燃煤电厂脱硫设备运行中存在的问题及优化

摘要：分析烟气湿法脱硫系统结垢、腐蚀、磨损、泄漏及堵塞等常见问题，提出有效减少设备故障的措施，并提出只有改善设备管理、优化运行，才能保证脱硫系统高效、稳定地运行，最终实现企业节能、减排、效益最大化。

“十一五”期间火电机组脱硫设备快速普及，但工程质量参差不齐，部分设施腐蚀、结垢以及磨损情况严重，难以胜任甚至无法持续正常运转，技改势在必行。同时，国家在“十三五”规划中对节能减排提出新的目标要求，火电厂大气二氧化硫、氮氧化物、粉尘排放浓度要达到燃气轮机排放标准，以目前的脱硫工艺而言难以满足。因此，针对脱硫设备及其运行参数做一些优化调整，以提高设备的安全性、稳定性是非常必要的。

1.1设备腐蚀

腐蚀是脱硫设备面临的第一大问题，尤其对于石灰石-石膏湿法脱硫工艺。腐蚀是相对金属而言的，可分为以下类型：

①点蚀，即金属表面出现细微的“锈孔”，腐蚀一般为纵深方向，最终导致钢材穿透，氯离子对其的影响明显；

②缝隙腐蚀，即在金属焊接处、螺钉连接处出现细微缝隙，电解质进入形成电解池发生电化学腐蚀

③应力腐蚀，即在拉应力和氯离子腐蚀环境共同作用下，金属的局部出现由表及里的裂纹;④磨损腐蚀，即腐蚀性流体(烟气中的灰分、石灰石、石膏颗粒等)与金属构件以较高速度相对运动而引起的金属损伤。

目前脱硫系统均采取了有效的防腐措施，主要有以下几种。

（1）使用耐腐蚀不锈钢(含镍、铬、铝的合金)，常用316L，904L，2205。出于成本考虑，很少整体使用不锈钢，而是在碳钢基体贴合金层。316L能够耐受氯离子的腐蚀，为脱硫系统常使用的材质；904L能够耐受很强的氯离子腐蚀和点蚀、缝隙腐蚀，可作为金属贴衬；2205双向不锈钢具有良好的抗冲击韧性和抗应力腐蚀能力，因此设计时可用于减轻质量。

（2）使用非金属材料，如玻璃钢(FRP)，PP等。FRP是一种纤维加强型合成树脂，具有很高的抗磨、抗拉伸、抗疲劳性，而且质量轻，可用作喷淋层管道等耐磨构件；PP材质具有很强的抗冲击性，可用作除雾器及冲洗水管。

（3）金属基体表面涂防腐层，如玻璃鳞片、橡胶、碳化硅(陶瓷)。玻璃鳞片具有很好的防渗透性，通常作为脱硫吸收塔及烟道内壁的防腐涂层;橡胶内衬是目前金属管道防腐的主要手段，特别是丁基橡胶，具有良好的防磨、防腐特性;碳化硅陶瓷或搪瓷防腐的应用，主要看重的是它的防磨性较好。

1.2设备磨损

磨损和腐蚀是紧密相连的。烟气中的飞灰、石灰石颗粒、石膏颗粒是造成磨损的主要因素，尤其是石灰石中的二氧化硅，磨损能力很强。高流速也是增加磨损的原因。防腐层的磨损会加速设备腐蚀，在磨损和腐蚀的双重作用下，设备的损坏速率将会大大增加。

脱硫设备的磨损和腐蚀相互交织，表现如下：

①叶轮的机械磨损和气蚀；

②喷淋层喷嘴的机械磨损；

③搅拌器叶片的磨损，在机械磨损和腐蚀的双重作用中，机械磨损占主要；

④管道衬胶的磨损经常发生在管道弯头、石灰石供浆管、浆液循环泵大小头。

使用耐磨材料，降低浆液固含量，保证烟气流场均匀、稳定是防止磨损的主要方法。

1.3设备结垢

浆液中氯离子或亚硫酸盐含量超标，容易导致脱硫设备容器或管道内壁结垢，严重时影响设备正常运行。结垢最严重的部位一般是滤液水系统和旋流器稀浆管道，以及一些浆液箱、吸收塔接口管根部位。曾有多个电厂真空泵内结垢导致真空泵皮带损坏。

