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燃煤電廠脫硫設備運行中存在的問題及優化 很棒的總結資料

2019-11-19信息來源 :

十一五期間火電機組脫硫設備快速普及,但工程質量參差不齊,部分設施腐蝕、結垢以及磨損情況嚴重,難以勝任甚至無法持續正常運轉,技改勢在必行。同時,國家在“十三五”規劃中對節能減排提出新的目標要求,火電廠大氣二氧化硫、氮氧化物、粉塵排放濃度要達到燃氣輪機排放標準,以目前的脫硫工藝而言難以滿足。因此,針對脫硫設備及其運行參數做一些優化調整,以提高設備的安全性、穩定性是非常必要的。

1、脫硫設備常見問題及解決方法

1.1設備腐蝕

腐蝕是脫硫設備面臨的第一大問題,尤其對于石灰石-石膏濕法脫硫工藝。腐蝕是相對金屬而言的,可分為以下類型:

①點蝕,即金屬表面出現細微的“銹孔”,腐蝕一般為縱深方向,最終導致鋼材穿透,氯離子對其的影響明顯;

②縫隙腐蝕,即在金屬焊接處、螺釘連接處出現細微縫隙,電解質進入形成電解池發生電化學腐蝕

③應力腐蝕,即在拉應力和氯離子腐蝕環境共同作用下,金屬的局部出現由表及里的裂紋;④磨損腐蝕,即腐蝕性流體(煙氣中的灰分、石灰石、石膏顆粒等)與金屬構件以較高速度相對運動而引起的金屬損傷。

目前脫硫系統均采取了有效的防腐措施,主要有以下幾種。

(1)使用耐腐蝕不銹鋼(含鎳、鉻、鋁的合金),常用316L,904L,2205。出于成本考慮,很少整體使用不銹鋼,而是在碳鋼基體貼合金層。316L能夠耐受氯離子的腐蝕,為脫硫系統常使用的材質;904L能夠耐受很強的氯離子腐蝕和點蝕、縫隙腐蝕,可作為金屬貼襯;2205雙向不銹鋼具有良好的抗沖擊韌性和抗應力腐蝕能力,因此設計時可用于減輕質量。

(2)使用非金屬材料,如玻璃鋼(FRP),PP等。FRP是一種纖維加強型合成樹脂,具有很高的抗磨、抗拉伸、抗疲勞性,而且質量輕,可用作噴淋層管道等耐磨構件;PP材質具有很強的抗沖擊性,可用作除霧器及沖洗水管。

(3)金屬基體表面涂防腐層,如玻璃鱗片、橡膠、碳化硅(陶瓷)。玻璃鱗片具有很好的防滲透性,通常作為脫硫吸收塔及煙道內壁的防腐涂層;橡膠內襯是目前金屬管道防腐的主要手段,特別是丁基橡膠,具有良好的防磨、防腐特性;碳化硅陶瓷或搪瓷防腐的應用,主要看重的是它的防磨性較好。

1.2設備磨損

磨損和腐蝕是緊密相連的。煙氣中的飛灰、石灰石顆粒、石膏顆粒是造成磨損的主要因素,尤其是石灰石中的二氧化硅,磨損能力很強。高流速也是增加磨損的原因。防腐層的磨損會加速設備腐蝕,在磨損和腐蝕的雙重作用下,設備的損壞速率將會大大增加。

脫硫設備的磨損和腐蝕相互交織,表現如下:

①葉輪的機械磨損和氣蝕;

②噴淋層噴嘴的機械磨損;

③攪拌器葉片的磨損,在機械磨損和腐蝕的雙重作用中,機械磨損占主要;

④管道襯膠的磨損經常發生在管道彎頭、石灰石供漿管、漿液循環泵大小頭。

使用耐磨材料,降低漿液固含量,保證煙氣流場均勻、穩定是防止磨損的主要方法。

1.3設備結垢

漿液中氯離子或亞硫酸鹽含量超標,容易導致脫硫設備容器或管道內壁結垢,嚴重時影響設備正常運行。結垢最嚴重的部位一般是濾液水系統和旋流器稀漿管道,以及一些漿液箱、吸收塔接口管根部位。曾有多個電廠真空泵內結垢導致真空泵皮帶損壞。

