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石膏湿法烟气脱硫系统相关知识点介绍

日期:2018-06-16

  近年来火电厂石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术日益成熟,应用比较广泛。应用该工艺的机组容量约占电站脱硫装机总容量的90%,应用的单机容量已达1300MW。但是,由于石灰石-石膏湿法烟气脱硫(简称FGD)子系统比较多,FGD系统包括石灰石浆液制备系统、烟气系统、挡板门密封空气系统。SO2吸收系统、、石膏浆液脱水系统、排空系统、压缩空气系统、工艺水系统。在系统运行是经常会出现设备故障而影响FGD的运行可靠性。影响FGD系统可靠性的因素主要有设计条件、化学工艺过程、机械设备和运行管理,基于此提出相关的防治对策,全面提高FGD系统运行的可靠性。

  FGD可靠性表示为装置运行小时扣除装置强迫将负荷和强迫带负荷运行小时数的差值与实际要求装置运行小时数之比。

  影响FGD系统可靠性的因素

  1、脱硫系统实际条件对FGD系统可靠行的影响

  烟气特性对脱硫系统可靠性的影响

  褐煤燃烧产生的烟气温度通常比烟煤燃烧所产生的烟气温度高20-25%,而且褐煤燃烧产生的烟气含水量比较高,给烟气腐蚀创造了有利条件,因此对脱硫塔内衬防腐材料的要求也就很高。

  燃烧煤质对脱硫系统可靠性的影响

  机组然用高硫煤所产生的烟气二氧化硫浓度比较高,有的超出脱硫设计值。高硫烟气的腐蚀性比较强,而且由于托流量大,脱硫效率高,产生大量的脱硫固体产物,需要增大设备容量,同时给固体副产物(脱硫石膏)的带来一定的困难,所以要求的化学工艺参数比较高,任何设计失误或设备容量、类型选择不当都将影响脱硫系统的可靠性。如强制氧化装置会由于设计不当造成氧化不充分,这不仅会发生结垢,还会影响脱硫效率和石膏纯度,使脱硫装置出力下降。

  燃煤的灰分、氯化物含量高,将使烟气中的飞灰含量和HCL含量增加,这些物质最终将进入循环吸收浆液。飞灰会增加浆液的磨损性,降低设备的使用寿命,飞灰带入浆液中的AL3+与F-形成的络合物将会影响石灰石的活性,浆液中的CL-含量不仅会增加浆液的腐蚀性、影响石膏品质与材料选择,而且影响石灰石的溶解度,从而影响脱硫效率。

  2、工艺因素对FGD系统可靠性的影响

  亚硫酸钙氧化程度对脱硫系统可靠性的影响

  亚硫酸钙氧化程度是石灰石湿法脱硫工艺重要的控制参数,亚硫酸钙氧化不充分会在吸收塔内部构建表面迅速形成了大量黏附性很强的亚硫酸钙/硫酸钙硬垢,影响脱硫系统的性能和使用寿命。

  对于低硫煤FGD系统能达到较好的氧化程度,而对于高硫煤、处理大烟气量的FGD系统,往往会由于氧化装置设计不合理,如反应罐直径较大,氧化空气分布不均。或反应罐区域的设备布置不合理等因素使氧化不充分,出现这种情况,仍会发生大量结垢,苟块堵塞喷嘴、堵塞小口径管道或结垢使管道流通面积减少的现象。这将导致脱硫系统故障频发、事故停机或出力下将。此外,氧化不充分将影响脱硫效率、石灰石利用率和石膏品质等系统性能。

  除雾器冲洗水对脱硫系统可靠性的影响

  亚硫酸钙/硫酸钙硬垢堵塞除雾器引起了FGD系统可利用率下降。在利用脱硫回收水冲洗除雾器的系统特别要引起重视,必须确保冲洗水中的相对饱和度低于50%,才能避免由于冲洗水质量引起除雾器叶板结垢、堵塞,最终迫使脱硫装置停运。

