论文部分内容阅读
摘要: 石灰石-石膏湿法脱硫技术以其脱硫效率高，操作稳定可靠，适应煤种多，技术成熟等诸多优点被广泛应用于多数火力发电厂；然而石灰石-石膏湿法脱硫同样也存在结垢堵塞，设备和管道腐蚀等问题，本文从管道磨损的原理出发，结合国内某先进百万机组的脱硫系统的实际运行经验，对其系统出现输送浆液管道磨损穿孔，浆液滴漏甚至爆管现象，进行深入浅出的分析和论述，提出了预防措施，总结了保证脱硫系统长期稳定可靠运行的关键要素。
关键词:电厂 ;脱硫; 磨损;措施
中图分类号：TU74文章标识码：A
一、脱硫系统浆液输送管道磨损的危害
输送浆液管道磨损穿孔对脱硫系统危害是极大的，现滴漏现象多数表现为吸收塔PH计排污管，吸收塔地坑泵，吸收塔搅拌器机封，石灰石浆液补浆回流管道，石膏脱水旋流器四通阀及回流管道等等；一方面处理管道磨穿需要停运设备及冲洗管路，需要花费大量时间维修，长时间停运对系统运行也是有一定的影响（譬如吸收塔石灰石漿液补浆管路，石膏浆液脱水管路等），另一方面管道长期磨损后，以至于无法进行修补，需要采购、更换管道，对维修成本也是有增加的；最后，由于石膏浆液成分的特殊性，沉淀能力极强，管道爆管对生产现场的环境污染影响也很大，还需要大量人力，物力资源清理现场；总之，管道磨损穿孔对整个脱硫系统运行是百害而无一利的。下面是接触浆液的管道磨损后的图片及近三个月以来两台吸收塔及公用系统关于浆液滴漏的缺陷统计，可以看出公用系统占用整个缺陷比例是最多的，而且随着设备长期运行，缺陷滴漏的比例也是随之而升，这个问题也需要随时关注；
二、影响管道磨损穿孔的因素
1、FGD系统工艺管道输送的各种浆液都具有一定的磨蚀性；浆液的磨蚀性是浆液中固体颗粒物的动能、颗粒物相对于相对于被磨损材料的硬度、颗粒物撞击角度和撞击频率的函数。在其他影响因素相同的情况下，颗粒物撞击频率正比于单位质量或单位体积下浆液中的颗粒物质量。因此，可用公式（1）表示其磨损性：
Abr=k×p×d3p×v2×cs （1）
式中Abr—磨损性，无量纲；
K—比例常数；
P—单个颗粒的密度；
dp—颗粒直径；
v—物体流速；
cs—浆液密度（颗粒质量/单位浆液质量）。
由公式（1）表明，磨损性与颗粒密度、颗粒物直径的立方、流速的平方和浆液浓度成正比。因此，限制管道内浆液流速、采用细磨的吸收剂以及在可能的情况下采用浓度较低的浆液是降低浆液磨损性的重要措施。
2、烟气中粉尘颗粒物质量及石灰石吸收剂纯度的影响
在运行中因除尘器故障、运行调整不当等原因会使FGD入口粉尘增加，从而会降低脱硫效率。从煤粉灰的成份可知，粉尘含有大量氧化物SiO2、AL2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、 MgO 、K2O、 Na2O、SO3、MnO等，还含有大量的C1离子、F离子。大量的粉尘进入吸收塔与浆液混合使得浆液的含固量增加，吸收塔浆液含固量范围是10%-15%，超过这个浓度对搅拌器叶片和浆液泵的叶轮磨损较大，另外由于FGD装置内流动的主要是石灰石、石膏浆液以及其他一些杂质，当流体以一定速度运动时，其中所含的固体物质会对设备，管道和管件造成磨损。
石灰石主要由碳酸钙组成，也含有碳酸镁及砂、粘土等杂质。当石灰石粉中杂质含量超标及石粉颗粒密度变大，此时，石粉同水配比后搅拌制成一定浓度的吸收塔浆液（含固浓度为30%wt）进入吸收塔反应,对管道也会形成一定的磨损。
3、吸收塔浆液氯离子含量的影响
