石灰濕法煙氣脫硫系統(tǒng)環(huán)保閥門

                          石灰濕法煙氣脫硫系統(tǒng)環(huán)保閥門

                              上海申弘閥門有限公司

之前我們介紹環(huán)保廢水處理閥門選型石灰石／石灰濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中各工藝過程均采用漿物料，脫硫系統(tǒng)特別是脫硫塔易結(jié)垢而影向系統(tǒng)的運行。美國20世紀(jì)80年代中期以前建設(shè)的濕式石灰石脫硫系統(tǒng)，許多在吸收塔內(nèi)部、除霧器和漿液管路內(nèi)出現(xiàn)了不同程的結(jié)垢，高硫煤電廠尤其嚴(yán)重。80年代后，通過對結(jié)垢題的研究，采用了一系列的措施，結(jié)垢問題得到一定的解，但仍是影響脫硫系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性的重要因素。
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,脫硫系統(tǒng)結(jié)垢會給系統(tǒng)的運行帶來一系列危害。垢體影脫硫系統(tǒng)的物理過程和化學(xué)過程，造成系統(tǒng)阻力增加、脫硫效率下降，甚至還會影響脫硫產(chǎn)物中脫硫劑的含量及系統(tǒng)氧化效果；垢層達(dá)到一定厚度后，可能脫落，砸傷噴嘴和防腐內(nèi)襯；而結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重時甚至造成設(shè)備堵塞、系統(tǒng)停運。本文對濕法脫硫系統(tǒng)結(jié)垢的原因進行了分析，并對具體防垢措施進行了綜述。
一、垢的形成機理
（一）“濕——干"結(jié)垢的形成
在吸收塔煙氣入口處至*層噴嘴之問，以及后一層嘴與煙氣出口之問的塔壁面，屬于“濕一千"交界區(qū)，這部分容易結(jié)垢，屬于“濕一干"結(jié)垢。由于漿液中含有CaSO4、CaSO3、CaCO3及飛灰中含有硅、鐵、鋁等物質(zhì)，這些物質(zhì)具有較大的粘度，當(dāng)漿液碰撞到塔壁時，它們中的部分便會粘附于塔壁而沉降下來。同時，由于煙氣具有較高溫度，加快沉積層水分的蒸發(fā)，使沉積層逐漸形成結(jié)構(gòu)致密，類似于水泥的硬垢。連州電廠的吸收塔“干一濕"界面區(qū)域嚴(yán)重的洗滌液富集、積垢現(xiàn)象，屬于此類垢體。
氣水分離器的結(jié)垢類型也屬于“濕一干"結(jié)垢，它足由霧滴所攜帶的漿液碰到折板而形成的。香港南丫電廠除霧器出現(xiàn)過堵塞現(xiàn)象。
另外，濕法脫硫裝置中強制氧化系統(tǒng)的氧化空氣管內(nèi)也可能出現(xiàn)“濕一干"結(jié)垢。氧化風(fēng)機運行時，其出口風(fēng)溫可高達(dá)l00℃，這使得由于氧化空氣的沖擊而附著在氧化風(fēng)管內(nèi)壁的石膏漿液很快脫水結(jié)塊，隨著運行時間的增加，也就逐漸形成了氧化空氣管的大面積堵塞。香港南丫電廠和重慶電廠濕法脫硫裝置的氧化風(fēng)機出口噴嘴都有被石膏堵住的現(xiàn)象。


序號	使用設(shè)備或系統(tǒng)	物資名稱	規(guī)格型號	單位	數(shù)量
1	磨煤機	軸承	GP-556	盤	4
2	給煤機	給煤機托輥軸承2（帶座）	NA204 TR  單側(cè)自密封偏心軸承	盤	20
3	脫硫地坑泵	軸承體	50TLL-25	件	1