控制氯離子含量(加強廢水排放)、降低漿液pH值(促進亞硫酸根氧化)、及時脫水(防止石膏過飽和)可以有效降低結垢程度。

1.4設備泄漏

由腐蝕、磨損導致的設備或管道穿孔泄漏,表現為漏煙、漏氣(汽)、漏漿、漏水、漏油、漏粉(石灰石與石膏粉)。脫硫介質為石灰石漿液或石膏漿液,一旦設備發生泄漏,會對環境及設備產生較大的污染。采用耐磨防腐材質,做好防泄漏試驗是避免泄漏的有效措施。

1.5設備堵塞

1.5.1除霧器堵塞

某廠除霧器的堵塞情況如圖1所示。

造成除霧器堵塞的主要原因是:

①設備選型不合理,當設計存在偏差,實際煙氣流速過高時,除霧器無法達到設計的除霧效果,導致堵塞;

②除霧器沖洗裝置的設計、布置和沖洗程序不合理;

③除霧器斷面上流速分布不均;

④沖洗水壓力、流量不足。

圖1某廠除霧器的堵塞情況

防止除霧器堵塞的主要措施是:

①保證脫硫煙氣入口粉塵含量在設計要求范圍內;

②合理選擇除霧器沖洗水壓力和沖洗周期;

③合理控制吸收塔pH值及漿液的氧化程度。

1.5.2 GGH堵塞

某廠煙氣換熱器(GGH)堵塞情況如圖2所示。

圖2某廠GGH堵塞情況

GGH堵塞主要有以下原因:

①吸收塔除霧器效果不好,凈煙氣攜帶液滴中石灰石、亞硫酸鈣、石膏等混合粘附在GGH換熱片上,逐漸形成結垢堵塞GGH;

②脫硫裝置運行時,吸收塔運行液位過高,或吸收塔起泡,造成石膏漿液從吸收塔原煙氣入口倒流入GGH,使得GGH結垢堵塞;

③GGH吹灰方式不當會造成積灰堵塞,如采用壓縮空氣吹灰而吹灰蒸汽參數不符合要求,高壓水吹灰沒有及時投入,吹灰頻率不夠等;

④脫硫GGH設計不合理,GGH換熱面高度、換熱片間距、換熱片類型、吹掃方式、布置形式、吹掃位置、吹掃速度等,都對GGH的積灰、結垢有影響;

⑤吸收塔除霧器和噴淋層設計布置不合理,造成吸收塔內流場分布不均,或者吸收塔設計的流速過快,如煙氣流經吸收塔時,流量大攜帶能力增強,會造成煙氣攜帶較多石膏液滴進入GGH,逐漸造成GGH積灰堵塞。

GGH的堵塞控制是一項綜合性的工作,包括設計和設備的優化、運行的優化和設備的日常維護等,其中運行優化和加強設備的維護尤為重要,保證煙塵不超標、吸收塔漿液成分正常、除霧器不堵塞是控制GGH堵塞的必要條件。

防止GGH堵塞的主要措施是:

①保證脫硫煙氣入口粉塵含量在設計要求范圍內,避免大量煙氣粉塵進入脫硫裝置,造成GGH積灰堵塞;

②嚴格控制吸收塔除霧器壓差在200Pa以下,盡量減少凈煙氣攜帶液滴;

③嚴格控制脫硫裝置運行參數在要求范圍內,包括吸收塔pH值、吸收塔液位等,制訂預防吸收塔起泡的相關措施并嚴格執行;

④在脫硫系統啟動時,建議盡量縮短啟動漿液循環泵與增壓風機的時間間隔,防止吸收塔漿液進入GGH;

⑤強化GGH吹灰管理,嚴格按照GGH廠家的要求進行吹灰,先吹下部,再吹上部,保證吹灰蒸汽品質,蒸汽吹灰前保證疏水溫度在260℃以上;

⑥改進噴淋層、除霧器系統的設計,合理布置除霧器選型和噴嘴,保證吸收塔噴淋區的噴淋漿液普遍分布,避免煙氣攜帶較多漿液,造成GGH積灰堵塞。

1.5.3管道堵塞

某廠噴漿母管堵塞情況如圖3所示。

圖3某廠噴漿母管堵塞情況

管道堵塞的主要原因是:

①設計流速不合理、自流管道傾斜度不夠,造成漿液沉積、結垢,進而引起堵塞;

②塔壁或者管道內壁內襯物脫落、檢修施工遺留物等造成管道堵塞;

③機組負荷低、吸收塔入口二氧化硫濃度低時,某一層噴淋層長期停止運行,漿液倒灌沉積、結垢,造成管道堵塞;

④閥門關閉不嚴,泄漏漿液沉積、結垢,導致管道堵塞。

防止管道堵塞的主要措施是:

①設計流速不能過低,管徑不能過細,自流管道傾斜度要足夠,必須設置沖洗水,避免造成漿液沉積、結垢;

②控制內襯施工工藝,避免局部沖刷,減少塔壁或者管道壁內襯物脫落;

③加強檢修后的現場清理;

④設置必要的濾網,避免因異物造成管道堵塞;

⑤機組負荷低、吸收塔入口二氧化硫濃度低時,實行噴淋層定期輪換停投,避免因漿液長期倒灌沉積、結垢,造成管道堵塞;

⑥清理內漏閥門,避免因泄漏漿液的沉積、結垢造成管道堵塞。

2脫硫工藝優化

2.1脫硫系統設計優化

(1)取消增壓風機和GGH,消除增壓風機在壓力控制方面給主機帶來的風險;避免GGH運行中出現的堵塞問題,同時也降低脫硫系統的電耗。

(2)除霧器安裝應考慮檢修和人工機械除垢的方便性,增加各級除霧器之間的空間,利于停機沖洗。

(3)提高沖洗水和冷卻水的水質,控制水的氯離子含量、含固量、硬度等,控制值越低越好。

(4)設計入口煙道事故噴淋洗滌水回收利用或處置方案(目前為循環使用,只起到了降溫的作用)。

(5)泵采用無水機封和氧化鋁陶瓷葉輪,減少機封損壞率,消除機封水系統的結垢堵塞,延長葉輪的使用壽命。

(6)廣泛采用碳化硅、FRP代替橡膠襯里和作為非承載結構,強腐蝕區采用904L貼襯防腐。

2.2運行優化

2.2.1加強6個調整

①增壓風機的調整。在鍋爐負荷變化時,通過增壓風機入口信號,調節動(靜)葉角度維持正負壓,保證風機正常運行。增壓風機動(靜)葉控制應禁止隨意解除自動。

②濕磨機的調整。保持料、水的合適比例,隨著漿液細度、電流的變化,調整加鋼球的時間和質量。

③漿液罐液位的調整。控制石灰石漿液箱補充水,控制漿液濃度。維持所有坑、箱、罐液位至規定范圍,以保證系統的可運行,同時杜絕跑、冒、滴、漏情況發生。

④吸收塔液位的調整。通過吸收塔液位的調節,維持吸收塔的水平衡,保證吸收塔液氣接觸空間。

⑤給漿量調整。通過調節給漿量,維持吸收塔pH值,營造合適的反應環境。

⑥真空皮帶機的調整。通過含水量的變化調整石膏的厚度和皮帶的速度,以維持石膏品質。

2.2.2嚴格控制關鍵參數

脫硫系統的關鍵參數有吸收塔漿液pH值和密度、吸收塔液位、石灰石漿液密度、氧化風壓力、除霧器壓差、石膏含水率、氯離子濃度、出口二氧化硫濃度等。嚴格控制這些參數,做到控制值絕不超限。

石灰石密度應控制在25%-30%,過低的密度會導致供漿量增大,系統水平衡不易控制;過高的密度不僅會增加設備的磨損,還會降低石灰石利用率。保持吸收塔漿液pH值穩定在5.0~5.6范圍內,在滿足脫硫率的情況下,靠低值控制。

吸收塔漿液密度控制在1050~1150kg/m3,減輕磨損堵塞和設備負載。吸收塔液位是維持和檢驗脫硫系統水平衡的重要參數,經驗表明,控制液位穩定在0.3m的范圍內波動是適宜的。除霧器堵塞程度和壓差呈正相關性,除霧器壓差控制得越低越好。定期排放脫硫廢水,降低系統氯離子含量和漿液雜質。

