脱硫吸收塔喷淋管堵管故障分析与处理
结合大唐河北发电有限公司马头热电分公司7、8 号200MW 机组脱硫吸收塔喷淋管多次堵管的异常情况，详细分析故障原因，并提出防范措施。
关键词：脱硫；浆液循环泵；颗粒物
0概述
大唐河北发电有限公司马头热电分公司200MW 机组也进行了脱硫系统装置的改造，将脱硫的控制系统并入到相应机组的主控制系统当中，与单元机组控制系统实现集中控制。大唐河北发电有限公司马头热电分公司7、8 号200MW 机组烟气脱硫装置采用石灰石—石膏湿法脱硫工艺，由上海中芬新能源投资有限公司设计。系统由烟气系统、吸收塔系统、工艺水系统以及与9、10 号脱硫公用的湿磨制浆系统、石膏脱水系统、FGD 排放系统和废水系统等设备组成。锅炉尾部烟气经过除尘器进入吸收塔，吸收塔采用DW 喷淋塔设计，吸收区设置二层喷淋，烟气先与来自喷淋层的吸收塔浆液顺流接触，经转向后再与吸收塔浆液逆流接触，进行脱硫吸收反应，去除烟气中的SO2。在吸收塔顶部设有高效管束式除尘、除雾装置，除去出口烟气中的雾滴后通过净烟气烟道进入烟囱，排放至大气。生成石膏的过程中采取强制氧化技术，设置氧化风机将浆液中未氧化的HSO3-和SO32- 氧化成SO42-。在吸收塔浆液池内设有搅拌装置，以保证混合均匀，防止浆液沉淀。氧化后生成的石膏通过石膏排出泵进入石膏脱水系统，脱水后产生的滤液进入废水处理系统或回收至吸收塔。
吸收塔系统是脱硫装置的核心系统。待处理的烟气从下部进入吸收塔，上升至吸收塔上部；在吸收塔喷淋层向下喷出雾化后的浆液，洗涤过程是一个逆流的过程实现的，与喷淋的石灰石浆液先顺流后逆流接触，去除烟气中的SO2，同时烟气中的HCl、HF 和部分SO3 也与浆液中的石灰石反应而被吸收。如图1 所示。
图1 石灰石-石膏湿法脱硫工艺原理
1故障情况概述
大唐河北发电有限公司马头热电分公司7、8号200MW 机组脱硫系统采用U 型液柱塔的石灰石- 石膏湿法脱硫工艺技术，湿法脱硫技术较为成熟，效率高，操作简单。在脱硫设备投运之初，脱硫系统运行效率较高， 入口SO2 在5000mg/Nm3 时，启动4 台浆液循环泵，出口排放浓度可以稳定保持在50mg/Nm3 以下，但是在200MW 机组经历过数次启停机过程后，脱硫系统的运行效率出现明显的下降情况，影响脱硫效率的因素很多，如吸收温度，进气S02 浓度，脱硫剂品质、粒度和用量（钙硫比），浆液pH 值，液气比，粉尘浓度等。经过对影响因素进行具体分析，发现传统的石灰石/ 石灰- 石膏法烟气脱硫工艺采用钙基脱硫剂吸收二氧化硫后生成的亚硫酸钙、硫酸钙，由于其溶解度较小，极易在脱硫塔内及管道内形成结垢、堵塞现象。初步推断原因为脱硫吸收塔喷淋管堵塞造成，如下图2 所示。
图2 吸收塔系统结构图
7 号机组在两次停机过程中，脱硫吸收塔喷淋管道未检查，机组再次停机，吸收塔喷淋支管检查，最末端1 根喷淋支管上尾端5 只喷嘴堵塞，发现堵塞后，5 只喷嘴进行了疏通。对每根支管倒数第5 只喷嘴从顶端至支管底部的高度进行了测量，为350mm。如下图3 和图4 所示。
图3 吸收塔—喷淋管道示意图
图4 吸收塔—喷淋喷嘴示意图
7 号机组再次停机，吸收塔喷淋支管检查，最末端2 根喷淋管道全部堵塞，倒数第3 根喷淋管尾端7 只喷嘴堵塞。对剩余支管倒数第5 只喷嘴从顶端至支管底部的高度进行了测量，为350mm，与上次测量结果保持一致。
