石灰濕法煙氣脫硫系統環保閥門

                          石灰濕法煙氣脫硫系統環保閥門

                              上海申弘閥門有限公司

之前我們介紹環保廢水處理閥門選型石灰石／石灰濕法煙氣脫硫系統中各工藝過程均采用漿物料，脫硫系統特別是脫硫塔易結垢而影向系統的運行。美國20世紀80年代中期以前建設的濕式石灰石脫硫系統，許多在吸收塔內部、除霧器和漿液管路內出現了不同程的結垢，高硫煤電廠尤其嚴重。80年代后，通過對結垢題的研究，采用了一系列的措施，結垢問題得到一定的解，但仍是影響脫硫系統的安全性和穩定性的重要因素。
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,脫硫系統結垢會給系統的運行帶來一系列危害。垢體影脫硫系統的物理過程和化學過程，造成系統阻力增加、脫硫效率下降，甚至還會影響脫硫產物中脫硫劑的含量及系統氧化效果；垢層達到一定厚度后，可能脫落，砸傷噴嘴和防腐內襯；而結垢現象嚴重時甚至造成設備堵塞、系統停運。本文對濕法脫硫系統結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，這部分容易結垢，屬于“濕一干"結垢。由于漿液中含有CaSO4、CaSO3、CaCO3及飛灰中含有硅、鐵、鋁等物質，這些物質具有較大的粘度，當漿液碰撞到塔壁時，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，使沉積層逐漸形成結構致密，類似于水泥的硬垢。連州電廠的吸收塔“干一濕"界面區域嚴重的洗滌液富集、積垢現象，屬于此類垢體。
氣水分離器的結垢類型也屬于“濕一干"結垢，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過堵塞現象。
另外，濕法脫硫裝置中強制氧化系統的氧化空氣管內也可能出現“濕一干"結垢。氧化風機運行時，其出口風溫可高達l00℃，這使得由于氧化空氣的沖擊而附著在氧化風管內壁的石膏漿液很快脫水結塊，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機出口噴嘴都有被石膏堵住的現象。


序號	使用設備或系統	物資名稱	規格型號	單位	數量
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	脫硫漿液循環泵排凈	手動蝶閥	D71X-16   DN100  PN16	個	8
8	脫硫系統	手動高溫蝶閥	D71X-16   DN50   PN16	個	10
9	脫硫系統	手動隔膜閥	G41J-16   DN50   PN16	個	5
10	脫硫系統	手動閘閥	Z41W-10C  DN100  PN16	個	4

（二）結晶成垢
1、硬垢的形成
對于有石膏生成的漿液，當石膏終產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。當相對飽和濃度達到一定值時，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。當飽和度達到更高值，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表面上生成并逐步成長結成堅硬垢淀，從而析出作為石膏結晶的垢捌。石膏產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，無論是采用自然氧化，還是采用強制氧化，都有石膏產生，在吸收塔脫硫漿液吸收SO2而產生的亞硫酸鈣經氧化會生成硫酸鈣。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生的氧化稱為自然氧化。自然氧化因鍋爐和脫硫系統設計運行參數不同而程度各異。某一系統在操作時，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。氧化比例超過這一水平，漿液回路會產生多于共沉淀而減少的硫酸鈣。這就使硫酸鹽濃度增加．使系統處于過飽和狀態．從而使得硫酸鈣構晶離子的水平有可能大于臨界飽和度。對于濕法脫硫系統，也可在漿液槽內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生的氧化為強制氧化。某一系統采用強制氧化、固含物一定時，如果系統漿液的氧化比例達不到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，某一系統當漿液的氧化比例處于l5％～95％之間時，硫酸鈣構晶離子水平有可能大于臨界飽和度，從而使得系統結垢。對于濕法脫硫系統，產生石膏垢淀的臨界氧化比例隨系統漿液的固含量、系統運行參數的變化而改變。