4	脫硫地坑泵	軸	50TLL-25	件	1
5	廠用	軸承	6206-2Z	盤	7
6	除灰	閘閥（碳鋼）	Z41W-1C；DN80；PN1.6	個	2
7	脫硫漿液循環(huán)泵排凈	手動蝶閥	D71X-16   DN100  PN16	個	8
8	脫硫系統(tǒng)	手動高溫蝶閥	D71X-16   DN50   PN16	個	10
9	脫硫系統(tǒng)	手動隔膜閥	G41J-16   DN50   PN16	個	5
10	脫硫系統(tǒng)	手動閘閥	Z41W-10C  DN100  PN16	個	4

（二）結(jié)晶成垢
1、硬垢的形成
對于有石膏生成的漿液，當(dāng)石膏終產(chǎn)物超過懸浮液的吸收極限，石膏就會以晶體的形式開始沉積。當(dāng)相對飽和濃度達(dá)到一定值時，石膏將按異相成核作用在懸浮液中已有的晶體表面上生長。當(dāng)飽和度達(dá)到更高值，即大于引起均相成核作用的臨界飽和度時，就會在漿液中形成新的晶核，此時，微小晶核也會在塔內(nèi)表面上生成并逐步成長結(jié)成堅硬垢淀，從而析出作為石膏結(jié)晶的垢捌。石膏產(chǎn)生均相成核作用的臨界相對飽和度為140％。
對于石灰石／石灰濕法脫硫系統(tǒng)，無論是采用自然氧化，還是采用強制氧化，都有石膏產(chǎn)生，在吸收塔脫硫漿液吸收SO2而產(chǎn)生的亞硫酸鈣經(jīng)氧化會生成硫酸鈣。電廠煙氣中的
氧量一般為6％左右，可氧化部分的亞硫酸鈣，這種煙氣自身含氧發(fā)生的氧化稱為自然氧化。自然氧化因鍋爐和脫硫系統(tǒng)設(shè)計運行參數(shù)不同而程度各異。某一系統(tǒng)在操作時，因自然氧化漿液回路中漿液的氧化比例(CaSO4/CaSO4+CaSO4摩爾比)小于l5％，亞硫酸鈣在結(jié)晶沉淀的過程中會由于表面吸附作用吸附硫酸鈣而引起共沉淀，使得脫硫漿液能始終使硫酸鈣(石膏)低于或保持在飽和狀態(tài)。氧化比例超過這一水平，漿液回路會產(chǎn)生多于共沉淀而減少的硫酸鈣。這就使硫酸鹽濃度增加．使系統(tǒng)處于過飽和狀態(tài)．從而使得硫酸鈣構(gòu)晶離子的水平有可能大于臨界飽和度。對于濕法脫硫系統(tǒng)，也可在漿液槽內(nèi)鼓入空氣而將漿液中的亞硫酸鈣氧化成石膏，這種由于外界鼓入空氣面發(fā)生的氧化為強制氧化。某一系統(tǒng)采用強制氧化、固含物一定時，如果系統(tǒng)漿液的氧化比例達(dá)不到95％時，由于石膏品種不夠，漿液中石膏晶粒的異相成核作用將不能全部消耗掉所產(chǎn)生的硫酸鈣，從而使得硫酸鹽濃度超過臨界飽和度。
如上所述，某一系統(tǒng)當(dāng)漿液的氧化比例處于l5％～95％之間時，硫酸鈣構(gòu)晶離子水平有可能大于臨界飽和度，從而使得系統(tǒng)結(jié)垢。對于濕法脫硫系統(tǒng)，產(chǎn)生石膏垢淀的臨界氧化比例隨系統(tǒng)漿液的固含量、系統(tǒng)運行參數(shù)的變化而改變。



2、石灰濕法煙氣脫硫系統(tǒng)環(huán)保閥門軟垢的形成
CaSO3?1／2H2O在水中的溶解度只有0.0043g／100gH2O(18℃)。濕法脫硫裝置在較高的pH值下運行時，由于吸收塔內(nèi)吸收的SO2在漿液中所存在SⅣ離子主要以SO32－形式存在，極易使亞硫酸鈣的飽和度達(dá)到并超過其形成均相成核作用所需的臨界飽和度，而在塔壁和部件表面上結(jié)晶，隨著晶核長大，形成很厚的垢層，很快就會造成設(shè)備堵塞而無法運行下去。這種垢物呈葉狀，柔軟，形狀易變，稱為軟垢。美國EPA和TVA的中試結(jié)果表明，對于利用石灰石作為脫硫劑的濕式脫硫系統(tǒng)，當(dāng)pH>6.2時，仍會發(fā)生軟垢堵塞。在大多數(shù)實際的石灰石脫硫系統(tǒng)中，氣液接觸后的pH值很少超過6.0，故石灰石脫硫系統(tǒng)比較少發(fā)生軟垢堵塞。
