石灰石–石膏濕法脫硫吸收塔結垢分析及預防措施
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北極星大氣網訊:摘要：結垢是影響石灰石-石膏濕法脫硫( ,WFGD)系統安全穩定運行的主要問題之一。某發電公司330MW機組煙氣脫硫一級塔及除霧器結垢情況嚴重,已影響脫硫系統的正常運行。針對該問題,對吸收塔及脫硫系統運行參數進行了系統分析,發現脈沖懸浮系統故障、除霧器噴嘴堵塞、漿液參數波動是造成吸收塔結垢的主要原因。通過加強對除霧器的沖洗、密切監視對比除霧器和漿液脈沖泵啟動初期及正常運行中的參數、合理控制脫硫一級塔漿液密度、pH值、氧化風量及氟離子濃度等,吸收塔結垢問題已得到有效緩解。
0 引言
石灰石–石膏濕法脫硫(wet flue ，WFGD)技術是世界範圍内煙氣脫硫的主流技術，它具有技術成熟、适應煤種範圍廣、脫硫效率高、吸收劑來源廣且利用率高、系統運行穩定等優點。但是，其在實際工程應用中仍存在一些問題，由于工藝過程中均采用漿狀物料，脫硫系統特别是吸收塔易結垢進而影響系統的運行。吸收塔内部結垢不僅會導緻系統阻力增加、塔内煙氣流速不均、脫硫效率下降，甚至還會影響脫硫産物的質量及系統的氧化效果，垢層達到一定厚度後可能脫落，砸傷噴嘴和防腐内襯，而結垢嚴重時甚至造成除霧器塌陷、設備堵塞、機組停機。
目前研究認為，吸收塔結垢有3種形成機理：1)濕幹結垢。由于較高溫度煙氣的蒸發作用使黏附于塔壁的部分漿液沉積，主要發生在吸收塔煙氣入口處至第一層噴嘴之間、最後一層噴嘴至煙氣出口處之間、強制氧化系統氧化風管出口處的“濕-幹”交界區;2)結晶成垢。當生成的石膏在漿液的飽和濃度大于引起均相成核作用的臨界飽和度時就會在漿液中形成微小晶核，并在塔内表面逐步成長為堅硬的垢; 當CaSO3⋅1/2H2O 的飽和度超過其均相成核作用的臨界飽和度時就會在塔壁表面形成柔軟、形狀易變的軟垢;3)沉積結垢。由于系統結構設計不合理、攪拌不充分等造成漿液流速過低，不足以夾帶漿液中的顆粒時，就會造成固體顆粒在容器或管道底部沉積下來。
某發電公司 330MW 機組吸收塔結垢嚴重，本文根據吸收塔結垢的形成機理從結垢垢樣、内部檢查情況及運行參數等方面分析其吸收塔結垢的原因，并提出預防措施。
1 設備概況
該公司 330 MW 機組脫硫采用石灰石-石膏濕法雙塔雙循環工藝路線，吸收塔漿液攪拌采用脈沖懸浮方式，配置增壓風機并增設增壓風機旁路;一級吸收塔設置4 層噴淋層及2 級屋脊式除霧器，二級吸收塔設置2 層噴淋層及3 級屋脊式除霧器;每台機組設置3 台羅茨式氧化風機(兩運一備)，氧化空氣通過氧化風機送入氧化區。
2016 年9 月該機組完成超低排放改造後投入運行，至2017 年9 月停機檢修中發現一級吸收塔漿液區有大量的石膏沉積物堆積，堆積高度平均約4 m，最高達6 m，且沉積分布嚴重不均。沉積物将A—C 漿液循環泵、脈沖懸浮泵入口濾網埋住，7 個脈沖懸浮噴嘴中有6 個被沉積物掩埋。吸收塔幹濕交接面及以下塔壁、支架、噴淋管等全部結垢。一級除霧器葉片及框架被硬質結晶覆蓋，二級除霧器同樣堵塞，但堵塞程度輕于一級除霧器，堵塞物為較為松軟的石膏。除霧器沖洗水噴嘴雜物較多。
2 垢樣分析
根據結垢情況，對吸收塔壁、一級除霧器及噴嘴内沉積物進行了取樣分析，主要元素含量分别見表1—3。
從分析結果可以看出，吸收塔壁沉積物成分較為複雜，除含有石膏晶體外還含有Si、Mg 及大量的F 元素;除霧器沉積物主要是硫酸鈣鹽;除霧器噴嘴的堵塞物主要是Fe 的氧化物。
3 結垢原因分析
3.1 氧化效果差
檢查發現脈沖懸浮母管斷裂，支管斷裂1 根，漿液懸浮管噴嘴脫落，如圖1、2 所示。
由于脈沖懸浮管的母管、支管斷裂及噴頭的脫落，導緻脈沖懸浮系統不能有效對吸收塔漿池溶液進行攪拌，使得池内漿液濃度嚴重不均，降低了氧化效果，從而出現吸收塔漿液區有大量的石膏沉積物堆積，吸收塔壁及内部構件上沉積了大量石膏軟垢，嚴重處厚度可達60~80mm，由于氟化鈣、氟化鎂等硬化劑的作用，使得塔内結垢物質最終呈堅硬狀、灰黑色且有熒光。煙氣中攜帶的未被充分氧化的漿液滴在除霧器上出現了再次氧化的情況，導緻吸收塔塔壁和除霧器出現了大面積結垢現象，如圖3 所示。
3.2 除霧器噴嘴堵塞
檢查發現一級除霧器兩端堵塞明顯要高于中間部位，檢查對應沖洗水噴嘴發現堵塞嚴重部位噴嘴均已堵塞，旋開沖洗水噴嘴可見大量沉積物堆積。
3.3 漿液參數的影響
石膏漿液 pH 值較高、濃度過大、氧化效果差等都容易引發吸收塔内部及除霧器結垢，若控制不當，會快速發展成為大面積堵塞。運行中，通過控制石灰石漿液的補充量來控制漿液pH 值。pH 值較高時，循環漿液中存在的S 主要以SO32−的形式存在，随着pH 值升高，CaSO3 的溶解度急劇下降，極易使CaSO3 的飽和度達到并超過其均相成核作用所需的臨界飽和度，從而在塔壁和部件表面上結晶。
雙塔脫硫系統，為了充分發揮其優點，通常一級塔pH 值宜控制在5.0±0.2 範圍内，漿液密度應控制在(1100±20) kg/m3 範圍内。
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