8 号机组停机，检查吸收塔喷淋管道，最末端1 根喷淋管尾部5 只喷嘴堵塞，进行了清理疏通，浆液沉积情况未测量。再次停机时，吸收塔喷淋管道检查，最末端1 根喷淋管尾部5 只喷嘴堵塞，测量每根支管倒数第5 只喷嘴顶端至喷淋管底部，高度为430mm，检修过程中对堵塞喷嘴进行了清理，同时对所有吸收塔喷淋管道进行了冲洗。
2故障原因分析
通过7 号机组两次停机检查吸收塔各喷淋支管内沉积高度的测量结果看，沉积量基本未发生变化，证明管内沉积并非停机过程中出现，而通过两次停机检查时，末端喷管堵塞情况来看，可以断定吸收塔喷管内的沉积物主要是在运行过程中完成的累积。
观察管内沉积物的物理特性， 主要以粒径0.12mm 的颗粒为主，其中靠近母管来流方向喷淋管内的沉积物绝大部分为小颗粒，沿母管流动方向，吸收塔喷淋支管内沉积物的粒径逐渐增大，其中末端喷管内的沉积物中有少量颗粒粒径达到35mm。所以推测其沉积过程主要经历以下几个阶段。
首先吸收塔浆液中的混合的颗粒物在搅拌器的扰动下悬浮在浆液中，并通过浆液循环泵的吸附作用进入喷淋母管内，此时由于循环泵的搅拌作用，颗粒物分布较为均匀。
颗粒物在进入循环母管后仍会处于悬浮状态，而大颗粒在重力的作用下会开始逐渐沉降，开始向母管中下部移动，处于上部悬浮状态的中小颗粒优先进入到靠近来流方向的支管内，而较大粒径的颗粒则随浆液继续随浆液向前流动，随着母管直径的减小，颗粒物的分层效果降低，较大的颗粒也开始分别进入喷淋管内，而对于最末端喷淋支管来讲，进入大颗粒物的几率最高，同时由于母管末端流速降低的影响，颗粒物的含量较前部支管会明显增高。
对于吸收塔单个喷淋支管，由于受到进口端至尾端喷嘴数量逐渐减少的影响，支管内的流速是逐渐降低的，而颗粒物进入喷淋支管后受到流速降低的影响，开始逐渐沉降，在支管的尾端流速降至最低，而沉积量会升至最高，这与单个喷淋管的测量结果吻合。
横向比较吸收塔喷淋支管，处于最末端喷淋支管内的沉积量明显高于其它支管，而剩余支管内的沉积量基本保持一致，所以推测，最末端支管内由于含固量较高且大颗粒物较多，在运行中逐渐沉积后流动的浆液不足以将其冲出喷嘴，最终导致吸收塔喷嘴出现堵塞，同时最末端喷嘴堵塞后，其前部的喷嘴就成为最末端喷嘴，会继续重复其堵塞过程，这与机组末端3 根支管的堵塞顺序相吻合。而对于前部支管而言，由于其进入其内部的含固量及颗粒粒径明显小于末端支管，尾端喷嘴底部沉积后流动的浆液仍可将其冲出喷嘴，从而可以达到一个稳定的动态平衡过程，因而没有发生堵塞现象。
所以，综合来看，吸收塔喷淋支管发生堵塞的主要原因主要为以下几点：
1）浆液中含有大量的颗粒物，该种物质如果大量沉积，易导致吸收塔喷嘴的堵塞。
2）母管末端的流速较低，导致进入支管内浆液的颗粒物含量大幅升高，导致堵塞发生。
3防范措施
1）控制浆液中颗粒物的含量。通过对吸收塔喷淋支管的沉积物进行化验，确定其内部CaCO3含量为4.5%，剩余大部分为盐酸不容物，初步推断为SiO2 等杂质，其来源为石灰石原料， 由于该物质可磨系数较低，在湿磨机内部不易破碎，同时由于石灰石供应地域的特殊性，从来料或者制浆阶段控制颗粒物含量较为困难，所以拟定在浆液系统内增加一套类过滤装置，运行过程中定期排放固体颗粒，以减少颗粒物的含量，具体方案仍需讨论。
2）保证循环母管尾部回流管的畅通，提高母管末端的浆液流速，减少颗粒物的沉积量，进而减少进入末端支管的颗粒物含量。
4结束语
通过专业技术分析脱硫吸收塔喷淋管多次堵管的异常故障，对影响脱硫的运行效率因素了如指掌，找出了发生堵塞的主要原因，针对故障原因提出了切实有效的防范措施，避免了故障的频繁发生，提高了脱硫的运行效率，确保了火电机组脱硫系统的安全可靠运行。
作者姜晓莉，工程师，主研方向为火电厂集控运行。