上海申弘閥門有限公司
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石灰漿液輸送閥門應用
上海申弘閥門有限公司
摘 要： 脫硫系統(tǒng)的脫硫效率是FGD系統(tǒng)的關鍵指標，實際運行中，存在著原煙氣二氧化硫濃度過高、PH值高低波動、石灰石成份，以及漿液循環(huán)泵磨損、吸收塔內部噴頭堵塞等方面的異常現(xiàn)象，嚴重影響了脫硫系統(tǒng)的脫硫效率。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥,氣動截止閥,電動蝶閥,氣動蝶閥,電動球閥,氣動球閥,電動閘閥,氣動閘閥,電動調節(jié)閥,氣動調節(jié)閥，減壓閥。水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。本文通過對多年運行操作經(jīng)驗的總結，闡述了各種異常現(xiàn)象發(fā)生的現(xiàn)象、原因及解決方法，以尋求提高脫硫系統(tǒng)脫硫效率的新途徑，確保脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運行，助力“美麗中國"，改善人居環(huán)境。
關鍵詞：脫硫效率 影響因素 原因分析 解決方法
1 萊城電廠脫硫系統(tǒng)整體概述
萊城電廠四臺300MW機組采用石灰石-石膏的濕法煙氣脫硫工藝，分別為一爐一塔設計(見圖1脫硫系統(tǒng)工藝流程 引自我廠工藝流程)。自投運以來，脫硫設施投運率超過99.0%、脫硫效率保持在95%以上。運行中的4套全煙氣量處理的濕式石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置，旁路擋板拆除后運行穩(wěn)定。系統(tǒng)全煙氣量脫硫時，脫硫后煙氣溫度不低于80℃。校核煤種工況下確保FGD裝置排放的SO2濃度不超標;當FGD入口煙氣SO2濃度比設計煤種增加25%時仍能安全穩(wěn)定運行。整套系統(tǒng)于2008年12月底完成安裝調試。吸收塔系統(tǒng)是影響脫硫效率的核心部件，吸收塔內，熱煙氣自下而上與漿液(三層噴淋層)接觸發(fā)生化學吸收反應同時被冷卻，漿液由各噴淋層多個噴嘴層噴出。吸收塔內，漿液反應后生產(chǎn)石膏，通過脫水系統(tǒng)進入石膏庫外運。
圖1萊城電廠脫硫工藝系統(tǒng)流程
2 影響脫硫系統(tǒng)脫硫效率的因素分析及解決方法
2.1 脫硫參數(shù)對脫硫效率的影響分析及解決方法
2.1.1 漿液PH值對脫硫效率的影響
襯膠管道特性：
1.結構優(yōu)良:管材的增強骨架鋼管與橡膠層使用高性能的粘合劑復合為一個整體，采用特殊工藝經(jīng)公司的專業(yè)硫化設備復合硫化成型，克服了鋼管耐壓不耐磨, 塑料、橡膠耐磨不耐壓以及玻璃鋼脆抗沖擊性能差等缺點，同時具備鋼管和耐磨橡膠的共同優(yōu)點，綜合性價比。
2. 耐磨性能好, 壽命長:磨耗值測試結果一般在0.03～0.20 cm3/1.61km范圍內，約為塑料的3～5倍，耐磨性比鋼管高4－6倍。
3.強度高, 抗沖擊性高:橡膠彈性體的密度低(1.2g/cm3)，重量輕，具有較好的吸振性能和優(yōu)異的耐機械沖擊性能，高強度, 剛性好, 不產(chǎn)生蠕變，抗沖擊，抗震, 抗水錘性能強，便于運輸, 安裝和維護。
4. 防腐性能:我公司采用的內襯橡膠化學性能非常穩(wěn)定，能耐絕大多數(shù)腐蝕性介質和有機溶劑的侵蝕，比聚乙烯、聚丙烯、尼龍、ABS等塑料更耐腐蝕。除強氧化性酸液外，在一定溫度和濃度范圍內能耐各種腐蝕性介質（酸、堿、鹽）及有機介質（萘溶劑除外），在20℃和80℃的80種有機溶劑中浸滯30天，外表無任何反?，F(xiàn)象，其它物理性能也幾乎沒有變化。
