摘要： 除霧器是濕法煙氣脫硫系統(tǒng)關鍵設備之一，其性能直接影響脫硫系統(tǒng)甚至機組的安全運行。以某660 MW燃煤機組雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)除霧器堵塞并導致部分模塊掀翻故障為例，對影響除霧器性能的空塔流速、安裝空間、沖洗水壓等設計因素，入口煙塵濃度，除霧器沖洗水量，漿液、石膏及結垢物成分等進行了全面分析。結果表明：脫硫系統(tǒng)水平衡控制不當以及二級塔pH值控制偏高是除霧器故障主要原因。為降低除霧器運行風險，針對雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)水平衡和漿液pH值控制，給出了合理建議。

0 引言

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(tǒng)中關鍵設備。文獻[1-2]研究表明，除霧器性能優(yōu)劣影響脫硫系統(tǒng)能耗，甚至影響機組安全、穩(wěn)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)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[6-7]，研究表明，安裝三級屋脊式除霧器脫硫裝置能夠實現出口煙塵濃度低于5 mg/m3 目標，同等改造條件下成本低于冷凝式、管束式除霧器[7]。冷凝式除霧器循環(huán)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[9]，本文以某660 MW 機組雙塔雙循環(huán)濕法煙氣脫硫系統(tǒng)三級屋脊式除霧器故障為例，分析其原因并提出建議。

1 濕法煙氣脫硫系統(tǒng)配置

某660 MW 燃煤發(fā)電機組鍋爐為東方鍋爐廠生產的超臨界變壓直流鍋爐，采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，設計煤質收到基硫分為1.52%，折算入口SO2 質量濃度為3 762 mg/m3，出口SO2質量濃度不高于188 mg/m3，脫硫效率不低于95%，設計采用單塔工藝。

超低排放改造確定的設計煤質收到基硫分為2.3%，折算入口SO2 質量濃度5 643 mg/m3，要求出口SO2 質量濃度不高于35 mg/m3，脫硫效率不低于99.38%。根據方案比選， 確定采用雙塔工藝。主要配置如表1 所示。

2 脫硫二級塔除霧器故障情況

該機組于2017 年10 月22 日完成超低排放改造并投產運行。2018 年1 月16 日因新建脫硫二級塔（下稱二級塔）除霧器堵塞嚴重導致部分模塊掀翻（ 見圖1） ， 造成機組強制停機。檢查發(fā)現：一級除霧器堵塞嚴重，除霧器表面、葉片間及沖洗水管表面粘附大量沉積物；一級除霧器環(huán)塔壁邊緣密封板積漿嚴重，厚度約200 mm；一級除霧器東側除霧器模塊之間大梁積漿嚴重，厚度約400 mm。二級除霧器堵塞較為嚴重。三級除霧器堵塞較輕，但除霧器模塊之間大梁積漿嚴重， 厚度約 300 mm，部分模塊掀翻。

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(qū)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)生[12-13]。該機組脫硫系統(tǒng)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。

3.2 脫硫系統(tǒng)入口煙塵濃度分析

脫硫系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)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。

3.3 除霧器沖洗水量分析

查閱運行記錄， 除霧器沖洗水泵未出現故障，沖洗水壓力基本在0.25 MPa 左右，除霧器壓差測點基本正常（出現2 次壓差超量程并及時處理）。通常，除霧器壓差偏高時增加除霧器沖洗頻率，進而增加除霧器沖洗水量，以降低除霧器壓差，防止除霧器堵塞。分別統(tǒng)計該機組負荷相對穩(wěn)定時高、中低負荷工況下的兩級塔除霧器沖洗水總量和一、二級吸收塔液位，具體如圖3 和圖4 所示。

從圖3 和圖4 可以看出，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(tǒng)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(fā)水量較少。為保證脫硫系統(tǒng)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(qū)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(huán)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。

3.4 漿液、石膏以及垢物成分分析

雙塔雙循環(huán)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。

分別統(tǒng)計2 級吸收塔運行3 個月漿液和石膏成分， 且對二級塔故障除霧器垢物成分進行分析，結果如表2 所示。

由表2 可知，近3 個月一級塔pH 值為5.2~5.7，二級塔pH 值為6.5~6.6， 硫酸鈣(CaSO4 ·2H2 O)含量兩級塔相差不大；二級塔亞硫酸鈣(CaSO3·1/2H2O) 含量明顯高于一級塔，且呈增長趨勢，石膏中亞硫酸鈣含量也超出亞硫酸鈣不高于1% 的設計要求；二級塔漿液中碳酸鈣(CaCO3) 含量均偏高。

通常脫硫系統(tǒng)吸收塔漿液pH 值控制偏高或氧化風量不足[15]情況下，均可能造成石膏和漿液中亞硫酸鹽含量偏高。為此，查閱近3 個月氧化風機運行情況，氧化風機運行方式為3 運1 備，氧硫摩爾比為2.8，基本能夠滿足氧化要求。文獻[13]研究表明，在強制氧化條件下，亞硫酸鈣在溶液pH 值6.5~7.0 下氧化效果明顯低于溶液pH 值5.0~6.0 時的氧化效果，由此可以判斷，二級塔漿液pH 值控制6.5~6.6 是造成石膏、漿液中亞硫酸鈣偏高的主要原因。煙氣攜帶漿液顆粒物沉積在除霧器表面并在50 ℃ 煙氣環(huán)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，這與文獻[16]研究結果一致。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。

4 結論與建議

雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)水平衡控制難度較大，中、低負荷工況下更為突出。某660 MW 燃煤發(fā)電機組雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)二級塔除霧器故障，主要因脫硫系統(tǒng)水平衡控制不當所致；加之二級塔漿液高pH 值，造成亞硫酸鈣和碳酸鈣含量高，進一步加劇了除霧器堵塞，最終出現除霧器部分模塊掀翻。為此，建議超低排放下雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)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(tǒng)進水量，保證除霧器沖洗頻率；（2）循環(huán)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(huán)利用或進入工藝水箱； （ 3） 盡量減少其他系統(tǒng)（ 如受熱面沖洗等）廢水進入脫硫系統(tǒng)；（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(yōu)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。