  在回收水中不加一部分工业水通常是防治回收水中硫酸钙相对饱和度较高的方法。即使冲洗水质量很好也不能完全保持除雾器叶板表面清洁,设计合理的除雾器冲洗范围、冲洗持续时间和冲洗频率是保持叶板清洁、避免堵塞的关键。从保持除雾器的清洁和可工作性而言,在运行期间,保持除雾器叶片表面湿润比在线高压水冲洗更为重要,因此,采用低水压、较长的冲洗时间对保持除雾器叶片清洁是更为有效的措施。

  当除雾器叶片上结垢或冲洗不彻底而大量沉积淤泥时,系统压力将会明显提高,所以通过检测系统压力将的变化,有助于把握除雾的运行状态,及时发现问题并进行处理。

  另外,在运行管理中保持冲洗水压力、流量、定时检查冲洗阀门是否按程序控制的顺序启、闭,避免烟气流量过大也是防治除雾器堵塞的重要措施。近年来发现一些FGD投运系统,运行人员不明白或不重视除雾器的冲洗作用,有的电厂甚至长时间没有冲洗除雾器,造成除雾器堵塞和垮塌。令一方面由于除尘器运行效果不好,高浓度的烟气进入到脱硫系统,造成大量烟尘积聚在除雾器上,正常的除雾器冲洗已达不到清洗效果,同时也超出了除雾器清洗范围。随着大量烟尘的积聚,最终导致除雾器叶片垮塌,将除雾器下部支撑损坏。

  对于未安装GGH的湿法脱硫系统,由于烟气经除雾器后直接进入烟囱排放,除雾器运行效果不好,对下游设备在安全上具有一定的危害。由于排烟温度不叫低,烟气扩散能力较弱,将直接导致烟气携带的石膏浆液液滴在烟囱附近落地,形成所谓的“石膏雨”现象。当气温较低时,会出现白囱现象。

  浆液氯化物浓度对脱硫系统可靠性的影响

  浆液对金属材料造成腐蚀损坏的主要原因是氯化物浓度、pH值和温度,其中氯化物浓度变化范围最宽,给金属防腐材料的选择带来的困难,成为由于材料损坏而使FGD系统可利用率的主要原因之一。随着对这种环境中浆液腐蚀特点和材料特性认识的提高,通过选择适当的结构材料和安装过程中严格控制内衬和焊接质量,新建FGD系统已基本消除由于浆液CL-浓度而降低系统的可利用率。

  烟气系统设备对系统可靠性的影响

  增压风机

  增压风机主要是为了克服吸收塔及相关设备阻力而设置的烟气增压设备,布置于FGD系统上的游侧,要求增压风机必须满足脱硫塔正常稳定运行。

  烟道

  输送高温烟气和低温烟气的工作环境有很大差别,输送高温烟气的入口烟道就FGD系统可靠性来说,没有特殊的技术要求。但是,输送低温烟气的烟道和输送脱硫后的低温湿烟气的烟道,应分别根据所处的腐蚀环境选择合适的防腐材料、设计合适的疏水排放设施。特别是靠近吸收塔入口的干湿交界处的烟道处于严酷的腐蚀环境,其特点是高温、干/湿交替、烟道表面有沉积物和含有高浓度的氯化物。

  现FGD系统均设有旁路烟道,目的是减少FGD系统对发电机组可靠性的影响。目前FGD系统都是一炉一塔,或是二炉一塔,而且都是采用橡胶与树脂内衬为主要防腐材料,在机组启动或锅炉燃烧不稳定投油时,是不允许投运FGD系统的,从确保机组安全稳定运行来说,还必须设置旁路烟道。

  燃煤产生的烟气是酸性的,由于脱硫后烟气的温度远低于锅炉额定排放温度,一般都在酸露点以下,对烟囱内壁均有不同程度的腐蚀,因此选择适当的烟囱内壁防腐材料是很重要的。

  挡板

  FGD系统的挡板的主要是起隔离作用,当机组处于运行状态,FGD被迫停运时,烟气旁路挡板开启,使烟气直接排向烟囱,确保机组能安全运行。因此,确保烟气旁路挡板开关的灵活性,可靠性,对于保证FGD系统和机组的安全稳定运行是至关重要的。