2、石灰濕法煙氣脫硫系統環保閥門軟垢的形成
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晶，隨著晶核長大，形成很厚的垢層，很快就會造成設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的中試結果表明，對于利用石灰石作為脫硫劑的濕式脫硫系統，當pH>6.2時，仍會發生軟垢堵塞。在大多數實際的石灰石脫硫系統中，氣液接觸后的pH值很少超過6.0，故石灰石脫硫系統比較少發生軟垢堵塞。
3、石灰濕法煙氣脫硫系統環保閥門石灰系統中的再碳酸化問題
在石灰系統中，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，總反應式為：
一般煙氣中，CO2的濃度達l0％以上，是SO2濃度的5O～l00倍。美國EPA和TVA的實驗證明，當進口漿液的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，石灰系統漿液的進口pH>~9時一定會結垢。
石灰石系統不存在CO2的再碳酸化問題。
（三）沉積結垢的形成
石灰石／石灰濕法脫硫漿液是一種含有固體顆粒的懸浮液，如果由于結構設計不合理、攪拌不充分、管道內流速過低等原因，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
濕法脫硫系統易結垢堵塞，故在脫硫塔的總體設計方面，應盡量使塔體簡化，吸收塔設計越復雜，結垢的危險就越大。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雜。噴淋塔不設置隔柵，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上，應相應采取適當的措施。
（一）“濕一千"結垢防治
“濕一干"結垢需要及時沖洗，沖洗結構一般選用噴嘴裝置。塔壁面處“千一濕"交界區的沖洗方式可采用連續沖洗或間隔沖洗，間隔沖洗的周期一般應小于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，否則容易發生飛濺而使煙氣的含濕量增加。具體的水壓應根據噴嘴性能及其與氣水分離器的距離來確定。
對于氧化空氣管內的“濕一干"結垢，可在氧化空氣各支管上加裝冷卻水管，并在氧化風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管內的石膏漿液水分難以蒸發，從而保持了一種相對濕潤狀態。當氧化空氣流過時，這些石膏漿液隨之被重新帶回吸收塔內。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，沖洗水量既要滿足沖洗部位不結垢、不堵塞，又要保證吸收塔內液位的穩定。如所有維持循環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垢，則要考慮沖洗裝置的設計問題。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。
（二）結晶成垢的防治
1、硬垢的防治
要防止石灰石／石灰濕法脫硫系統石膏垢淀形成，就要充分和連續地限制整個脫硫系統流通回路脫硫介質中硫酸鈣(CaSO4)的飽和度不超過石膏結垢的臨界飽和度。
（1）選擇合適的氧化方式
對石灰石／石灰濕法脫硫系統，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硬垢。相應地為使系統不結垢，有兩種方法：一種是抑制氧化，使系統的氧化率小于共沉淀臨界值；另一種是強制氧化使系統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(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雜的自由基反應。脫硫系統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。后來實驗發現S2O32－可通過在漿液中直接添加單質硫形成：
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)轉化成S2O32－的量正比于添加乳化硫的數量。所需乳化硫的數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返的含S2O32－的澄清水，可促進硫的轉化。其它影響轉化率的岡素有：停留時問、硫乳粒徑、溫度和攪拌強度。據報道，在美國脫硫系統中大轉化率可達50％。
抑制氧化可大大減少結垢的發生，也就減少了除霧器、泵吸入口和噴頭的人二T=清洗次數，減少因結垢積累脫落引起吸收塔內襯和內部構件損壞的可能性，因而可減少系統維護費用。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槽內鼓入。
對于就地強制氧化系統，鼓入的空氣通過循環槽底部的曝氣器均勻鼓出，并在循環槽攪拌器的作用下將氣流分散為較小的氣泡。對于結構一定的循環槽，其槽內氧的總傳質系數由鼓入的空氣量和攪拌器轉數所決定。通常，鼓入循環槽內的空氣過量，空氣量按氧氣與脫除SO2的摩爾比O2/SO2 0．75～1．021換算求得。對于攪拌器轉數，一方面要考慮攪拌對氣泡的分散作用以得到適當的氧總傳質系數，使系統具有足夠的氧化所吸收的亞硫酸鈣的能力，從而保證系統漿液的固含物一定時，氧化比例能大于強制氧化臨界值，為石膏結晶提供足夠的品種；同時還要考慮到固體顆粒的懸浮、槽內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晶表面積，漿液中應有足夠的石膏晶粒，即應向系統提供足夠的晶種。不同系統、不同的工況下，系統所需的小晶種量不同。已經發現，一般情況下，系統只要5％的固體石膏聚合物就可達到防止硫酸鹽結垢的目的。當然，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。一般認為，固體物高含量在l5％以下是合適的。美國的大多數FGD系統漿液中含有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過程中作為硫酸鹽結晶的晶核。
（2）系統運行時的注意事項
A、吸收塔運行前應向氧化槽內預注入一定濃度、粒度的石膏漿液作為品種。如果不預注石膏，由于先氧化而成的硫酸鈣無結品表面，使得飽和度大到一個很高的水平。這樣，在系統不停地積累達到所必需石膏的積累量之前，脫硫塔會有嚴重的結垢現象。
B、循環槽內的石膏漿液被排漿泵送入水力旋流器內，石膏漿液被濃縮，一部分含有微小石膏品粒的溢流液應送回循環槽，以保證系統內有足夠的石膏品種。
C、循環槽內漿液應加強攪拌。漿液由吸收塔進入循環槽，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晶。而且所有漿液貯槽的攪拌設備應在系統一開始運行時即投入使用，以防嚴重結垢。
D、在運行過程中，要嚴密監測石膏的飽和度，如工況擾動強烈，使得有時塔內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）加入適當的有機酸添加劑
有機酸添加劑有阻垢作用，主要歸因于其表面活性作用，具體表現在以下幾個方面：①分散作用：在小品粒和設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，使晶體不穩定發生畸變，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，使得漿液中出現的CaSO3、CaSO4容易結晶析出，并使之處于非飽和狀態，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，脫硫產物大部分為CaSO3?I／2H2O。為控制軟垢的形成，也應在整個脫硫系統內各個部位充分而連續地限制亞硫酸鈣的飽和度。為迫使循環槽內的亞硫酸鈣結晶沉淀而維持一定的飽和度，脫硫漿液中應維持一定濃度的亞硫酸鈣晶粒作為晶種。同時，漿液在循環槽內應有一定的停留時間，循環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