超低排放下双塔双循环脱硫系统加强水平衡管理及采取的措施

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湿法烟气脱硫工艺是燃煤烟气脱硫成熟技术之一,除雾器是湿法烟气脱硫系统中关键设备。研究表明,除雾器性能优劣影响脱硫系统能耗,甚至影响机组安全、稳定运行。因此,保证除雾器正常运行具有重要意义。

国内早期对湿法烟气脱硫系统要求不高,在满足脱硫要求前提下,考虑尽量降低投资,故出现因冲洗水系统布置不合理造成除雾器堵塞问题[3];另外,入口烟尘浓度高,除雾器冲洗水量不足,水压低也可使除雾器出现堵塞问题[4-5]。随着燃煤发电机组脱硫烟气旁路的取消,特别是在超低排放条件下,对脱硫装置的脱硫效率、协同除尘效率和设备可靠性提出了更高的要求,高效除雾器对脱硫装置协同除尘具有关键作用。研究表明,同等改造条件下成本低于冷凝式、管束式除雾器.冷凝式除雾器循环水冷却效果对脱硫装置协同除尘有较大影响[8],管束式除雾器除雾效率随液滴粒径和流速增加而增大,多级串联管束式除雾器可以提高小液滴去除效率.

 脱硫二级塔除雾器故障情况

气流速过低时,液滴惯性较小,液滴随烟气离开除雾器导致除雾效果较差;烟气流速过高时,除雾器表面形成的液膜会被撕裂,进而形成大量粒径较小液滴,小液滴气流跟随性较好,会逃逸出除雾器区域,逃逸液滴量较大时会沉积在下级除雾器表面,造成除雾效果较差。文献[10]研究表明,吸收塔空塔流速为3~4 m/s 时除雾器除雾效果相对较好。该机组脱硫系统二级塔直径为18 m,空塔流速约3.5 m/s,能够满足除雾器对空塔流速要求。

吸收塔流场的不均匀性会导致除雾器部分液滴逃逸率增加,使得除雾器通道入口烟气携带液滴量差异较大,当烟气携带液滴超出除雾器通道处理能力时,会造成除雾器除雾效果不佳[11]。该机组脱硫系统二级塔设置1 层合金托盘,改善了二级塔流场均布性,保证了除雾器的除雾效果。在一定烟气流速下,喷淋层与除雾器间距越大,液滴沉降能力越大,进入除雾器通道的液滴越少,因而可提高除雾器除雾效果。文献[10]研究表明,空塔流速3.5 m/s 时,喷淋层与除雾器间距从2.5 m 提高至3.7 m,一级除雾器出口雾滴质量浓度减少约50%。该机组脱硫系统二级塔最高喷淋层至除雾器底部约3.74 m,可以提高液滴沉降能力,从而有利于除雾器除雾效果。

冲洗水泵冲洗水压力不足及冲洗水流量不足时,一方面无法及时冲洗除雾器表面沾污;另一方面冲洗水可能无法全面覆盖除雾器表面,形成残留颗粒物,最终会造成除雾器表面结垢、堵塞等故障发生[12-13]。该机组脱硫系统除雾器冲洗水设计压力为0.25 MPa,冲洗水泵流量为150 m3/h(二级塔除雾器技术要求冲洗水量为45.6~70.0 m3/h),通过控制除雾器冲洗频率,可以实现除雾器冲洗水量满足冲洗要求。

综上所述,设计因素并非导致二级吸收塔除雾器故障的原因。

 脱硫系统入口烟尘浓度分析

脱硫系统入口烟尘浓度高也可能造成除雾器堵塞,主要是因为烟尘含有大量金属氧化物,其粘性较强,飞灰粒径小,除雾器表面结垢后难以去除[12]。查阅知超低排放改造投产后脱硫系统入口烟尘质量浓度为7~14 mg/m3,同时停机期间对电袋除尘器检查,并未发现滤袋破损现象,表明脱硫入口烟尘浓度并非造成二级塔除雾器故障的原因。

机组中低负荷工况下除雾器冲洗水量为44~60 m3/h,高负荷工况下除雾器冲洗水量为75~82 m3/h,前者比后者少约1/3;另一方面,高负荷工况下一、二级塔液位基本在正常液位以下运行,中低负荷工况出现液位高于正常液位情况。其主要是因为中低负荷工况下烟气量较少,脱硫系统原烟气与净烟气温差相对较低, 中低负荷烟气焓差较小, 蒸发水量较少。为保证脱硫系统水平衡,即使适当提高中低负荷时的液位,除雾器冲洗水量仍较高负荷工况降低约1/3。

吸收塔内进入除雾器区域烟气携带大量液滴(含有可溶性盐和颗粒物等),液体被拦截在除雾器后,颗粒物粘结在除雾器表面。中低负荷工况下,为保证吸收塔运行液位,除雾器冲洗水量相对较少,因而无法保证除雾器冲洗效果,使得除雾器表面液滴沉积加剧,局部通道逐渐堵塞,导致除雾器内流速偏大;随着堵塞面积增加,流速进一步增加,最终造成除雾器部分模块掀翻、浆液大量沉积, 机组强制停机。由以上分析可知,双塔双循环脱硫工艺水平衡控制[14]不合理是造成除雾器故障主要原因之一。

浆液、石膏以及垢物成分分析

双塔双循环脱硫工艺采用pH 值分级控制运行方式,即一级塔低pH 值运行,主要保证亚硫酸钙氧化效果;二级塔高pH 值运行,保证二氧化硫吸收效果,同时二级塔浆液由泵打入一级塔,由一级塔进行石膏脱水; 氧化风机采用共用方式,采用联络阀门分配氧化风量。

烟气携带浆液颗粒物沉积在除雾器表面并在50 ℃ 烟气环境下形成固体垢物,由于亚硫酸钙和碳酸钙溶解度较小,除雾器冲洗去除垢物难度较大,从而加剧了除雾器堵塞。另一方面,从二级塔除雾器垢物成分也可看出, 亚硫酸钙和碳酸钙含量明显偏高,也证明了前面的分析。

双塔双循环脱硫系统水平衡控制难度较大,中、低负荷工况下更为突出。建议超低排放下双塔双循环脱硫系统加强水平衡管理, 可采取的措施包括:( 1) 尽量采用滤液制浆, 减少脱硫系统进水量,保证除雾器冲洗频率;(2)循环泵、石膏排出泵、石灰石供浆泵、工艺水泵、除雾器冲洗水泵等设备机械密封水应循环利用或进入工艺水箱; ( 3) 尽量减少其他系统( 如受热面冲洗等)废水进入脱硫系统;(4)加大脱硫废水处理力度,适当予以外排;(5)将部分浆液导入事故浆液箱,保证除雾器冲洗;(6)优化除雾器冲洗水运行方式,如适当减少第3 级除雾器冲洗频率,保证第2 级除雾器冲洗频率,适当增加第1 级除雾器冲洗频率;(7)一级塔pH 控制值应为5.2~5.8,二级塔pH 控制值应为6.0~6.2。