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煙囪飄石膏雨的原因及預防措施

  來源:安全管理網 
評論: 更新日期:2019年12月05日

一、首先要了解石膏雨的成因
? 1、 “石膏雨”成因分析
“石膏雨”包含了兩層含義:“石膏”和“雨”,“石膏”指的是石膏漿液;“雨”指的是凈煙氣中飽和水形成的冷凝液液滴。
2、“石膏”的成因
“石膏”是煙氣中夾帶的石膏漿液隨煙氣排放落到地面形成的。脫硫裝置凈煙氣中的石膏漿液主要來源于吸收塔噴淋層噴嘴霧化后的細小液滴,石膏漿液經噴嘴霧化后霧滴直徑一般在920 μm,經碰撞后會產生少量在15 μm 左右。在經過除霧器后, 一般會除去99.99 %不小于22 μm 霧滴,同時還可以去除50 %的15~22 μm 液滴,15 μm 以下的霧滴無法攔截,因此凈煙氣中有一定量的石膏漿液是必然的。但是如果煙氣在除霧器處的流速超過設計值,除霧器的效果將大大降低,甚至失效,除霧器也會在高速的煙氣下發生二次攜帶現象,大量的石膏漿液將會隨煙氣被帶入煙囪,形成凈煙氣帶漿現象。“石膏”的形成與多方面的因素有關,主要包括除霧器的除霧效果、吸收塔的設計、運行操作等。
3、 “雨”的成因
“雨”就是凈煙氣中冷凝液,其形成的直接原因是煙氣除了含有飽和水蒸氣外,還攜帶有未被除霧器除去的液滴,煙氣的水份主要是從除霧器中逃逸的霧滴組成。其形成的間接原因是飽和煙氣絕熱膨脹及接觸煙道及煙囪內壁形成的冷凝物。飽和濕煙氣在煙囪上升過程中,煙氣壓力降低,絕熱膨脹后促使煙氣降溫,形成非常細小的液滴(直徑<1 μm),絕熱膨脹在煙囪中產生最大數量的霧滴。在煙囪內部,由于受慣性力的作用,煙氣夾帶的較大水滴撞到煙道和煙囪壁上,并與壁上冷凝液結合,并受氣流影響重新被帶入煙氣,這些重新被帶出的液滴直徑通常在100~500 μm, 其數量取決于壁面的特性和煙氣流速粗糙的壁面、較高的煙氣流速會使夾帶液滴量增加[3]。“雨”形成的另外一個原因是環境因素的影響,通常情況下,環境氣溫低及氣壓低會造成“雨”的出現。脫硫后的煙氣溫度通常在50 ℃左右,與未脫硫的原煙氣直排相比,脫硫后的凈煙氣在抬升高度及擴散能力方面相對較差,因此當脫硫后煙氣從煙囪排出時,由于煙溫與環境溫度相差較大,煙氣來不及擴散,煙氣中的飽和態水遇冷變成過飽和狀態,最終成為冷凝液落到地面形成“雨”,煙氣排放溫度與環境溫度相差越大, 越容易形成“雨”。
二、解決“石膏雨”問題的對策
1、脫硫系統設計上如何避免“石膏雨”
1.1、實際運行煙氣量與設計值有較大偏差造成的石膏雨現象;
FGD 入口煙氣量與設計參數是否有偏對某電廠出現"石膏雨"現象進行分析發現,其FGD 進口煙氣參數及煤質發熱量與設計值相差較大,設計煤質低位發熱量約為23 352 kJ/kg,而入爐煤的低位發熱量約為20 433~22 518 kJ/kg, 導致在300 MW 負荷時煙氣流量增加,FGD 入口煙氣溫度比設計值高出20 ℃~38 ℃,同時吸收塔內煙氣流速有時達到5 m/s,遠超出設計值的3.9 m/s,故系統實際運行工況遠超過設計值,“石膏雨”現象較嚴重。實際運行煙氣量與設計值是否有較大偏差,這點需要明確, 以便清楚地了解FGD 系統運行工況和設計工況之間的偏差。主要考慮方面有:
(1) 若煙氣量沒有偏差,則在出口排放濃度達標的情況下降低噴淋量,使出口煙氣抬升;
(2) 若煙氣量有偏差,則需要進行核算,除霧器的流速是否滿足要求,若除霧器的流速不能滿足要求,則相應地調整除霧器的運行工況。因此,在脫硫系統設計時,實際燃燒煤質應在設計值范圍內,以保證FGD 系統在其設計工況下穩定運行。
1.2、 選擇合適的煙氣流速