湿法脱硫系统中存在SO2、H2SO3、H2SO4、HCI、CaCO3、CaCI2、CaSO4等物质，因此系统中腐蚀问题比较严重，但SO2、H2SO3、H2SO4、HCI很快发生反应，最终生成CaSO4和CaCI2，由于CaSO4的溶解度很小，因而CI－的腐蚀影响就显得非常严重。CaCI2极易溶于水，30℃时溶解度可达102g/100g水,由于脱硫系统水的循环使用，氯在吸收浆液中逐渐富集，浓度可高达1％。当CI－含量达2％时，大多数不锈钢已不能使用，要选用氯丁基橡胶、玻璃鳞片衬里或其它耐腐蚀材料。CI－是引起金属孔蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀和选择性腐蚀的主要原因。我厂脱硫废水系统设备因各种原因未投运，现脱硫废水排出方式为废水泵出口管道接至渣水系统高效浓缩机内。7月下旬，运行人员发现废水泵出口至高效浓缩机管道流量逐渐减小，后降为零直至管道堵塞，判断为废水泵停运后未对出口管道进行冲洗，脱硫废水沉淀在管道内，长期运行导致输送管道完全堵塞。脱硫废水不能排出，只能再次进入吸收塔进行循环，再加上7、8月份夏季高温用电高发区，机组负荷大，吸收塔处理烟气流量负载也增大，吸收塔内CL离子含量也会随之增加。
三、防止管道磨损穿孔的措施
1、由分析因素（1）中，我们可以从物体流速和浆液密度两个方面着手解决问题。FGD系统管道内的流速一般设计为1.5-2.4m/s之间，浆液保持飞均匀流动；从防止浆液沉淀的角度来说，石灰石浆液最低流速为0.9m/s,石膏浆液最低流速为0.8m/s。如果把流速稍微降低，达到非均匀流动，此时颗粒物仍然能保持悬浮于流体中，但水平管道下部浆液的密度大于上部。非均匀流动会使水平管道下部四分之一的部分和任何方向布置的弯管外缘部分的管壁磨损稍微加重，一般影响不大。就我厂脱硫脱水石膏旋流器来讲，受石膏排出泵电流（额定电流为240A）及石膏旋流器入口压力（需维持在0.13-0.14MPA之间）影响，石膏排出泵至石膏旋流器入口四通阀开度只能在1/2满足旋流器压力，石膏浆液回流管手动门也保持在1/2左右，石膏排出泵出口至石膏旋流器入口管道和回流管道弯管磨损是最严重的。8月份，发电部与技术部灰硫专业针对此问题提出在石膏旋流器入口管道与回流管法兰处增设节流孔板，以降低管道内浆液流速，减小石膏浆液对弯管衬胶材料的摩擦系数，达到石膏旋流器入口四通阀与回流管手动门保持全开，旋流器运行压力满足要求。现对8月份以来石膏旋流器管道滴漏缺陷进行统计，可以看出，降低物体流速对设备材料的影响巨大：
还需指出，保持吸收塔内浆液在规定的含固量也尤为重要；石膏浆液密度增大，管道的磨损性能也随之增加。因此，严格执行专业下发的技术交底，当吸收塔内浆液密度达到1160mg/m3必须进行石膏脱水，维持浆液密度在20%wt之间。
2、降低粉尘对脱硫系统管道影响的最根本办法就是提高静电除尘器的除尘效率，降低脱硫系统入口粉尘浓度。加强静电除尘器日常维护工作，提高静电除尘器运行的可靠性，投运率。通过对各电场高压整流变的运行方式的调整，提高除尘效率。特别是煤种变化时，要及时跟踪静电除尘器的运行变化情况，及时调整。加强各电场输灰,防止灰斗长时间出现高料位而引起粉尘二次飞扬，特别是三、四电场。
3、正常情况下，保持脱硫废水泵连续运行，废水泵出口流量需大于15t/h以上，废水泵停运后及时进行管道冲洗，防止管道堵塞造成脱硫废水无法外排现象；减少脱硫系统的废水含量，保证吸收塔浆液中氯离子含量小于20000mg/l；石膏脱水系统属于公用系统，现#1、#2滤液箱之间联络门为全开状态，应合理安排分配滤液箱至两台吸收塔补水流量，避免补水失衡。