控制氯离子含量(加强废水排放)、降低浆液pH值(促进亚硫酸根氧化)、及时脱水(防止石膏过饱和)可以有效降低结垢程度。

1.4设备泄漏

由腐蚀、磨损导致的设备或管道穿孔泄漏，表现为漏烟、漏气(汽)、漏浆、漏水、漏油、漏粉(石灰石与石膏粉)。脱硫介质为石灰石浆液或石膏浆液，一旦设备发生泄漏，会对环境及设备产生较大的污染。采用耐磨防腐材质，做好防泄漏试验是避免泄漏的有效措施。

1.5设备堵塞

1.5.1除雾器堵塞

某厂除雾器的堵塞情况如图1所示。

造成除雾器堵塞的主要原因是：

①设备选型不合理，当设计存在偏差，实际烟气流速过高时，除雾器无法达到设计的除雾效果，导致堵塞；

②除雾器冲洗装置的设计、布置和冲洗程序不合理；

③除雾器断面上流速分布不均；

④冲洗水压力、流量不足。

图1 某厂除雾器的堵塞情况

防止除雾器堵塞的主要措施是：

①保证脱硫烟气入口粉尘含量在设计要求范围内；

②合理选择除雾器冲洗水压力和冲洗周期；

③合理控制吸收塔pH值及浆液的氧化程度。

1.5.2 GGH堵塞

某厂烟气换热器(GGH)堵塞情况如图2所示。

图2 某厂GGH堵塞情况

GGH堵塞主要有以下原因：

①吸收塔除雾器效果不好，净烟气携带液滴中石灰石、亚硫酸钙、石膏等混合粘附在GGH换热片上，逐渐形成结垢堵塞GGH；

②脱硫装置运行时，吸收塔运行液位过高，或吸收塔起泡，造成石膏浆液从吸收塔原烟气入口倒流入GGH，使得GGH结垢堵塞；

③GGH吹灰方式不当会造成积灰堵塞，如采用压缩空气吹灰而吹灰蒸汽参数不符合要求，高压水吹灰没有及时投入，吹灰频率不够等；

④脱硫GGH设计不合理，GGH换热面高度、换热片间距、换热片类型、吹扫方式、布置形式、吹扫位置、吹扫速度等，都对GGH的积灰、结垢有影响；

⑤吸收塔除雾器和喷淋层设计布置不合理，造成吸收塔内流场分布不均，或者吸收塔设计的流速过快，如烟气流经吸收塔时，流量大携带能力增强，会造成烟气携带较多石膏液滴进入GGH，逐渐造成GGH积灰堵塞。

GGH的堵塞控制是一项综合性的工作，包括设计和设备的优化、运行的优化和设备的日常维护等，其中运行优化和加强设备的维护尤为重要，保证烟尘不超标、吸收塔浆液成分正常、除雾器不堵塞是控制GGH堵塞的必要条件。