煙氣流速是造成“石膏雨”的一個重要原因,因此在設計時, 塔內煙氣流速應該綜合多方面因素,設計合適的流速,才能避免“石膏雨”。吸收塔設計煙氣流速一般為3.5~4.1m/s 左右,除霧器的設計流速稍高于吸收塔設計流速。吸收塔流速高,煙氣中所攜帶的漿液液滴將增多,除霧器的負荷增大,導致“石膏雨”出現,因此,吸收塔的流速不能設計過高。另外,在吸收塔流速的設計上還應考慮有足夠的裕量。通常情況下,機組經過一段時間運行后,系統漏風率將會增加,鍋爐的熱效率會有所降低而煤耗則會上升或煙溫調高,兩者的這種變化將使脫硫裝置入口煙氣量大, 造成塔內煙氣流速提高,因此,在設計上應有足夠的裕量。此外,對于無增壓風機、無GGH、無旁路的“三無”脫硫裝置,吸收塔煙氣流速的設計還應該與之結合起來考慮,由于無旁路,一旦出現“石膏雨”,導致機組停運,降低了脫硫裝置的可靠性。因此,“三無”脫硫裝置塔內煙氣流速不宜設計過高,并應留有足夠裕量,一般應低于3.8 m/s。
1.3、 選擇合適的除霧器類型
平板式除霧器設計流速一般在3.5~4.5 m/s 左右, 屋脊式除霧器設計流速比平板式除霧器高,一般為3.8~7 m/s 左右, 屋脊式除霧器對煙氣流速的適應范圍更寬些,煙氣通過葉片法線的流速要小于塔內水平截面的平均流速, 即使塔內煙氣流速偏高,在通過除霧器時,由于流通面積增大而使得煙氣流速減小從而減少煙氣帶漿。另外,屋脊型除霧器的結構較平板型除霧器更穩定,可以耐受的溫度較高,對于“三無”脫硫裝置,為提高其可利用率,宜選用能有效減少漿液夾帶和安全性更好的屋脊式除霧器。在設計除霧器沖洗系統時要考慮的因素有:沖洗面選擇、沖洗水壓力、沖洗強度、噴嘴角度、沖洗頻率、沖洗水水質等。噴嘴入口壓力高,噴出漿液中小粒徑的比例增多易形成“石膏雨”,因此在設計上對漿液循環泵至噴嘴入口處的管道、噴淋層及管件等沿程阻力應詳細計算,確定準確的循環泵揚程,保證噴嘴的霧化效果。
我們現在的脫硫系統所采用的就是屋脊式除霧器。噴淋層數:3層二級、噴嘴形型式:中空錐,雙向、噴嘴數量(單臺)1*1398個。經168和考核期性能測試表明,#1、#2除霧器出口霧滴都在保證值以下(小于75mg/Nm3)
1.4、 采用較小液氣比
液氣比(L/G)是指單位時間內吸收塔循環漿液量與吸收塔出口煙氣的體積比。脫硫系統的液氣比是保證煙氣中SO2、SO3及煙塵有效吸收的關鍵指標之一, 足夠的液氣比是保證脫硫效率的前提,吸收塔的液氣比一般控制在13~18 L/m3 為宜,液氣比也不能設計過高,太高的液氣比會使煙氣中的液滴夾帶量增多,同樣會增大除霧器的負荷。因此在保證脫硫效率的前提下,液氣比越小越好。
我們現在的液氣比(煤質硫份在設計范圍以內)控制在設計值1/10.79以內,但有時會隨著鍋爐負荷及煤質變化液氣比會超出設計值。
1.5、 “濕煙囪”內筒型式的改進
“濕煙囪”定義為用以排放飽和的且全部清潔過的煙氣的煙囪。目前電廠一般將采用濕法脫硫工藝、取消GGH 時的煙囪稱為“濕煙囪”。對于濕煙囪的設計,為盡可能減少從煙囪排放出去的液體并引起煙囪降雨及環境污染,最有效的處理措施是濕煙囪內能有效地收集煙氣帶入的較大液滴及防止煙囪內壁上的液體被二次攜帶,為此要求內筒形線及內襯表面應盡可能地平滑,煙囪排煙筒內煙氣流速不得超過酸液液膜撕裂的臨界流速,該臨界流速與內襯表面的粗糙度有關。
為此, 綜合國內規程以及歐美國家的設計標準,煙囪筒內流速一般按18~20 m/s 取值,考慮實際運行中煤質的變化情況,流速宜取下限值。某工程每臺鍋爐吸收塔出口凈煙氣量(BRL 工況)為1 418 243 m3/h, 煙道內筒直徑取7.4 m, 流速為18.32 m/s。煙囪總高度210 m,為滿足環保對煙囪出口流速的要求, 煙囪內筒在202 m 高處設置變徑,煙囪內筒直徑由7.4 m 收縮至6 m,變徑管長度6 m,煙囪頂部留2 m 的直段。煙囪內筒由“直筒型”改為“直筒型+出口收縮段”型式設計,這樣可以減少煙流下洗,便于擴散,避免凈煙氣冷凝液在煙道或煙囪里面沉積同時在單臺機組運行時,煙道與煙囪入口位置為微負壓狀態,還可有效避免運行中的煙氣串風現象。