5.溫度適應范圍廣:脫硫襯膠管道可以在-40°C～+140°C的范圍內長期使用，襯膠層不會因溫度變化而與鋼架脫開。
6.節(jié)能:潤滑性好，運行阻力損失小，節(jié)省運行費用。脫硫襯膠管道內壁光滑如鏡，粗糙度只有Ra0．02668，內襯橡膠其自潤滑性和不粘著性能好，運行阻力比普通鋼管小20％左右，可節(jié)省大量輸送電力。
7.使用壽命長:抗老化性能*，在正常使用壓力溫度下一般使用壽命達到15年以上(理論值)。管道使用6-8年后近90°轉動一次，使用壽命會更長，襯膠管道可反復襯膠使用4次，降低成本，制作周期短，可確保工期。
8.防垢, 緩結垢性能好:內襯橡膠的表面粗糙度小，粗糙度僅0.0267，相對粗糙度為3.311×10-4，清水阻力系數(shù)為0.0165，比普通鋼管約小17，且橡膠對常規(guī)的酸、堿等介質有適應性，不會造成腐蝕和結垢。
9.不開裂, 連接可靠:鋼橡兩種材料的結構是復合而成的，克服了塑料管的快速應力開裂現(xiàn)象，所以不會發(fā)生塑料管難以克服的快速應力
10.連接方式快捷:安裝方便，裝卸, 運輸, 搬運, 安裝和使用很方便，現(xiàn)場連接快捷, 簡便，不需焊接。采用法蘭, 柔性接頭和伸縮接頭連接，不會發(fā)生塑料管道翻邊斷裂, 鎖頭脫落等現(xiàn)象，連接密封可靠。
脫硫系統(tǒng)運行中，循環(huán)漿液的PH值是運行人員控制的主要參數(shù)之一，也是影響脫硫系統(tǒng)效率的主要因素，我廠吸收塔漿液規(guī)定PH值在5.0和6.0之間，PH值高低是由向吸收塔中自動補充的石灰石漿液量決定的。同時與機組負荷、原煙氣SO2含量等有關。吸收塔漿液PH值過低或者過高，漿液的酸堿度對SO2的吸收也有非常明顯的影響。當PH值較低，亞硫酸鹽溶解度急劇上升，硫酸鹽溶解度略有下降，會有石膏在很短時間內大量產(chǎn)生并析出，產(chǎn)生硬垢，阻礙漿液對SO2的吸收。而高PH值亞硫酸鹽溶解度降低，會引起亞硫酸鹽析出，產(chǎn)生軟垢。
煙氣中SO2與吸收塔漿液的化學反應如下：
a)、煙氣中的S02和HCL被噴淋漿液中的水吸收，與煙氣分離：
SO2+H20←→HS03-+H+
S03+H20←→HS04++H+
HCL←→H++CL-
b)、進入吸收塔的石灰石在偏酸性漿液中溶解：
CaC03+H+←→Ca++HC03-
CaC03-←→OH-+C02↑
c)、氧化和結晶反應發(fā)生在吸收塔漿池中。吸收塔漿池中的PH值控制在大約5.0～6.0，吸收塔漿液池的尺寸保證能提供足夠的漿液停留時間完成CaSO3向CaSO4的氧化和石膏(CaSO4·2H2O)的結晶。具體反應方程式如下：
氧化：HS03-+1/202←→2S04-+H+
結晶：Ca++S04-+2H20←→CaC04·2H20
從以上反應中看出， 提高循環(huán)漿液的PH值可直接提高脫硫系統(tǒng)的脫硫效率。PH值過低，能提高石膏的品質，但不能保證脫硫效率(圖2為2013年6月29日 PH值降低時，脫硫效率隨之降低實時趨勢圖 引自我廠運行PI實時數(shù)據(jù)系統(tǒng));而PH值過高，會造成石灰石粉的浪費，降低了石膏的品質，增加了循環(huán)漿液的密度，加大了對設備的磨損。為保證脫硫系統(tǒng)脫硫效率，PH值在5.0和6.0是經(jīng)過考證的合理范圍。
圖2 PH值與脫硫效率的關系(左側為PH值，右側為脫硫效率)
2.1.2 原煙氣入口SO2 濃度升高對脫硫效率的影響
我廠脫硫系統(tǒng)運行中，不可避免的存在燃料摻配不當、存煤SO2濃度過高等異常工況，當燃料含硫量增加時, 煙氣中SO2質量濃度也隨之上升(見 圖3為2013年6月20日趨勢 引自我廠運行PI實時數(shù)據(jù)系統(tǒng)), 在其他運行條件不變的情況下脫硫效率將呈下降趨勢。一般來說, 在脫硫裝置一定的情況下, 脫硫效率存在一個峰值, 即在某一SO2質量濃度下脫硫效率達到zui高, 當SO2質量濃度低于這個值時, 脫硫效率隨SO2質量濃度的增加而有所增加; 超過此值時, 較高質量濃度SO2將迅速耗盡液相堿度, 導致吸收SO2的液膜阻力增加, 脫硫效率隨SO2質量濃度的增加而減小。
