吳春華,秦緒華,徐忠峰

(1．國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學研究院,長春 130021;2．吉林松花江熱電有限公司,吉林 吉林 132000)

為進一步保護環(huán)境降低排放,目前,國內(nèi)發(fā)電企業(yè)燃煤機組均取消了了脫硫系統(tǒng)煙氣旁路煙道,以保證脫硫系統(tǒng)與機組必需同時運行。除霧器做為脫硫系統(tǒng)吸收塔的關鍵設備,其安全穩(wěn)定運行就顯得尤為重要。除霧器發(fā)生堵塞將引起脫硫系統(tǒng)故障,造成整個機組停運。

目前,由于諸多因素造成除霧器頻繁故障,帶出的大量漿液腐蝕煙囪,堵塞凈煙道。排放煙氣中的大量液滴(石膏雨)嚴重危害周圍環(huán)境,成為燃煤機組煙氣脫硫亟待解決的問題。本文根據(jù)除霧器出現(xiàn)故障現(xiàn)象及數(shù)據(jù),運用系統(tǒng)安全分析方法,通過對除霧器故障模式進行分析并提出防治措施,以進一步提高脫硫系統(tǒng)可靠性。

除霧器通常布置于吸收塔內(nèi)頂部,除維持吸收塔正常運行水位外,其最大功能就是去除含硫煙氣經(jīng)過反應區(qū)時與石灰石漿液進行反應后形成霧滴。脫硫后的煙氣以一定的速度流經(jīng)除霧器,煙氣被快速、連續(xù)地改變運動方向,由于離心力以及慣性的作用,煙氣內(nèi)的霧滴撞擊到除霧器葉片上被捕集下來,在重力的作用下,下落至漿液池內(nèi),從而實現(xiàn)氣液的分離。

除霧器效率的高低與系統(tǒng)壓差直接相關。除霧器壓差大小主要與煙氣流速、葉片結(jié)構、葉片間距及煙氣帶水負荷等因素有關,當除霧器葉片上結(jié)垢嚴重時系統(tǒng)壓差會明顯提高。濕法脫硫系統(tǒng)除霧器的壓差一般要求小于200 Pa。通過除霧器后霧滴(粒徑大于 15μ m)含量一個沖洗周期內(nèi)的平均值小于75 mg/Nm3的煙氣為標準干煙氣。

1 除霧器堵塞原因分析

1．1 除霧器結(jié)垢

除霧器位于吸收塔頂部煙氣出口處,屬于“濕-干”交界區(qū),屬于“濕-干”結(jié)垢[1]。由于吸收塔漿液中含有 CaSO4、CaSO3、CaCO3及飛灰中含有硅、鐵、鋁等物質(zhì),這些物質(zhì)粘度較大,當漿液碰撞到除霧器表面及塔壁時,其中的部分便會粘附于除霧器及塔壁而沉積下來。同時,由于煙氣具有較高的溫度,加快沉積層水分的蒸發(fā),使沉積層逐漸形成結(jié)構致密類似于水泥的硬垢,隨著運行時間的增加,可造成除霧器堵塞、變形,嚴重時可造成除霧器坍塌。

造成此后果的主要原因有除霧器沖洗周期過長,石膏顆粒和煙氣不斷附著,除霧器表面結(jié)垢加重,并經(jīng)高溫煙氣沖刷不斷硬化,直至形成厚實致密的硬垢,此時沖洗已無法沖刷掉垢物。沖洗水壓力、流量及覆蓋率偏低,沖洗水壓力無法達到設計要求,沖洗效果不理想,致使除霧器表面形成的結(jié)垢晶核不斷長大,形成硬垢。

1．2 設計因素

造成除霧器故障的設計因素包括通過除霧器斷面氣流分布的均勻性、葉片結(jié)構、葉片之間的距離及除霧器布置形式等。煙氣流場的影響,壓降及除霧效率均與煙氣流速有著十分緊密的關系。在煙氣流速范圍內(nèi),壓降和除霧效率與煙氣流速成正比。當煙氣超過臨界流速時,液滴離心力隨之增大,因而產(chǎn)生更大的次流,并在通道截面上形成了更大的雙漩渦次流分布,同時導致壓降迅速增加,系統(tǒng)能耗隨之提高。

另外,因煙氣流速提高導致產(chǎn)生二次夾帶問題,直接使除霧效率下降。同時也增大了系統(tǒng)水耗,導致沖洗頻率增大,如此往復循環(huán)不僅會造成除霧效率降低、壓降提高,而且還會導致系統(tǒng)總的水力不平衡。

1．3 煙塵濃度及漿液特性的影響

煙塵不僅影響 FGD系統(tǒng)的脫硫效率和石膏品質(zhì),而且會加劇除霧器的結(jié)垢和堵塞。吸收塔的除塵效率約為 50%,當 FGD入口煙塵濃度增大時,進入和黏附在除霧器上的煙塵也會增加,飛灰中的 CaO可以激活飛灰的活性,飛灰與煙氣中殘留的 SO3、SO2以及塔內(nèi)漿液等相互反應形成類似水泥的硅酸鹽,隨著運行時間的增長形成硬垢,一旦形成則很難清除。另外,飛灰本身的 Al2O3、SiO2及可溶性鹽也會形成硬垢。