  挡板常发生的故障是叶片与挡板框架卡涩,或叶片转轴、轴承锈蚀而动作失灵;烟道底部积灰使挡板门开关不到位;烟道变形,使挡板开关不到位,影响严密性;运行中挡板门位移,限位开关动作,发出挡板门关闭信号致使系统事故停机。烟气旁路挡板由于长期不操作,发生拒动的可能性较大。

  浆液循环泵

  浆液循环泵是FGD系统中关键设备,输送介质中石膏固相物以及高含量的CL-的腐蚀,对泵的使用寿命、运行效率、安全可靠性及检修维护的方便等要求都很高。吸收塔循环浆液固液双相介质,浆液中大约有20%的石灰石和石膏固体,同时,烟气在循环过程中形成的硫酸、盐酸等酸性混合物,这种高速流动且成分复杂的介质对浆液泵的用材提出了苛刻的要求。浆液循环泵过流部件的耐蚀、耐磨性能是决定泵使用寿命的重要指标。

  目前FGD系统运行中,浆液循环泵出现故障的几率也是比较高的,进口浆液循环泵比国产的要好些。叶片顶部均呈锯齿沟状,最深处可达4cm,叶片根部稍好一些,但叶片整体变薄,腐蚀、冲刷现象特别严重,同时泵壳体也有不同程度的腐蚀,浆液循环泵目前已无法运行。

  造成这种现象的原因是,除尘器处理效果达不到设计要求,烟气中夹带的高浓度烟尘进入循环浆液中,加重了对浆液循环泵叶片的从刷、磨损。另外,由于脱硫系统pH计指示不准或不显示,脱硫系统不排除有时在较强酸性条件下运行,浆液中夹带的高浓度烟尘对浆液循环泵的叶片产生从刷、磨损非常严重,迫使脱硫系统停运、

  此问题必须引起相关管理者的重视,制定相关措施,全面提高FGD运行的可靠性。

  浆液管道

  石灰石浆液管道均为衬胶管道,其主要目的是防止浆液中CL-、硫酸、亚硫酸、F-等对浆液输送管道的腐蚀。造成脱硫系统管道衬胶脱落这种现象的主要原因是管道防腐施工质量不过关和管道冷壁效应。。衬胶层表面和衬覆壁面外侧的温度差所形成的温度加速了衬胶鼓泡的形成,也就是所谓的“冷壁效应”。

  管道衬胶层都是属于具有半渗透的防护层,这些防护层失效的一个原因是水分渗透至衬层和管道基体之间造成陈胶层脱落,另外,管道防腐施工质量不过关也是致使管道衬胶脱落的一个主要原因。施工中任何疏忽都可能导致管道衬胶的脱落,如基体砂眼的处理达不到要求、喷砂除锈不彻底等。由于管道衬胶破损,必须对其进行处理,确保FGD运行可靠性。

  吸收塔设备1.5 对系统可靠性的影响

  目前FGD系统基本上是一炉一塔或是二炉一塔,随着技术的进步,多炉一塔已成为第三代FGD系统的发展方向,因此,对吸收塔设备的可靠性提出了更高的要求。

  吸收塔设备的主要故障是内衬损坏,塔壁穿孔漏浆;喷嘴堵塞和磨损;固定管网式氧化布气管堵塞;如果气管固定件松动、脱落,气管将抖动,甚至折断;吸收塔浆液循环泵过流件磨损;液柱塔喷管磨穿以及除雾器堵塞。

  吸收剂浆液设备

  FGD系统石灰石浆液制备有的选用球磨机,尽管湿磨制备吸收剂浆液具有较好的经济效益,球磨机也是电厂熟悉的设备,但是,湿磨制浆系统仍是FGD系统故障率较高的设施,设备噪声比较大,磨损比较严重,给FGD的稳定运行带来一定的隐患。