圖3 二氧化硫濃度逐漸上升趨勢
從圖3中可以看出, 當吸收塔入口SO2質量濃度增加, 此時已經(jīng)達不到吸收塔系統(tǒng)處理SO2能力， (詳見2.1.1中化學反應過程),靜煙氣SO2濃度上升，脫硫效率降低(見 表1 引自2013年6月20日運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計)。
表1 二氧化硫濃度升高脫硫效率下降情況對比
時間(6月20日) 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00
SO2濃度mg/m3 2200 2410 2580 2770 2650 2810 3220 3615
脫硫效率(%) 96.1 95.7 94.5 93.2 94.8 93.1 89.8 86.3
1）石灰消化罐、儲存罐、石灰漿液輸送至頂罐
按照下表將選型填寫在zui后一列，價格可增加一列填寫，不要合并項，zui后增加一行價格小計。
序號 | 設備名稱 | 管道尺寸 | 數(shù)量 | 介質 | 用途 | 投標方選型 |
1 | 閘閥（手動） | DN150 PN10 | 1個 | 20~25%石灰漿液，10~100℃ | 消化罐的放空閥門 | |
2 | 閘閥（手動） | DN150 PN10 | 1個 | 20~25%石灰漿液，10~100℃ | 儲存罐的放空閥門 | |
3 | 閘閥（手動） | DN80 PN10 | 2個 | 20~25%石灰漿液，10~100℃ | 石灰泵的進口閥門 | |
4 | 閘閥（手動） | DN50 PN16 | 2個 | 20~25%石灰漿液，10~100℃ | 石灰泵的出口閥門 | |
5 | 止回閥（手動） | DN50 PN16 | 2個 | 20~25%石灰漿液，10~100℃ | 石灰泵的出口閥門 | 立式安裝 |
6 | 閘閥（手動） | DN50 PN16 | 1個 | 20~25%石灰漿液，10~100℃ | 密度計的安裝閥門 | |
7 | 閘閥（手動） | DN40 PN16 | 4個 | 20~25%石灰漿液，10~100℃ | 密度計的安裝閥門 | |
8 | 閘閥（手動） | DN50 PN10 | 1個 | 20~25%石灰漿液，10~100℃ | 石灰泵返回管道的閥門 | |
9 | 球閥（氣動、調節(jié)、襯陶瓷） | DN50 PN16 | 1個 | 20~25%石灰漿液，10~100℃ | 石灰泵返回管道的閥門 | V型或O型 |
10 | 閘閥（手動） | DN50 PN10 | 1個 | 20~25%石灰漿液，10~100℃ | 石灰泵進頂罐管道的閥門 | |
11 | 球閥（氣動、調節(jié)、襯陶瓷） | DN50 PN10 | 1個 | 20~25%石灰漿液，10~100℃ | 石灰泵進頂罐管道的閥門 | V型或O型 |
12 | 球閥（手動） | DN25 PN10 | 4個 | 廠區(qū)自來水，反沖洗水 | 石灰泵的進出口管道沖洗 | |
13 | 止回閥 | DN25 PN10 | 1個 | 廠區(qū)自來水，反沖洗水 | 石灰泵的進口管道沖洗 | 水平安裝 |
14 | 閘閥（手動） | DN40 PN10 | 1個 | 消化用水，0~50℃自來水 | 來自制漿供水泵的管道 | |
15 | 球閥（氣動、調節(jié)） | DN40 PN10 | 1個 | 消化用水，0~50℃自來水 | 來自制漿供水泵的管道 | V型或O型 |