3、石灰濕法煙氣脫硫系統(tǒng)環(huán)保閥門石灰系統(tǒng)中的再碳酸化問題
在石灰系統(tǒng)中，較高pH值下煙氣中的CO2的再碳酸化，使得CaCO3過飽和，生成石灰石沉積物，總反應(yīng)式為：
一般煙氣中，CO2的濃度達(dá)l0％以上，是SO2濃度的5O～l00倍。美國EPA和TVA的實驗證明，當(dāng)進口漿液的PH≥9時，CO2的再碳酸化作用是顯著的。所以，無論從生成軟垢的角度還是從CO2的再碳酸化作用的角度，石灰系統(tǒng)漿液的進口pH>~9時一定會結(jié)垢。
石灰石系統(tǒng)不存在CO2的再碳酸化問題。
（三）沉積結(jié)垢的形成
石灰石／石灰濕法脫硫漿液是一種含有固體顆粒的懸浮液，如果由于結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、攪拌不充分、管道內(nèi)流速過低等原因，造成漿液流速過低，不足以夾帶其中的顆粒，就會引起固體顆粒沉積而堆積在容器底部或管道上。
二、垢體的防治
濕法脫硫系統(tǒng)易結(jié)垢堵塞，故在脫硫塔的總體設(shè)計方面，應(yīng)盡量使塔體簡化，吸收塔設(shè)計越復(fù)雜，結(jié)垢的危險就越大。因此，云石床不用再添加填料，吸收塔填料隔柵也不用布置那么復(fù)雜。噴淋塔不設(shè)置隔柵，或者采用隔柵和測桿交叉布置。同時對于各類垢型，在了解其形成機理的基礎(chǔ)上，應(yīng)相應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧?br>（一）“濕一千"結(jié)垢防治
“濕一干"結(jié)垢需要及時沖洗，沖洗結(jié)構(gòu)一般選用噴嘴裝置。塔壁面處“千一濕"交界區(qū)的沖洗方式可采用連續(xù)沖洗或間隔沖洗，間隔沖洗的周期一般應(yīng)小于30min。
氣水分離器采用間隔沖洗，沖洗周期一般為30～60min。沖洗時應(yīng)注意水的壓力不宜過火，尤其是向下沖洗的噴嘴，否則容易發(fā)生飛濺而使煙氣的含濕量增加。具體的水壓應(yīng)根據(jù)噴嘴性能及其與氣水分離器的距離來確定。
對于氧化空氣管內(nèi)的“濕一干"結(jié)垢，可在氧化空氣各支管上加裝冷卻水管，并在氧化風(fēng)機運行時開啟各冷卻水門。這樣由于氧化空氣溫度將有一定程度的下降，加之氧化空氣中含有大量水分，因而使附著在氧化風(fēng)管內(nèi)的石膏漿液水分難以蒸發(fā)，從而保持了一種相對濕潤狀態(tài)。當(dāng)氧化空氣流過時，這些石膏漿液隨之被重新帶回吸收塔內(nèi)。為確保不堵塞，同時可對氧化管道采用0.1～0.3MPa的水進行間隔的沖洗，間隔沖洗周期不入于20min。
對于整個沖洗系統(tǒng)，沖洗水量既要滿足沖洗部位不結(jié)垢、不堵塞，又要保證吸收塔內(nèi)液位的穩(wěn)定。如所有維持循環(huán)槽液位的補充水都用做沖洗水，還是不能保證沖洗部分不結(jié)垢，則要考慮沖洗裝置的設(shè)計問題。一般，對于清洗水的噴射問題，采用小角度多噴嘴方式不僅可以獲得較好清洗效果，而且即使在出現(xiàn)噴嘴堵塞的情況時，所影響到未清洗面也比采用寬角度噴射清洗方式要小得多。另外，對于清洗水還必須保證其質(zhì)量，清洗用水必須沒有可能造成噴嘴堵塞的懸浮物或小碎片。為滿足要求，可在清洗水水泵入口處加裝濾網(wǎng)。