防止GGH堵塞的主要措施是：

①保证脱硫烟气入口粉尘含量在设计要求范围内，避免大量烟气粉尘进入脱硫装置，造成GGH积灰堵塞；

②严格控制吸收塔除雾器压差在200Pa以下，尽量减少净烟气携带液滴；

③严格控制脱硫装置运行参数在要求范围内，包括吸收塔pH值、吸收塔液位等，制订预防吸收塔起泡的相关措施并严格执行；

④在脱硫系统启动时，建议尽量缩短启动浆液循环泵与增压风机的时间间隔，防止吸收塔浆液进入GGH；

⑤强化GGH吹灰管理，严格按照GGH厂家的要求进行吹灰，先吹下部，再吹上部，保证吹灰蒸汽品质，蒸汽吹灰前保证疏水温度在260℃以上；

⑥改进喷淋层、除雾器系统的设计，合理布置除雾器选型和喷嘴，保证吸收塔喷淋区的喷淋浆液普遍分布，避免烟气携带较多浆液，造成GGH积灰堵塞。

1.5.3管道堵塞

某厂喷浆母管堵塞情况如图3所示。

图3某厂喷浆母管堵塞情况

管道堵塞的主要原因是：

①设计流速不合理、自流管道倾斜度不够，造成浆液沉积、结垢，进而引起堵塞；

②塔壁或者管道内壁内衬物脱落、检修施工遗留物等造成管道堵塞；

③机组负荷低、吸收塔入口二氧化硫浓度低时，某一层喷淋层长期停止运行，浆液倒灌沉积、结垢，造成管道堵塞；

④阀门关闭不严，泄漏浆液沉积、结垢，导致管道堵塞。

防止管道堵塞的主要措施是：

①设计流速不能过低，管径不能过细，自流管道倾斜度要足够，必须设置冲洗水，避免造成浆液沉积、结垢；

②控制内衬施工工艺，避免局部冲刷，减少塔壁或者管道壁内衬物脱落；

③加强检修后的现场清理；

④设置必要的滤网，避免因异物造成管道堵塞；

⑤机组负荷低、吸收塔入口二氧化硫浓度低时，实行喷淋层定期轮换停投，避免因浆液长期倒灌沉积、结垢，造成管道堵塞；

⑥清理内漏阀门，避免因泄漏浆液的沉积、结垢造成管道堵塞。

2.1 脱硫系统设计优化

（1）取消增压风机和GGH，消除增压风机在压力控制方面给主机带来的风险;避免GGH运行中出现的堵塞问题，同时也降低脱硫系统的电耗。

（2）除雾器安装应考虑检修和人工机械除垢的方便性，增加各级除雾器之间的空间，利于停机冲洗。

（3）提高冲洗水和冷却水的水质，控制水的氯离子含量、含固量、硬度等，控制值越低越好。

（4）设计入口烟道事故喷淋洗涤水回收利用或处置方案(目前为循环使用，只起到了降温的作用)。

（5）泵采用无水机封和氧化铝陶瓷叶轮，减少机封损坏率，消除机封水系统的结垢堵塞，延长叶轮的使用寿命。

（6）广泛采用碳化硅、FRP代替橡胶衬里和作为非承载结构，强腐蚀区采用904L贴衬防腐。

2.2 运行优化

2.2.1 加强6个调整

①增压风机的调整。在锅炉负荷变化时，通过增压风机入口信号，调节动(静)叶角度维持正负压，保证风机正常运行。增压风机动(静)叶控制应禁止随意解除自动。

②湿磨机的调整。保持料、水的合适比例，随着浆液细度、电流的变化，调整加钢球的时间和质量。

③浆液罐液位的调整。控制石灰石浆液箱补充水，控制浆液浓度。维持所有坑、箱、罐液位至规定范围，以保证系统的可运行，同时杜绝跑、冒、滴、漏情况发生。

④吸收塔液位的调整。通过吸收塔液位的调节，维持吸收塔的水平衡，保证吸收塔液气接触空间。

⑤给浆量调整。通过调节给浆量，维持吸收塔pH值，营造合适的反应环境。

⑥真空皮带机的调整。通过含水量的变化调整石膏的厚度和皮带的速度，以维持石膏品质。

2.2.2严格控制关键参数

脱硫系统的关键参数有吸收塔浆液pH值和密度、吸收塔液位、石灰石浆液密度、氧化风压力、除雾器压差、石膏含水率、氯离子浓度、出口二氧化硫浓度等。严格控制这些参数，做到控制值绝不超限。

石灰石密度应控制在25%-30%，过低的密度会导致供浆量增大，系统水平衡不易控制;过高的密度不仅会增加设备的磨损，还会降低石灰石利用率。保持吸收塔浆液pH值稳定在5.0～5.6范围内，在满足脱硫率的情况下，靠低值控制。吸收塔浆液密度控制在1050～1150kg/m3，减轻磨损堵塞和设备负载。吸收塔液位是维持和检验脱硫系统水平衡的重要参数，经验表明，控制液位稳定在0.3m的范围内波动是适宜的。除雾器堵塞程度和压差呈正相关性，除雾器压差控制得越低越好。定期排放脱硫废水，降低系统氯离子含量和浆液杂质。