16 | 閘閥（手動） | DN65 PN10 | 1個 | 緊急用水，0~50℃自來水 | 來自制漿供水泵的管道 | |
17 | 球閥（氣動、開關） | DN65 PN10 | 1個 | 緊急用水，0~50℃自來水 | 來自制漿供水泵的管道 | 2s快速關閉、常閉 V型或O型 |
18 | 閘閥（手動） | DN25 PN16 | 1個 | 除霧用水，0~50℃自來水 | 來自塔頂供水泵的管道 | |
19 | 減壓閥 | DN25 PN16 | 1個 | 自來水 | 來自塔頂供水泵的管道 | 6~7公斤減至1.5~2.5公斤 |
20 | 球閥（氣動、開關） | DN25 PN10 | 1個 | 除霧用水，0~50℃自來水 | 來自塔頂供水泵的管道 | 2s快速關閉、常閉 V型或O型 |
21 | 針型閥 | DN15 PN10 | 2個 | 除霧用水，0~50℃自來水 | 來自塔頂供水泵的管道 | 銅 |
22 | 球閥 | DN15 PN10 | 1個 | 沖洗、檢修用水 | 來自廠區(qū)總供水管道 | 6.5米平臺 |
2.1.3 吸收劑石灰石的成份及性質
石灰石成份的影響。石灰石中CaCO3的含量若過低，或雜質過多，吸收塔內保持相同的PH值，勢必增加石灰石漿液的補充量，造成吸收劑耗量的增加，同時也使石膏的純度下降，相應脫硫效率下降。
石灰石顆粒度的影響。我廠規(guī)程規(guī)定，石灰石顆粒度小于1cm(圖4萊城電廠石灰石料場內石灰石圖片 引自現(xiàn)場照片)，若顆粒度較大時，相同時間、相同電耗，制備的石灰石漿液顆粒度相應增加，補充至吸收塔內時，在塔體內接觸面積較小，造成反應吸收效果不良，相應造成脫硫效率降低。
圖4 萊城電廠石灰石料場內石灰石
2.1.4 氧化空氣量不足對脫硫效率的影響
根據(jù)我廠運行經(jīng)驗，脫硫系統(tǒng)運行中， 當氧化空氣量不足時，將導致脫硫效率下降。由以上反應方程式可以看出, 氧化空氣主要是使反應過程的充分氧化, 與Ca+ 反應生成CaSO42H2O。因此, 保證足夠的氧化空氣量是保證脫硫效率的重要前提之一。此外, 氧化空氣量不足還可能造成脫硫塔及除霧器結垢。
2.2 檢修維護工作造成脫硫效率降低的原因及解決方法
2.2.1 漿液循環(huán)泵葉輪及泵殼磨損對脫硫效率的影響
脫硫系統(tǒng)運行中，因漿液循環(huán)泵中介質為石灰石漿液，外加漿液中PH值變化較大，因此，石灰石漿液泵的磨損在所難免，循環(huán)泵葉輪如果磨損(見 圖5 引自檢修現(xiàn)場圖片)，葉輪直徑減小和葉輪表面出現(xiàn)凹凸狀，凹凸狀將增加漿液的局部阻力損失，造成葉輪出力降低。特別是集流器磨損直徑變大與葉輪直徑的減小或者流道改變，葉輪與蝸殼之間的容積損失增加，均將導致泵的出力減小，漿液循環(huán)量減少。漿液在泵內高速流動，對泵殼內表面的沖刷磨損也是非常巨大的。經(jīng)常出現(xiàn)泵殼壁厚變薄，膜穿的情況。當泵殼減薄后，經(jīng)葉輪作功后的漿液回流量相應增加，漿液循環(huán)總量減小，壓頭理所當然達不到應有的高度，吸收效果變差，因此脫硫效率降低。
解決方案：當漿液循環(huán)本葉輪及泵殼磨損嚴重時，相應出現(xiàn)漿液循環(huán)泵電流減小，出力降低，將循環(huán)量減少，此時，應停止運行，對該泵葉輪及泵殼進行特殊工藝防磨，當防磨工作處理且養(yǎng)護完畢，可再次投入運行。當葉輪磨損嚴重時根據(jù)運行周期可更換新葉輪，以保持正常漿液循環(huán)量。
圖5 萊城電廠#2脫硫系統(tǒng)漿液循環(huán)泵葉輪磨損情況
2.2.2 漿液循環(huán)泵出口噴頭及母管堵塞對脫硫效率的影響