  固体副产物处理设备对系统可靠性的影响

  FGD固体副产物(脱硫石膏)处理设备由一级脱水设备、二级脱水设备一级三级脱水设备组成。

  一级脱水设备可一般选用水力旋流器,虽然一级脱水设备可以中断数小时而不会限制FGD系统运行,但通常这种设备必须24h连续工作。水力旋流器由于投资成本低、占地少、浓缩率高以及可靠性较高而被广泛应用于FGD系统中。这种装置没有运动部件,主要故障是旋流分离器内衬磨损。另外,旋流分离器的浆液分配罐和溢流浆罐以及与其相连的管道可能会出现结垢。

  二级脱水设备通常采用真空皮带脱水机,真空皮带脱水机常发生的缺陷是皮带和布带走偏,由于固体副产物脱水性能恶化或操作不当造成滤饼含水量偏高而堵塞下料斗;当布带有破裂时,将造成滤液含固量增加甚至堵塞滤液接受罐;当石膏脱水性能差或布带刮板调整不好时,布带上会粘附过多的石膏,造成堵塞滤饼冲洗水罐、泵以及先关的管道。

  三级脱水设备是对固体副产物进行稳定化和固定化处理的设施,目前的FGD系统还没有这类固体废渣处理设备。少数然用低煤机组的FGD系统,由于脱硫石膏日产量较低或由于所处地理位置不允许作废弃处理,对脱硫后的全部石膏进行脱水处理,直接外销。相当一些FGD系统由于缺乏脱硫石膏市场,仅能回收部分脱硫石膏,部分或大部分石膏排至贮灰场。但必须对填埋坑做防渗处理,如不做防渗处理,势必造成二次污染,这些不规范、不符合环保政策的行为,将被日益严格的环境保护法规所禁止。因此,电厂应用长远目光,积极开拓脱硫石膏再利用市场,尽早考虑符合环境的脱硫废渣处理方法,或留有场地,在适当的时候增建适当的处理设备。

  运行管理对FGD系统可靠性的影响

  由于FGD子系统比较多,设备比较复杂,要求运行人员必须熟练掌握各设备性能和操作方法,提高对突发事件的处理能力。如果运行人员不能不能严格执行操作规程,必将对FGD运行的可靠性带来影响。

  防治对策

  1、设计条件的防治对策

  对于然用高硫煤的FGD系统,特别要注意液气比,吸收塔内烟气分布均匀性,反应罐体积(浆液固体停留时间),氧化装置的选型、氧化风机容量等参数,防治供应商为片面追求经济利益,选取了裕度较小甚至偏低的设计参数,为日后FGD系统的安全稳定运行留下隐患。

  对于脱硫系统容易损耗、磨损或出现故障并因此影响装置运行性能的所有设备(例如吸收塔喷嘴、泵等),均设计成易于更换、检修和维护。对于FGD系统中磨损严重的部件如吸收塔喷嘴、除雾器、除雾器冲洗系统、吸收塔搅拌设备,所有接触浆液的水力旋流器组等设计选用进口设备。

  脱硫装置的主要部件选定国外进口设备,一是保证了脱硫系统能高效、稳定运行,二是延长脱硫装置的使用寿命,提高FGD系统可靠性。其它设备选用国产设备,在满足脱硫系统的工艺要求前提下,部分设备国产化,在一定程度上降低了工程造价。