1.6、 煙囪內筒設置積液槽
從除霧器逃逸的液滴沉積在煙囪內筒的內表面上,由于酸液量較大,隨著液滴的不斷沉積,它們便會受到自身重力的作用向下流動,同時煙氣也會對液體施加一個與煙氣流同一方向的拉力,當來自煙氣的力達到或超出液滴自身重力和內表面的附著力時液體便會從煙道或內襯壁上脫落,然后液體會重新進入煙氣流并被攜帶出煙囪。由于煙囪底部的淤積物中含有酸液、灰塵、吸收塔逃逸的漿液等,淤積物的粘度較大可能造成酸液排出管的堵塞和結垢,必要時煙囪底部的積液槽或灰斗處應設置沖洗裝管道和沖洗噴嘴。
2、要求運行操作中的注意事項
2.1、除霧器壓差
在操作過程中,除霧器壓差是一個重點關注的參數。除霧器壓差一般在100~150 Pa,壓差增大,會形成"石膏雨",除霧器壓差增大是因為堵塞造成的,堵塞的原因有多種,如:煙氣流速高、pH 值高、液氣比高等都會造成除霧器堵塞,當發現除霧器堵塞,首先要正確判斷堵塞的原因,然后采取合理的處理措施。
現在我們的#1和#2除霧器差壓每天都要求保證在80 Pa以下,而且有除霧器壓差大自動沖洗除霧器的自動連鎖,保證除霧器壓差不超過100Pa。
2.2、 除霧器沖洗水
除霧器沖洗水是保證除霧器壓差的主要手段。
沖洗效果的好壞取決于沖洗水量、沖洗周期、沖洗壓力。沖洗水量及沖洗周期與機組負荷、煙氣溫度有關,機組負荷高所需沖洗水量大,因此機組負荷發生變化時,沖洗水量及沖洗周期應隨之調整。沖洗壓力是保證沖洗水量的關鍵參數,不隨機組負荷變化。現在#1、#2除霧器沖洗水壓力0.3 MPA,達到設計值要求。
2.3、pH 值
pH 值高對“石膏雨”的形成有一定的影響。正常工況下,pH 值應控制在5.6~5.8 范圍內,漿液pH值高,能提高脫硫效果,但高的pH 值也會帶來負面的影響,由于pH 值高,漿液中碳酸鈣濃度增大,易在系統表面形成結垢, 若結垢形成在除霧器表面,就會造成除霧器的堵塞,因此,漿液pH 值應在設計值范圍內操作,在操作過程中不宜以提高pH值來提高脫硫效率。我們現在的#1、#2吸收塔PH值均控制到5.4左右。
2.4、漿液密度
脫硫裝置中漿液密度會隨石灰石中的碳酸鎂含量變化, 一般情況漿液密度控制在1.15kg/L,所對應漿液固含量在20 %左右漿液密度高,漿液的粘度會有所提高, 易附著在除霧器表面形成結垢,因此在操作時,漿液密度應控制在設計范圍內。1月5日至1月17日,#1、#2電除塵全部退出,使#1、#2吸收塔密度達到1300以上,加上不定時的鍋爐穩燃投油,對吸收塔和除霧器影響很大,不排除因前期原因造成的除霧器有結垢現象。這些要等系統停運時對除霧器徹底檢查才能清楚。
2.5、 優化運行調整
“石膏雨”現象多出現在鍋爐高負荷運行期間,這與煙氣流量有關。當機組帶大負荷時,在保證鍋爐正常燃燒用氧前提下,適當減少風量,控制爐膛負壓與升壓風機壓力,降低煙氣流量與流速。
三、針對此現象我們要采取的措施有:
1、再次校準除霧器差壓變送器,確保除霧器差壓能夠真實的反應
2、加大除霧器沖洗力度,保證除霧器差壓在80 Pa以下
3、在保證脫硫率的情況下,盡量降低液氣比
4、要求鍋爐入爐煤的硫份和熱值在設計范圍以內,保證FGD系統的穩定運行
5、外出考察
?? 盡快找出時間對其他項目進行調研,取得他們先進的經驗,找出此現象的真正原因,避免類此現象發生。

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