4、巡检人员加强对现场设备的巡视力度，提高巡检质量，发现管道出现滴漏浆液或爆管及时汇报，联系维护人员第一时间进行修补，防止事故扩大；对于接触浆液的管道，在设备停止运行后，应及时冲洗管路排放，保证管路内部干净无堵塞。
关键词:电厂 ;脱硫; 磨损;措施
中图分类号：TU74文章标识码：A
一、脱硫系统浆液输送管道磨损的危害
输送浆液管道磨损穿孔对脱硫系统危害是极大的，现滴漏现象多数表现为吸收塔PH计排污管，吸收塔地坑泵，吸收塔搅拌器机封，石灰石浆液补浆回流管道，石膏脱水旋流器四通阀及回流管道等等；一方面处理管道磨穿需要停运设备及冲洗管路，需要花费大量时间维修，长时间停运对系统运行也是有一定的影响（譬如吸收塔石灰石漿液补浆管路，石膏浆液脱水管路等），另一方面管道长期磨损后，以至于无法进行修补，需要采购、更换管道，对维修成本也是有增加的；最后，由于石膏浆液成分的特殊性，沉淀能力极强，管道爆管对生产现场的环境污染影响也很大，还需要大量人力，物力资源清理现场；总之，管道磨损穿孔对整个脱硫系统运行是百害而无一利的。下面是接触浆液的管道磨损后的图片及近三个月以来两台吸收塔及公用系统关于浆液滴漏的缺陷统计，可以看出公用系统占用整个缺陷比例是最多的，而且随着设备长期运行，缺陷滴漏的比例也是随之而升，这个问题也需要随时关注；
二、影响管道磨损穿孔的因素
1、FGD系统工艺管道输送的各种浆液都具有一定的磨蚀性；浆液的磨蚀性是浆液中固体颗粒物的动能、颗粒物相对于相对于被磨损材料的硬度、颗粒物撞击角度和撞击频率的函数。在其他影响因素相同的情况下，颗粒物撞击频率正比于单位质量或单位体积下浆液中的颗粒物质量。因此，可用公式（1）表示其磨损性：
Abr=k×p×d3p×v2×cs （1）
式中Abr—磨损性，无量纲；
K—比例常数；
P—单个颗粒的密度；
dp—颗粒直径；
v—物体流速；
cs—浆液密度（颗粒质量/单位浆液质量）。
由公式（1）表明，磨损性与颗粒密度、颗粒物直径的立方、流速的平方和浆液浓度成正比。因此，限制管道内浆液流速、采用细磨的吸收剂以及在可能的情况下采用浓度较低的浆液是降低浆液磨损性的重要措施。
2、烟气中粉尘颗粒物质量及石灰石吸收剂纯度的影响
在运行中因除尘器故障、运行调整不当等原因会使FGD入口粉尘增加，从而会降低脱硫效率。从煤粉灰的成份可知，粉尘含有大量氧化物SiO2、AL2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、 MgO 、K2O、 Na2O、SO3、MnO等，还含有大量的C1离子、F离子。大量的粉尘进入吸收塔与浆液混合使得浆液的含固量增加，吸收塔浆液含固量范围是10%-15%，超过这个浓度对搅拌器叶片和浆液泵的叶轮磨损较大，另外由于FGD装置内流动的主要是石灰石、石膏浆液以及其他一些杂质，当流体以一定速度运动时，其中所含的固体物质会对设备，管道和管件造成磨损。
石灰石主要由碳酸钙组成，也含有碳酸镁及砂、粘土等杂质。当石灰石粉中杂质含量超标及石粉颗粒密度变大，此时，石粉同水配比后搅拌制成一定浓度的吸收塔浆液（含固浓度为30%wt）进入吸收塔反应,对管道也会形成一定的磨损。
3、吸收塔浆液氯离子含量的影响
