无法消振，各连接螺栓时常出现松动，应对固定方式进行改进。3.4改进脱硫塔喷嘴形式，提高喷嘴的雾化效果对浆液喷淋进行改进，优选循环泵喷嘴，增大喷嘴的雾化效果，从而增大浆液和烟气的接触面积，更有利于烟气中的二氧化硫反应和吸收。3.5提高脱硫塔内壁光洁度，减少浆液固体物在脱硫塔壁上的粘附根据吸收塔浆液液位高度，从最高液位处向下对吸收塔内壁粉刷耐磨修补剂。该修补剂呈油状，修补剂固化后表面光滑，不生锈，其自润滑性能特别适合于修补后要求表面摩擦系数低，耐磨，耐双金属腐蚀的构件应用，与钢材、铝、陶瓷、水泥、铜及某些塑料均有良好的接合力。脱硫塔内部光洁度提高了，能避免大的垢层在脱硫塔内壁上形成，也就不会出现脱落的垢层损伤脱硫塔内部设备构件事件的发生。4脱硫设备系统改进建议随着国家环保新标准的逐步实施，烟气中的二氧化硫排放标准提高了，现有的脱硫系统很难实现烟气达标排放，只有通过增大脱硫吸收塔的液气比，延长烟气在吸收塔内停留时间，提高循环浆液的雾化效果，对氧化风系统增容等综合改进措施和手段，吸收塔系统脱硫效率才能得到提高。下面以胜利电厂一期吸收塔为例做一说明。4.1增大吸收塔液气比液气比、系统运行PH值、脱硫效率相互影响，工程实际中在最终确定液气比时应兼顾其相互作用、协调处理，共同保证烟气达标排放和系统的安全、经济运行。一期FGD入口总烟气量（BMCR）（标态,湿基,实际氧）792806m3/h，循环泵的出力为8645m3/h，根据排放要求液气比增大为30L/m3,液气比提高了，循环泵设备的出力相应提高，与循环泵相配套的减速机、电机及电气系统也要升级。液气比的确定除了满足脱硫效率外，还应考虑系统及有关设备的适应性。如果液气比太大，则烟气行程阻力太大，超出引风机的出力范围，容易引起炉膛正压；同时，过大的液气比会使烟气湿度增加，造成烟气带水，这是设备安全运行所不允许的。4.2提高烟气流速提高烟气流速可以提高气、液两相的湍动，降低烟气与液滴间的膜厚度，增加液滴下降过程中的振动和内部循环，提高了传质系数。另外，随着烟气流速的增加，喷淋液滴的下降速度相对降低，使单位体积内持浆量增大，增大了传质面积，相同条件下液气比可以得到降低。一期脱硫塔高37.1米，内径14米，处理烟气流量79.3万3/Nmh,经过折算，烟气在塔内最高流速2.0m/s。国内外的室内实验和数值模拟表明，提高烟气流速可以显著的提高脱硫效率，其中在1.5万3/Nmh的中试装置上的实验证明了这一点（注）。虽然提高烟气流速可以提高脱硫效率，但也会带来脱硫塔尾部烟气带水除雾难度，故国内一般采用3/ms的烟气流速。显然，胜利电厂一期脱硫塔的烟气流速属于比较低的，有较大的提高空间。注：任学杰中试装置实验。4.3氧化风机扩容FGD对烟气中的二氧化硫吸收能力增加了，为了降低脱硫塔内浆液亚硫酸钙含量，氧化风机风量也要增大，与氧化风机配套的出口母管及脱硫塔内的氧化风管相应配套改动。作者简介：任恒启，山东泰安人，1972年生，男，汉族，毕业于华北电力大学除尘输灰系统及自动化专业，高级工程师，现在胜利发电厂灰水专业从事点检工作，研究方向电厂环保…。地址：山东省东营市南二路207号邮编：257087电话电话：[phone]，0546—8595066