吸收塔系統(tǒng)運行中，經(jīng)常出現(xiàn)漿液循環(huán)泵出力降低的情況，在排除漿液循環(huán)泵磨損等情況外，應考慮漿液循環(huán)泵出口噴頭及母管堵塞。一旦以上部位堵塞，必將造成漿液流量減少，漿液循環(huán)泵出力降低，漿液噴淋擴散半徑減小，吸收塔內漿液噴淋不均，形成“煙氣走廊"的機率大為增加，因而降低脫硫效率。萊城電廠#3脫硫系統(tǒng)停機后檢查堵塞物成分，均是石灰石顆粒、SiO2、樹脂鱗片、亞硫酸鈣結垢物等。
解決方案：漿液循環(huán)泵出口噴頭及母管堵塞，應利用停機機會進行*清理疏通(圖6漿液泵母管及噴頭清理后圖片 引自檢修現(xiàn)場圖片)，并建立檢查清理檔案，計劃性停機檢修，以保證脫硫效率在正常范圍。另外漿液循環(huán)泵停止備用時，應進行*沖洗，盡可能將母管及噴頭處漿液及其它異物沖洗干凈，防止結塊堵塞。
圖6 萊城電廠#3機組脫硫系統(tǒng)漿液泵出口母管及噴頭清理后圖片
2.2.3 吸收塔內漿液品質的影響
萊城電廠在#3脫硫系統(tǒng)大修過程中，在吸收塔底部清理出了部分樹脂脫落物、SiO2以及石灰石中含的雜質等。為防止吸收塔內部樹脂脫落，停機后，應仔細檢查塔體內樹脂脫落情況，并及時清理。#3脫硫正常運行過程中也出現(xiàn)過電除塵出口煙塵濃度超標的情況。煙塵濃度過大，在一定程度上阻礙了SO2與脫硫劑的接觸機會，降低了石灰石漿液中Ca+的溶解速率，同時煙塵飛灰中不斷溶出的一些重金屬會抑制Ca+與HSO3-的反應。煙氣中粉塵含量持續(xù)超過設計允許量，將使脫硫率大為下降，管道內部逐漸沉淀堵塞。另外，煙塵及飛灰呈堿性，當其進入漿液后，漿液PH值將升高。由于運行中PH值控制不再通過Ca/S計算，而是只用PH值反饋控制，相應減少了石灰石漿液量，但粉塵不會被消耗掉，因此造成虛假PH值升高，脫硫效率反而下降。
解決方案：為防止?jié){液循環(huán)泵出口母管及噴頭堵塞，除停機后清理雜質異物外，應采取長期有效的治理方案，萊城電廠在本次#3脫硫系統(tǒng)大修過程中，在漿液循環(huán)泵入口管加裝不銹鋼濾網(wǎng)(圖7萊城電廠#3脫硫漿液循環(huán)泵入口加裝濾網(wǎng)過程 引自檢修現(xiàn)場圖片)，阻擋了樹脂脫落物、SiO2以及石灰石中含的雜質進入循環(huán)系統(tǒng)，效果良好，明顯降低了噴淋系統(tǒng)出口母管及噴頭清理周期，提高了脫硫系統(tǒng)投運率及脫硫效率。
圖7 萊城電廠#3脫硫漿液循環(huán)泵入口加裝濾網(wǎng)過程
2.2.4 GGH中原煙氣向靜煙氣中泄漏對脫硫效率的影響
我廠四臺脫硫系統(tǒng)運行中，有兩臺機組(#3、4脫硫)存在GGH系統(tǒng)，盡管GGH 設有低泄漏風機，可有效防止原煙氣向凈煙氣側泄漏，但是，由于原煙氣壓力高于凈煙氣壓力，長期運行后，GGH密封片磨損、調節(jié)不當時，則原煙氣向凈煙氣系統(tǒng)泄漏，直接影響脫硫效率。
解決方法是：
(1) 在檢修過程中對GGH動靜密封片嚴密性進行間隙調整，保持GGH密封裝置達到設備規(guī)范要求。
(2) 保證GGH 低泄漏風機的正常運行，及時消缺，加強巡回檢查，保證低泄漏風機的可靠運行。
2.2.5 煙氣測量系統(tǒng)對脫硫效率的影響
在線檢測系統(tǒng)( CEMS )傳輸信號不準、測量管堵塞、溫度補償存在偏差等因素的存在，也將影響脫硫效率。
解決方法是：定期對CEMS進行了定期校驗和比對, 運行人員發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常時，及時檢修處理，以確保CEMS的準確投運, 保證脫硫效率在減排范圍之內。
3 結論
在實際運行中影響脫硫效率的原因比較復雜，我將通過進一步的總結，找出影響脫硫效率的因素，并進行歸納分析，提出解決方案并實施，保證了脫硫系統(tǒng)脫硫效率在95%以上，確保煙氣達標排放。與本文相關的論文有：礦山電動插板閥
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