（二）結(jié)晶成垢的防治
1、硬垢的防治
要防止石灰石／石灰濕法脫硫系統(tǒng)石膏垢淀形成，就要充分和連續(xù)地限制整個脫硫系統(tǒng)流通回路脫硫介質(zhì)中硫酸鈣(CaSO4)的飽和度不超過石膏結(jié)垢的臨界飽和度。
（1）選擇合適的氧化方式
對石灰石／石灰濕法脫硫系統(tǒng)，氧化比例小于共沉淀臨界值和大于強制氧化臨界值時，能使石膏維持一定的飽和度而不致結(jié)硬垢。相應(yīng)地為使系統(tǒng)不結(jié)垢，有兩種方法：一種是抑制氧化，使系統(tǒng)的氧化率小于共沉淀臨界值；另一種是強制氧化使系統(tǒng)氧化率大于強制氧化臨界值。
A、抑制氧化。通過向脫硫漿液添加抑制氧化物質(zhì)(如硫乳劑)抑制氧化，控制漿液的氧化比例低于共沉淀臨界值。亞硫酸鹽的氧化是一個復(fù)雜的自由基反應(yīng)。脫硫系統(tǒng)早采用的抑制氧化添加劑是S2O32－，它是自由基接受體，可消耗自由基，阻止SO32－的氧化。后來實驗發(fā)現(xiàn)S2O32－可通過在漿液中直接添加單質(zhì)硫形成：
元素S以乳化硫形式加入，較S2O32－便宜得多，添加S2O32－的方法不再采用。通過式(1)轉(zhuǎn)化成S2O32－的量正比于添加乳化硫的數(shù)量。所需乳化硫的數(shù)量主要取決于自然氧化程度，自然氧化取決于鍋爐運行工況，主要為過剩空氣量。美國電廠脫硫抑制氧化系統(tǒng)漿液S2O32－濃度為100～4000ppm，典型值為l000ppm。硫乳一般加到石灰石漿液槽中，因為石灰石濕磨通常利用脫水系統(tǒng)返的含S2O32－的澄清水，可促進硫的轉(zhuǎn)化。其它影響轉(zhuǎn)化率的岡素有：停留時問、硫乳粒徑、溫度和攪拌強度。據(jù)報道，在美國脫硫系統(tǒng)中大轉(zhuǎn)化率可達(dá)50％。
抑制氧化可大大減少結(jié)垢的發(fā)生，也就減少了除霧器、泵吸入口和噴頭的人二T=清洗次數(shù)，減少因結(jié)垢積累脫落引起吸收塔內(nèi)襯和內(nèi)部構(gòu)件損壞的可能性，因而可減少系統(tǒng)維護費用。另外抑制氧化還降低了漿液硫酸鈣濃度，使鈣離子濃度降低，石灰石相對飽和度減少，石灰石利用率提高，此外抑制氧化生成的亞_硫脧鈣晶體粒徑大，形成單個晶體的傾向較晶體凝聚明顯，晶體硫酸鈣成分很少，改善了脫水性能
B、強制氧化。脫硫系統(tǒng)的強制氧化方式有3種：異地、半就地、就地氧化。目前，就地強制氧化方式已成為普遍的氧化方式，即氧化亞硫酸鈣所需的空氣直接從脫硫塔底部的漿液循環(huán)槽內(nèi)鼓入。
對于就地強制氧化系統(tǒng)，鼓入的空氣通過循環(huán)槽底部的曝氣器均勻鼓出，并在循環(huán)槽攪拌器的作用下將氣流分散為較小的氣泡。對于結(jié)構(gòu)一定的循環(huán)槽，其槽內(nèi)氧的總傳質(zhì)系數(shù)由鼓入的空氣量和攪拌器轉(zhuǎn)數(shù)所決定。通常，鼓入循環(huán)槽內(nèi)的空氣過量，空氣量按氧氣與脫除SO2的摩爾比O2/SO2 0．75～1．021換算求得。對于攪拌器轉(zhuǎn)數(shù)，一方面要考慮攪拌對氣泡的分散作用以得到適當(dāng)?shù)难蹩倐髻|(zhì)系數(shù)，使系統(tǒng)具有足夠的氧化所吸收的亞硫酸鈣的能力，從而保證系統(tǒng)漿液的固含物一定時，氧化比例能大于強制氧化臨界值，為石膏結(jié)晶提供足夠的品種；同時還要考慮到固體顆粒的懸浮、槽內(nèi)物料的均勻分散及攪拌器的電耗等。
