脱硫除雾器结垢堵塞运行分析

除雾器通常布置于吸收塔内顶部,含硫烟气经过反应区时与石灰石浆液进行中和反应后形成雾滴,雾滴随烟气上升至除雾器区域,被除雾器捕集除去,防止下游设备的结垢及腐蚀。脱硫除雾器是烟气脱硫系统中非常重要的装置,除雾器除雾效率的高低和压降的大小直接影响到脱硫后烟气的“干净”程度和系统的运行效率,其性能直接影响到湿法洗涤烟气脱硫系统能否连续可靠运行。除雾器故障不仅会造成脱硫系统的停运,甚至可能导致整个机组系统停机。

一、除雾器堵塞情况

脱硫系统除雾器堵塞情况如图1、图2所示。可以看出,除雾器表面及内部都有严重的结垢现象,结垢面遍布整个除雾器,特别是除雾器表面结垢厚度达25px以上,除雾器冲洗水无法冲洗掉,严重影响了除雾器的正常运行,加重了下游设备的结垢堵塞,同时烟气带水量增加,下游设备酸性腐蚀加重。

在采取多种冲洗手段无效后,虽然冲洗后除雾器前后压差恢复正常,但经常采用上述处理方式,一方面冲洗费用大幅增加,另一方面冲洗水的高压力也会对除雾器本身造成损坏,影响除雾效果。因此,找出除雾器结垢堵塞地原因,并通过运行调整来维持除雾器洁净是解决问题的根本所在。

图1除雾器堵塞情况

图2除雾器堵塞情况

二、除雾器堵塞原因分析

除雾器位于吸收塔顶部烟气出口处,属于“湿—干”交界区,属于“湿—干”结垢。由于吸收塔浆液中含有CaSO4、CaSO3、CaCO3及飞灰中含有硅、铁、铝等物质,这些物质具有较大的粘度,当浆液碰撞到除雾器表面及塔壁时,它们中的部分便会粘附于除雾器及塔壁而沉降下来。同时,由于烟气具有较高的温度,加快沉积层水分的蒸发,使沉积层逐渐形成结构致密,类似于水泥的硬垢。

具体引起除雾器结垢堵塞的原因归纳如下:

1除雾器冲洗周期长。正常的除雾器冲洗,是保证除雾器洁净的有效措施,特别是除雾器较为洁净时,除雾器运行中附着的少量石膏颗粒、飞灰,都能被冲洗水冲刷掉。因此,从除雾器投入运行开始,必须按照设计要求对除雾器进行正常冲洗。

冲洗周期是有效冲洗的重要保证,如果冲洗周期太长,石膏颗粒和烟气不断附着,除雾器表面结垢加重,并经高温烟气冲刷不断硬化,直至形成厚实致密的硬垢,此时冲洗已无法冲刷掉垢物。通常最佳的除雾器冲洗周期为1～2h一次（我厂为3h一次）,发现除雾器前后压差有增大趋势,应适当缩短冲洗周期。

调整依据为:

1)缩短冲洗周期后,经过几个冲洗周期后,除雾器前后压差有下降趋势;

2)缩短冲洗周期后,要保证能够维持吸收塔液位,防止溢流现象发生,因此,除雾器冲洗应尽量安排在吸收塔液位降低较多时如出石膏或废水时进行。

2除雾器冲洗水压力不够。除雾器投入时间较短时,表面光滑洁净,运行中形成的垢物多分散、疏散,一定压力的冲洗水就可以冲刷掉但实际中由于管路设计不合理,都有可能造成除雾器冲洗水压力无法达到设计要求,冲洗效果不理想,致使除雾器表面形成的结垢晶核不断长大,形成硬垢。为了保证冲洗压力,一方面要求管路及孔板设计合理,另一方面要避免多个冲洗门同时进行冲洗。

3除雾器冲洗水门损坏,不能正常冲洗。除雾器冲洗水门的正常是冲洗进行的先决条件。由于除雾器冲洗门多采用露天布置,运行中经常发生进水等问题致使冲洗门无法正常投运,因此要求冲洗门必须达到相关防护等级并有一定的防护措施如遮雨棚,并加强日常维护。