2.2.3開展有效的化驗監督

化驗監督就像“體檢”,能夠有效地反饋運行狀態,指導運行調整。脫硫的化驗監督項目相對較多,主要有石灰石成分化驗、吸收塔漿液成分化驗、石膏成分化驗、旋流器漿液成分化驗、工藝水成分化驗、垢成分化驗。

化驗時取樣要有代表性,不僅取樣部位要有代表性,而且取樣時間(對應的工況)也要有代表性。例如脫硫結垢成分化驗可選取吸收塔底部、入口煙道、除霧器、噴淋層等不同部位的樣本。總之,化驗監督一定要反映系統運行的整體真實情況。

2.2.4探索建立計算機優化控制

優先使用計算機優化控制作為運行的基本調整依據,逐漸減少對人為經驗的依賴。探索建立脫硫系統的供漿量調節、氧化風量調節、脫硫效率調節(出口濃度調節)的計算機優化控制作為實際調整的參考。

例如:氧化風量調節可根據當前時間點前1h工況和后1h工況(根據入口硫分、負荷預測),以煙氣量、脫出二氧化硫量(依據脫硫效率或年度限值)、煙氣含氧量、氧化風機額定出力等作為函數自變量,計算出需要的氧化空氣量,指導運行人員調整氧化風機運行數量;脫硫效率調節亦可根據當前時間點前1h工況和后1h工況,以設定脫硫效率、

排放濃度值、漿液pH值、入口硫分、煙氣量等作為函數自變量,計算出所需要的液氣比,指導運行人員調整循環泵運行組合。

2.3設備維護優化

設備維修的目的是為了保持設備長期穩定的運行,目前設備維修方式主要還是事后維修、定期維修(包括等級檢修)。要建立合理的維修方式,防止不修、欠修、過修。以點檢定修制為實施手段,使運行、檢修、物資三位一體,加強設備運行過程的診斷監督。

2.3.1落實和強化點檢定修制

制定脫硫特有設備檢查與檢修標準,例如防腐損傷容限評價標準、防腐施工標準、除霧器檢查標準等。主要依據精密儀器,輔以實踐經驗開展設備診斷。

設備點檢管理建立五層防護體系:

①運行班組以發現明顯的故障或異常為主;

②維護班組按照專業分工以發現設備特定部件的隱蔽性缺陷為主;

③維護單位專工以精密點檢和技術診斷為主;

④項目公司專工以分析設備劣化傾向、檢修計劃、物資準備為主;

⑤特許公司主管、專工以評價項目公司設備管理結果和提供特定專業技術支持為主。把定期檢驗、試驗擺在更加突出的地位,把隱患、缺陷暴露在萌芽或初始階段,做到有計劃有預案地應對設備故障或異常。

建立設備點檢、設備管理臺賬。從缺陷分析、備件使用、維修后評價、維修成本分析等方面實現設備的可控、可靠。注重運行數據的統計、分析,例如除霧器沖洗參數統計分析、工藝水使用分布分析、漿液循環泵運行參數統計分析、循環泵組合方式與脫硫效率變化分析等,增強運行人員在設備管理中的先導作用。

2.3.2加強檢修質量控制和過程管理

根據設備老化規律,加強檢修管理。從檢修周期(間隔時間)、檢修工期、檢修項目、檢修工藝、檢修質量控制標準、檢修費用投入等方面入手,做好設備檢修工作,保持設備健康狀況水平。

2.4工藝技術及設備優化

采用新設備、新技術、新工藝。選擇可靠性更高的設備,如選用直聯循環泵,去掉減速機環節,徹底消除減速機潤滑冷卻等帶來的一些問題;選用陶瓷葉輪代替金屬葉輪,延長葉輪使用壽命;選用磁力攪拌器解決攪拌器機封泄漏問題;漿液管道用碳化硅防腐代替襯膠防腐,提高防磨水平,延長使用壽命等。

3結束語

環保行業是高能耗、高物耗的綠色行業,隨著國家對環保的重視,環保設備管理及運行優化工作已經成為每個電廠的工作重點。在日趨嚴峻的環保壓力面前,為使企業效益最大化,除了對環保設備進行提效改造外,最根本的就是在保證排放指標可控的情況下做到“過程控制、終端治理”。通過提高設備管理、優化運行,最終實現企業的節能、減排任務,同時使效益最大化。

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