湿法脱硫系统中存在SO2、H2SO3、H2SO4、HCI、CaCO3、CaCI2、CaSO4等物质，因此系统中腐蚀问题比较严重，但SO2、H2SO3、H2SO4、HCI很快发生反应，最终生成CaSO4和CaCI2，由于CaSO4的溶解度很小，因而CI－的腐蚀影响就显得非常严重。CaCI2极易溶于水，30℃时溶解度可达102g/100g水,由于脱硫系统水的循环使用，氯在吸收浆液中逐渐富集，浓度可高达1％。当CI－含量达2％时，大多数不锈钢已不能使用，要选用氯丁基橡胶、玻璃鳞片衬里或其它耐腐蚀材料。CI－是引起金属孔蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀和选择性腐蚀的主要原因。我厂脱硫废水系统设备因各种原因未投运，现脱硫废水排出方式为废水泵出口管道接至渣水系统高效浓缩机内。7月下旬，运行人员发现废水泵出口至高效浓缩机管道流量逐渐减小，后降为零直至管道堵塞，判断为废水泵停运后未对出口管道进行冲洗，脱硫废水沉淀在管道内，长期运行导致输送管道完全堵塞。脱硫废水不能排出，只能再次进入吸收塔进行循环，再加上7、8月份夏季高温用电高发区，机组负荷大，吸收塔处理烟气流量负载也增大，吸收塔内CL离子含量也会随之增加。
三、防止管道磨损穿孔的措施
1、由分析因素（1）中，我们可以从物体流速和浆液密度两个方面着手解决问题。FGD系统管道内的流速一般设计为1.5-2.4m/s之间，浆液保持飞均匀流动；从防止浆液沉淀的角度来说，石灰石浆液最低流速为0.9m/s,石膏浆液最低流速为0.8m/s。如果把流速稍微降低，达到非均匀流动，此时颗粒物仍然能保持悬浮于流体中，但水平管道下部浆液的密度大于上部。非均匀流动会使水平管道下部四分之一的部分和任何方向布置的弯管外缘部分的管壁磨损稍微加重，一般影响不大。就我厂脱硫脱水石膏旋流器来讲，受石膏排出泵电流（额定电流为240A）及石膏旋流器入口压力（需维持在0.13-0.14MPA之间）影响，石膏排出泵至石膏旋流器入口四通阀开度只能在1/2满足旋流器压力，石膏浆液回流管手动门也保持在1/2左右，石膏排出泵出口至石膏旋流器入口管道和回流管道弯管磨损是最严重的。8月份，发电部与技术部灰硫专业针对此问题提出在石膏旋流器入口管道与回流管法兰处增设节流孔板，以降低管道内浆液流速，减小石膏浆液对弯管衬胶材料的摩擦系数，达到石膏旋流器入口四通阀与回流管手动门保持全开，旋流器运行压力满足要求。现对8月份以来石膏旋流器管道滴漏缺陷进行统计，可以看出，降低物体流速对设备材料的影响巨大：
还需指出，保持吸收塔内浆液在规定的含固量也尤为重要；石膏浆液密度增大，管道的磨损性能也随之增加。因此，严格执行专业下发的技术交底，当吸收塔内浆液密度达到1160mg/m3必须进行石膏脱水，维持浆液密度在20%wt之间。
2、降低粉尘对脱硫系统管道影响的最根本办法就是提高静电除尘器的除尘效率，降低脱硫系统入口粉尘浓度。加强静电除尘器日常维护工作，提高静电除尘器运行的可靠性，投运率。通过对各电场高压整流变的运行方式的调整，提高除尘效率。特别是煤种变化时，要及时跟踪静电除尘器的运行变化情况，及时调整。加强各电场输灰,防止灰斗长时间出现高料位而引起粉尘二次飞扬，特别是三、四电场。
3、正常情况下，保持脱硫废水泵连续运行，废水泵出口流量需大于15t/h以上，废水泵停运后及时进行管道冲洗，防止管道堵塞造成脱硫废水无法外排现象；减少脱硫系统的废水含量，保证吸收塔浆液中氯离子含量小于20000mg/l；石膏脱水系统属于公用系统，现#1、#2滤液箱之间联络门为全开状态，应合理安排分配滤液箱至两台吸收塔补水流量，避免补水失衡。
4、巡检人员加强对现场设备的巡视力度，提高巡检质量，发现管道出现滴漏浆液或爆管及时汇报，联系维护人员第一时间进行修补，防止事故扩大；对于接触浆液的管道，在设备停止运行后，应及时冲洗管路排放，保证管路内部干净无堵塞。