4吸收塔浆液过饱和,烟气含固量增加。对于固体溶解度较低的浆液,当固体含量超过悬浮液的吸收极限,固体就会以晶体的形式开始沉积。当溶液相对饱和浓度达到一定值时,固体将按异相成核作用在悬浮液中已有的晶体表面上生长。

当饱和度达到更高值,即大于引起均相成核作用的临界饱和度时,就会在浆液中形成新的晶核,此时,微小晶核也会在容器表面上生成并逐步成长结成坚硬垢淀,从而析出作为固体结晶的垢。防止出现加入到吸收塔内的石灰石浆液超过设计要求,致使硫酸盐浓度增加从而使得硫酸钙垢晶离子的水平大于临界饱和度,浆液中石膏晶粒的异相成核作用将不能全部消耗掉所产生的硫酸钙,从而使得硫酸盐浓度超过临界饱和度,烟气与浆液接触后携带固体颗粒量大大增加,与除雾器碰撞后部分附着在除雾器表面,逐渐形成垢物。

5原烟气粉尘浓度超过设计。在除雾器表面沉积的垢物除了吸收塔浆液中的固体颗粒,还有随烟气带入的飞灰,正常情况吸收塔浆液可以洗涤50%左右的飞灰,到达除雾器处的烟气飞灰含量一般较低,正常冲洗可以保证除雾器洁净但实际中很多电厂煤种与设计偏差较大,灰分高出设计50%,甚至100%,或者除尘器运行达不到设计要求,致使脱硫系统进口烟气飞灰含量远高于设计值,大量飞灰在除雾器表面沉积,由于飞灰中的金属氧化物粘性较强,而且飞灰颗粒细小,一旦结垢很难去除。

除雾器堵塞预防对策

为了预防除雾器堵塞,避免下游设备结垢、堵塞、腐蚀的加重,必须从设备管理到运行方式都采取适当的措施。具体措施如下:

1保证除雾器冲洗系统的正常运行。如前所述从以下几方面开展工作:

1)根据除雾器前后压差设定合理的冲洗周期,维持除雾器较低压差运行;

2)在调试阶段,实际检查冲洗效果,保证冲洗能够覆盖整个除雾器,并达到冲洗压力;

3)加强除雾器冲洗水门维护,完善防护措施。

2保证氧化风量。目前多数湿法脱硫系统采用强制氧化来氧化脱硫过程中生成的亚硫酸盐,氧化风充足,可以使系统得到适当的氧总传质系数,有足够氧化亚硫酸钙的能力,从而保证系统浆液的固含物一定时,氧化比例能大于强制氧化临界值,为石膏结晶提供足够的晶种,石膏正常析出,维持浆液饱和度。氧化风不足时,石膏析出变慢,浆液过饱和,烟气携带固体颗粒增多,加重除雾器堵塞。

4维持适当的运行pH值。适当的浆液pH既可以保证正常的脱硫效率,又能使石灰石浆液充分利用。由于反应中SO2水合反应后生成的H+、HSO2-不能完全中和石灰石,使得浆液中Ca2+与SO42-及SO32-的溶度积不断增大,浆液过饱和度不断上升,会加重除雾器堵塞,同时浪费石灰石增多,也增加了运行成本。

5加强吸收塔浆液搅拌,提高反应液气比如果系统搅拌不均匀,会造成局部反应传质过程变慢,亚硫酸盐饱和度过大。在工况发生强烈扰动时,会出现吸收塔浆液局部石膏过饱和的现象,此时应通过增加浆液循环泵投运数量,提高反应液气比来解决。

6遇停机机会,应彻底清理除雾器。即使采取适当的措施,除雾器长期运行后,仍会结垢堵塞,特别是形成硬垢后,晶核不断长大,单靠冲洗难以去除,就要在脱硫系统大小修期间进行彻底地清理,保证除雾器正常投运。