2.2.3开展有效的化验监督

化验监督就像“体检”，能够有效地反馈运行状态，指导运行调整。脱硫的化验监督项目相对较多，主要有石灰石成分化验、吸收塔浆液成分化验、石膏成分化验、旋流器浆液成分化验、工艺水成分化验、垢成分化验。

化验时取样要有代表性，不仅取样部位要有代表性，而且取样时间(对应的工况)也要有代表性。例如脱硫结垢成分化验可选取吸收塔底部、入口烟道、除雾器、喷淋层等不同部位的样本。总之，化验监督一定要反映系统运行的整体真实情况。

2.2.4探索建立计算机优化控制

优先使用计算机优化控制作为运行的基本调整依据，逐渐减少对人为经验的依赖。探索建立脱硫系统的供浆量调节、氧化风量调节、脱硫效率调节(出口浓度调节)的计算机优化控制作为实际调整的参考。

例如：氧化风量调节可根据当前时间点前1h工况和后1h工况(根据入口硫分、负荷预测)，以烟气量、脱出二氧化硫量(依据脱硫效率或年度限值)、烟气含氧量、氧化风机额定出力等作为函数自变量，计算出需要的氧化空气量，指导运行人员调整氧化风机运行数量；脱硫效率调节亦可根据当前时间点前1h工况和后1h工况，以设定脱硫效率、

排放浓度值、浆液pH值、入口硫分、烟气量等作为函数自变量，计算出所需要的液气比，指导运行人员调整循环泵运行组合。

2.3设备维护优化

设备维修的目的是为了保持设备长期稳定的运行，目前设备维修方式主要还是事后维修、定期维修(包括等级检修)。要建立合理的维修方式，防止不修、欠修、过修。以点检定修制为实施手段，使运行、检修、物资三位一体，加强设备运行过程的诊断监督。

2.3.1落实和强化点检定修制

制定脱硫特有设备检查与检修标准，例如防腐损伤容限评价标准、防腐施工标准、除雾器检查标准等。主要依据精密仪器，辅以实践经验开展设备诊断。

设备点检管理建立五层防护体系：

①运行班组以发现明显的故障或异常为主；

②维护班组按照专业分工以发现设备特定部件的隐蔽性缺陷为主；

③维护单位专工以精密点检和技术诊断为主；

④项目公司专工以分析设备劣化倾向、检修计划、物资准备为主；

⑤特许公司主管、专工以评价项目公司设备管理结果和提供特定专业技术支持为主。把定期检验、试验摆在更加突出的地位，把隐患、缺陷暴露在萌芽或初始阶段，做到有计划有预案地应对设备故障或异常。

建立设备点检、设备管理台账。从缺陷分析、备件使用、维修后评价、维修成本分析等方面实现设备的可控、可靠。注重运行数据的统计、分析，例如除雾器冲洗参数统计分析、工艺水使用分布分析、浆液循环泵运行参数统计分析、循环泵组合方式与脱硫效率变化分析等，增强运行人员在设备管理中的先导作用。

2.3.2加强检修质量控制和过程管理

根据设备老化规律，加强检修管理。从检修周期(间隔时间)、检修工期、检修项目、检修工艺、检修质量控制标准、检修费用投入等方面入手，做好设备检修工作，保持设备健康状况水平。

2.4工艺技术及设备优化

采用新设备、新技术、新工艺。选择可靠性更高的设备，如选用直联循环泵，去掉减速机环节，彻底消除减速机润滑冷却等带来的一些问题;选用陶瓷叶轮代替金属叶轮，延长叶轮使用寿命;选用磁力搅拌器解决搅拌器机封泄漏问题；浆液管道用碳化硅防腐代替衬胶防腐，提高防磨水平，延长使用寿命等。

环保行业是高能耗、高物耗的绿色行业，随着国家对环保的重视，环保设备管理及运行优化工作已经成为每个电厂的工作重点。在日趋严峻的环保压力面前，为使企业效益最大化，除了对环保设备进行提效改造外，最根本的就是在保证排放指标可控的情况下做到“过程控制、终端治理”。通过提高设备管理、优化运行，最终实现企业的节能、减排任务，同时使效益最大化。

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