為使亞硫酸鈣氧化生成的硫酸鈣有足夠的結(jié)晶表面積，漿液中應(yīng)有足夠的石膏晶粒，即應(yīng)向系統(tǒng)提供足夠的晶種。不同系統(tǒng)、不同的工況下，系統(tǒng)所需的小晶種量不同。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，一般情況下，系統(tǒng)只要5％的固體石膏聚合物就可達(dá)到防止硫酸鹽結(jié)垢的目的。當(dāng)然，石膏晶粒濃度越高，越能防止硬膏的形成。然而，隨著漿液路中固體含量的增加泵難以抽吸高濃度漿液。一般認(rèn)為，固體物高含量在l5％以下是合適的。美國的大多數(shù)FGD系統(tǒng)漿液中含有7％～l5％的固體，但在某些情況下，體積卻只占到3％。在日本石膏有時候加入到循環(huán)過程中作為硫酸鹽結(jié)晶的晶核。
（2）系統(tǒng)運行時的注意事項
A、吸收塔運行前應(yīng)向氧化槽內(nèi)預(yù)注入一定濃度、粒度的石膏漿液作為品種。如果不預(yù)注石膏，由于先氧化而成的硫酸鈣無結(jié)品表面，使得飽和度大到一個很高的水平。這樣，在系統(tǒng)不停地積累達(dá)到所必需石膏的積累量之前，脫硫塔會有嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象。
B、循環(huán)槽內(nèi)的石膏漿液被排漿泵送入水力旋流器內(nèi)，石膏漿液被濃縮，一部分含有微小石膏品粒的溢流液應(yīng)送回循環(huán)槽，以保證系統(tǒng)內(nèi)有足夠的石膏品種。
C、循環(huán)槽內(nèi)漿液應(yīng)加強攪拌。漿液由吸收塔進入循環(huán)槽，如果攪拌不充分，會使得弧硫酸鈣的局部濃度過大，使得局部氧化速率過火，從而使得局部硫酸鈣的飽和度過大，造成硫酸鈣在脫硫器表面上結(jié)晶。而且所有漿液貯槽的攪拌設(shè)備應(yīng)在系統(tǒng)一開始運行時即投入使用，以防嚴(yán)重結(jié)垢。
D、在運行過程中，要嚴(yán)密監(jiān)測石膏的飽和度，如工況擾動強烈，使得有時塔內(nèi)石膏局部處的飽和度過大，可采用提高液氣比等方法來克服。
（3）加入適當(dāng)?shù)挠袡C酸添加劑
有機酸添加劑有阻垢作用，主要歸因于其表面活性作用，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：①分散作用：在小品粒和設(shè)備表面的小顆粒上形成薄膜(NaAD水合層)，從而阻礙了小品粒的凝聚。②晶格畸變作用：有機酸鹽鑲在石膏或亞硫酸鈣晶格中，使晶體不穩(wěn)定發(fā)生畸變，從而使垢層變薄且疏。③降低表面張力作用：臨界晶核半徑與固液表面張力成正比，而有機酸能降低表面張力從而降低了臨界晶核半徑，使得漿液中出現(xiàn)的CaSO3、CaSO4容易結(jié)晶析出，并使之處于非飽和狀態(tài)，因而起到阻垢作用。
硬垢不能用降低pH的方法去除，一般用機械方法清除。
2、軟垢的防治
對于采用非強制氧化的濕法脫硫系統(tǒng)，脫硫產(chǎn)物大部分為CaSO3?I／2H2O。為控制軟垢的形成，也應(yīng)在整個脫硫系統(tǒng)內(nèi)各個部位充分而連續(xù)地限制亞硫酸鈣的飽和度。為迫使循環(huán)槽內(nèi)的亞硫酸鈣結(jié)晶沉淀而維持一定的飽和度，脫硫漿液中應(yīng)維持一定濃度的亞硫酸鈣晶粒作為晶種。同時，漿液在循環(huán)槽內(nèi)應(yīng)有一定的停留時間，循環(huán)槽尺寸通常按漿液停留時間介于5～10min來確定。我們介紹那304不銹鋼減壓器