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          超低排放下雙塔雙循環脫硫系統加強水平衡管理及采取的措施

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          濕法煙氣脫硫工藝是燃煤煙氣脫硫成熟技術之一,除霧器是濕法煙氣脫硫系統中關鍵設備。研究表明,除霧器性能優劣影響脫硫系統能耗,甚至影響機組安全、穩定運行。因此,保證除霧器正常運行具有重要意義。

          國內早期對濕法煙氣脫硫系統要求不高,在滿足脫硫要求前提下,考慮盡量降低投資,故出現因沖洗水系統布置不合理造成除霧器堵塞問題[3];另外,入口煙塵濃度高,除霧器沖洗水量不足,水壓低也可使除霧器出現堵塞問題[4-5]。隨著燃煤發電機組脫硫煙氣旁路的取消,特別是在超低排放條件下,對脫硫裝置的脫硫效率、協同除塵效率和設備可靠性提出了更高的要求,高效除霧器對脫硫裝置協同除塵具有關鍵作用。研究表明,同等改造條件下成本低于冷凝式、管束式除霧器.冷凝式除霧器循環水冷卻效果對脫硫裝置協同除塵有較大影響[8],管束式除霧器除霧效率隨液滴粒徑和流速增加而增大,多級串聯管束式除霧器可以提高小液滴去除效率.

           脫硫二級塔除霧器故障情況

          氣流速過低時,液滴慣性較小,液滴隨煙氣離開除霧器導致除霧效果較差;煙氣流速過高時,除霧器表面形成的液膜會被撕裂,進而形成大量粒徑較小液滴,小液滴氣流跟隨性較好,會逃逸出除霧器區域,逃逸液滴量較大時會沉積在下級除霧器表面,造成除霧效果較差。文獻[10]研究表明,吸收塔空塔流速為3~4 m/s 時除霧器除霧效果相對較好。該機組脫硫系統二級塔直徑為18 m,空塔流速約3.5 m/s,能夠滿足除霧器對空塔流速要求。

          吸收塔流場的不均勻性會導致除霧器部分液滴逃逸率增加,使得除霧器通道入口煙氣攜帶液滴量差異較大,當煙氣攜帶液滴超出除霧器通道處理能力時,會造成除霧器除霧效果不佳[11]。該機組脫硫系統二級塔設置1 層合金托盤,改善了二級塔流場均布性,保證了除霧器的除霧效果。在一定煙氣流速下,噴淋層與除霧器間距越大,液滴沉降能力越大,進入除霧器通道的液滴越少,因而可提高除霧器除霧效果。文獻[10]研究表明,空塔流速3.5 m/s 時,噴淋層與除霧器間距從2.5 m 提高至3.7 m,一級除霧器出口霧滴質量濃度減少約50%。該機組脫硫系統二級塔最高噴淋層至除霧器底部約3.74 m,可以提高液滴沉降能力,從而有利于除霧器除霧效果。

          沖洗水泵沖洗水壓力不足及沖洗水流量不足時,一方面無法及時沖洗除霧器表面沾污;另一方面沖洗水可能無法全面覆蓋除霧器表面,形成殘留顆粒物,最終會造成除霧器表面結垢、堵塞等故障發生[12-13]。該機組脫硫系統除霧器沖洗水設計壓力為0.25 MPa,沖洗水泵流量為150 m3/h(二級塔除霧器技術要求沖洗水量為45.6~70.0 m3/h),通過控制除霧器沖洗頻率,可以實現除霧器沖洗水量滿足沖洗要求。

          綜上所述,設計因素并非導致二級吸收塔除霧器故障的原因。

           脫硫系統入口煙塵濃度分析

          脫硫系統入口煙塵濃度高也可能造成除霧器堵塞,主要是因為煙塵含有大量金屬氧化物,其粘性較強,飛灰粒徑小,除霧器表面結垢后難以去除[12]。查閱知超低排放改造投產后脫硫系統入口煙塵質量濃度為7~14 mg/m3,同時停機期間對電袋除塵器檢查,并未發現濾袋破損現象,表明脫硫入口煙塵濃度并非造成二級塔除霧器故障的原因。

          機組中低負荷工況下除霧器沖洗水量為44~60 m3/h,高負荷工況下除霧器沖洗水量為75~82 m3/h,前者比后者少約1/3;另一方面,高負荷工況下一、二級塔液位基本在正常液位以下運行,中低負荷工況出現液位高于正常液位情況。其主要是因為中低負荷工況下煙氣量較少,脫硫系統原煙氣與凈煙氣溫差相對較低, 中低負荷煙氣焓差較小, 蒸發水量較少。為保證脫硫系統水平衡,即使適當提高中低負荷時的液位,除霧器沖洗水量仍較高負荷工況降低約1/3。

          吸收塔內進入除霧器區域煙氣攜帶大量液滴(含有可溶性鹽和顆粒物等),液體被攔截在除霧器后,顆粒物粘結在除霧器表面。中低負荷工況下,為保證吸收塔運行液位,除霧器沖洗水量相對較少,因而無法保證除霧器沖洗效果,使得除霧器表面液滴沉積加劇,局部通道逐漸堵塞,導致除霧器內流速偏大;隨著堵塞面積增加,流速進一步增加,最終造成除霧器部分模塊掀翻、漿液大量沉積, 機組強制停機。由以上分析可知,雙塔雙循環脫硫工藝水平衡控制[14]不合理是造成除霧器故障主要原因之一。

          漿液、石膏以及垢物成分分析

          雙塔雙循環脫硫工藝采用pH 值分級控制運行方式,即一級塔低pH 值運行,主要保證亞硫酸鈣氧化效果;二級塔高pH 值運行,保證二氧化硫吸收效果,同時二級塔漿液由泵打入一級塔,由一級塔進行石膏脫水; 氧化風機采用共用方式,采用聯絡閥門分配氧化風量。

          煙氣攜帶漿液顆粒物沉積在除霧器表面并在50 ℃ 煙氣環境下形成固體垢物,由于亞硫酸鈣和碳酸鈣溶解度較小,除霧器沖洗去除垢物難度較大,從而加劇了除霧器堵塞。另一方面,從二級塔除霧器垢物成分也可看出, 亞硫酸鈣和碳酸鈣含量明顯偏高,也證明了前面的分析。

          雙塔雙循環脫硫系統水平衡控制難度較大,中、低負荷工況下更為突出。建議超低排放下雙塔雙循環脫硫系統加強水平衡管理, 可采取的措施包括:( 1) 盡量采用濾液制漿, 減少脫硫系統進水量,保證除霧器沖洗頻率;(2)循環泵、石膏排出泵、石灰石供漿泵、工藝水泵、除霧器沖洗水泵等設備機械密封水應循環利用或進入工藝水箱; ( 3) 盡量減少其他系統( 如受熱面沖洗等)廢水進入脫硫系統;(4)加大脫硫廢水處理力度,適當予以外排;(5)將部分漿液導入事故漿液箱,保證除霧器沖洗;(6)優化除霧器沖洗水運行方式,如適當減少第3 級除霧器沖洗頻率,保證第2 級除霧器沖洗頻率,適當增加第1 級除霧器沖洗頻率;(7)一級塔pH 控制值應為5.2~5.8,二級塔pH 控制值應為6.0~6.2。

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