1．4 沖洗水系統(tǒng)故障

由于除霧器沖洗閥門多采用露天布置,運行中經(jīng)常發(fā)生進水等問題致使沖洗閥門無法正常開閉,因此要求沖洗閥門必須達到相關防護等級并有一定的防護措施(如遮雨棚)并加強日常維護。對于北方冬季寒冷地區(qū)還必須考慮防凍問題,由于除霧器沖洗為間歇運行,保溫措施不當滯留在沖洗管路內(nèi)的水很容易結(jié)冰,造成閥門凍脹損壞。另外由于除霧器沖洗閥門經(jīng)常動作,電動執(zhí)行器故障率比較高,對其嚴密性和閥門的橡膠磨損有嚴格要求,很多閥門動作次數(shù)增多后,行程開關位置發(fā)生偏移,閥門嚴密性發(fā)生變化,內(nèi)漏嚴重,造成沖洗水壓力降低,影響沖洗效果。

2 除霧器故障防治對策

2．1 確保沖洗系統(tǒng)運行效果

適當縮短除霧器沖洗周期,優(yōu)化沖洗程序,下層除霧器的向上噴水頻率可加大,上層除霧器向上噴水的頻率應減少,剩余的水應該全部加在下層除霧器的下噴水上,保證除霧器沖洗干凈。保證沖洗水壓力及流量,除霧器沖洗水壓力適當提高到 0．3 MPa左右,并且考慮最小再循環(huán)流量;除霧器沖洗門前母管設置壓力和流量測點,工藝水出口母管設置流量測點,便于監(jiān)測和發(fā)現(xiàn)閥門內(nèi)漏和除霧器沖洗效果,提高沖洗系統(tǒng)可靠性。定期檢查除霧器沖洗水閥門及電動執(zhí)行機構,防止閥門內(nèi)漏,對于沖洗水機構布置于室外的北方寒冷地區(qū)的脫硫裝置,需要對沖洗平臺進行外保溫,以提高閥門及執(zhí)行機構運行的可靠性。

2．2 確保運行參數(shù),提高吸收塔運行效果

加強除霧器壓差表計的維護,優(yōu)化設計或更換除霧器壓差變送器并定期標定,準確監(jiān)測除霧器壓差變化,發(fā)現(xiàn)壓差升高應及時采取有效措施,防止除霧器結(jié)垢、堵塞等現(xiàn)象。

維持適當?shù)倪\行pH值。適當?shù)臐{液pH值既可以保證正常的脫硫效率,又能使石灰石漿液充分利用,吸收塔漿液 pH值維持在 5．2～ 5．5之間,脫硫效率最高。投入過多的石灰石漿液,不但提高脫硫效率十分有限,而且由于反應中 SO2水合反應后生成的H+、HSO-3不能全中和石灰石,使得漿液中 Ca2+與SO24-及SO23-的溶度積不斷增大,漿液過飽和度不斷上升,會加重除霧器堵塞,同時浪費石灰石,增加運行成本。

提高亞硫酸鈣氧化程度,降低吸收塔漿液質(zhì)量分數(shù),嚴格控制吸收塔漿液質(zhì)量分數(shù),在保證脫硫效率的前提下,進一步降低吸收塔漿液質(zhì)量分數(shù),控制漿液質(zhì)量分數(shù)在20%以內(nèi)。減少吸收塔的補充石灰石漿液量,漿液濃度過飽和度偏高,會出現(xiàn)嚴重的結(jié)垢現(xiàn)象。

降低煙塵含量,加強除塵器的運行調(diào)整,必須嚴格控制脫硫系統(tǒng)入口煙塵濃度。盡量燃用設計煤種,控制高硫分、高灰分燃煤量,如煤種較雜,必須做好燃煤的混燒和摻燒合理混配,防止與設計煤質(zhì)偏差較大的燃煤集中燃用,為脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行奠定基礎。

3 除霧器故障模式 FM EA分析

失效模式和效果分析(FMEA)是一種用來確定潛在失效模式及其原因的分析方法,實際上是故障模式分析(FMA)和故障影響分析(FEA)的組合,對各種可能的風險進行評價、分析,以便在現(xiàn)有技術的基礎上消除這些風險或?qū)⑦@些風險減小到可接受的水平。 FMEA是一種系統(tǒng)化工具,主要是利用表格方式進行工程分析,直觀明了,根據(jù)相應的評價體系對找出的潛在故障模式進行風險量化評估,列出故障起因及機理,進行預防或改進措施。表1是根據(jù)除霧器現(xiàn)場調(diào)查及出現(xiàn)的缺陷統(tǒng)計,運用 FM EA方法分析的結(jié)果。

表1 除霧器故障模式FMEA分析結(jié)果

4 結(jié)束語

取消煙氣旁路后,脫硫系統(tǒng)與機組必須同步運行,除霧器作為吸收塔系統(tǒng)的關鍵部件,較容易出現(xiàn)故障,同時又要求其有較高的可靠性。運用 FMEA系統(tǒng)分析方法對除霧器出現(xiàn)的故障原因、后果、探測度、頻度、措施等進行分析,在運行和檢修中對關鍵點部位進行監(jiān)控,針對預測中出現(xiàn)的設備失效、故障等影響因素形成預警監(jiān)控項目,并有針對性地提出防范措施,全面提高除霧器運行的可靠性,避免非停機事故的發(fā)生。

[1]周至祥,段建中 ,薛建明．火電廠濕法煙氣脫硫技術手冊 [M]．北京：中國電力出版社．2007,102-105．?