  FGD系统采用微处理器为基础的先进的分散式控制系统DCS,并有完善的保护系统,一确保在危急工况下自动安全停机或人工进行停机。

  严格按照质量管理体系规定的各环节质量控制程序,确保施工、安装工程质量。

  2、化学工艺因素的防治对策

  提高亚硫酸钙氧化程度

  吸收塔采用空塔运行,采用强制氧化工艺,消除塔内结垢对脱硫装置稳定运行的威胁。一个设计较好的FGD系统,其强制氧化程度应接近100%。

  提高除雾器运行效果

  加强除雾器压差监视,合理控制除雾器冲洗水量和冲洗频次,提高冲洗水水质,避免除雾器结垢而FGD系统运行。

  应尽量避免开启或部分开启烟气旁路挡板运行,避免因烟气再循环引起的FGD烟气量变化导致的吸收塔烟气流速升高,而影响FGD系统运行效果。

  避免一级除雾器冲洗水量的过大或过小,二级除雾器后冲洗频次及水量越低越好。

  保证除尘器处理效果,减轻脱硫系统除雾器冲洗负担。同时也减轻设备磨损。

  3、机械设备上的防治对策

  提高烟道内衬的防腐质量

  根据高温烟道和低温烟道所处的环境条件,选择合理的防腐材料,提高烟道内衬的防腐质量,防止烟道长期被腐蚀而影响FGD安全运行。根据实际情况,选择耐高温的FRP材料,乃高温的鳞片树脂涂料和耐热改性聚脲等防腐材料进行烟道内壁防腐,以达到防腐目的。

  定期运行烟道旁路挡板开关试验

  旁路挡板要求FGD系统正常运行时能隔断原烟气向净烟气侧漏泄,当FGD系统发生故障停运时,能及时、迅速开启旁路挡板,确保不影响发电机组的正常运行。

  烟气旁路挡板卡涩的主要原因是用材不当,因锈蚀而引起卡涩。因此,处于低温腐蚀环境的挡板不仅叶片、转轴和密封片要采用耐腐蚀合金,挡板的框架也应采用与叶片相同耐腐蚀合金作结构材料。叶片转轴的轴封设计应能防止腐蚀气体和烟尘等固体颗粒物进入轴承中。为确保旁路挡板操作的可靠性,可将叶片分成2-3组,由各自独立的操作机构进行操作,以降低事故时不能开启的风险。在锅炉低负压时时,试转挡板门,避免长期不操作转到部件卡死。最好定期,如每周或每天开启一次旁路门。如果挡板采用电动操作机构,操作电源应绝对可靠;如果采用气动操作机构,应就地设置一定容量的气罐,在空压机停止供气的情况下也能迅速开启旁路挡板。

  合理选择耐腐蚀、耐磨损材料,有适当的备用容量。设计合理的除雾器,保证除雾器有效运行。

  为确保浆液循环泵的可靠性,建议使用合金泵。合金泵结构简单,寿命长,维修量小。

  从FGD系统管理角度来说,在有可靠石灰石粉供应的情况下,还是选择外购石灰石粉为好一是减少了球磨机湿磨设备二是降低了设备噪声。

  对于一级脱水设备通常采用聚氨酯树脂内衬,降低设备的磨损和腐蚀。旋流分离器的进浆阀必须采用耐劳腐蚀、耐磨损的材质,降低或减轻阀芯腐蚀、磨损或生锈卡涩的故障机率,确保设备安全、稳定运行。

  严格执行二级脱水设备的操作规程,定期巡检设备,对皮带和布带定期维护,确保二级脱水设备在设计工况下运行。如有可能,取消滤饼冲洗水罐,改用工业水冲洗滤饼。

  3、FGD系统运行管理的防治对策

  加强对运行人员的技术培训,严格执行操作规程和相关制度,充分发挥质量管理体系的职能作用。

  加强对脱硫设施的维护,尽可能的减少设备的磨损、结垢、腐蚀,防治因此而引起脱硫设施停运事件。

  加强烟气排放在线检测系统的维护,并定期进行设备定量检定,确保烟气排放在线监测系统的可靠性、稳定性。

  加强脱硫副产品脱硫石膏的管理工作,并做好脱硫副产品脱硫石膏不能及时外运的事件处理方案。

  做好除尘脱硫设施备品备件的管理工作,保证设施故障时及时处理。

  同行业间的经验交流,互通有无,全面提高FGD系统运行的可靠性。

  石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺是一个成熟、高效的烟气脱硫工艺,它可大大减少火电厂二氧化硫的排放量,具有一定环境效益、经济效益、社会效益。但同时FGD系统比较庞大,子系统也比较多,为确保FGD的安全稳定运行,应从设计条件、化学工艺过程、机器设备和运行管理等几个方面重点防护,全面提高FGD系统的可靠性。【以上内容由烟气脱白为你整理发布】

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