卢加锟
河池五吉有限责任公司547000
摘要：结垢是影响石灰石/石灰湿法烟气脱硫系统运行安全性的主要问题之一。分析了湿法烟气脱系统中各类垢体的形成机理,并阐述了系统结垢的主要防治方法。
关键词：石灰石脱硫；脱硫结垢；结垢原因；结垢防治
一．湿法烟气脱硫系统概述
石灰石-石膏法烟气脱硫工艺是目前火电行业应用最为广泛、技术最成熟的烟气脱硫技术之一，以石灰石为脱硫吸收剂，副产品为石膏。但在实际运行中脱硫塔塔壁会出现结垢现象，脱落后的垢层分布在脱硫塔底部，会堵塞石膏排出泵入口滤网、循环浆液泵入口滤网、吸收塔底部排放口、石膏压滤的水力旋流器入口等。而未脱落的垢层则仍依附在脱硫塔塔壁，会对检修工作带来安全隐患，通风不佳造成风压上升，影响脱硫乳化单元的脱硫效果。
二．湿式石灰石烟气脱硫系统的运行条件
在湿式石灰石烟气脱硫系统中，从经济角度考虑，最重要的两个因素是脱硫效率(SO2截留率)和石灰石残留量(FGD-石膏) 。虽然影响湿式石灰石烟气脱硫系统设计和运行的最相关的参数是物理参数，如液气比、吸收塔气速和氧化率、石灰石的反应性、烟气中 SO2浓度、反应池 pH 值、洗涤器温度、 HCl、 HF 和添加剂的使用等湿式石灰石烟气脱硫系统的化学因素，以及烟气脱硫系统效率的运行条件，如颗粒控制装置效率、烟气脱硫系统的停留时间、水处理或循环以及氧化过程，也可能影响湿式石灰石烟气脱硫系统的运行。
2.1. 石灰石的活性
石灰石的粒径分布、孔隙率和石灰石中的杂质等性质对脱硫效率有重要影响。这些参数可以作为影响石灰石活性的关键因素。石灰石的活性被定义为提供碱性并与二氧化硫溶解到水中所产生的酸反应的能力。常规湿式石灰石烟气脱硫系统中，石灰石经粉碎至平均粒径为5-20μm （大约为500目）后使用，但能耗大，一般以250目即可。
2.2. 酸碱度和温度
H + 浓度对石灰石的溶解速率和 SO2去除率有较大的影响。烟气脱硫系统的设计是在5.0-6.0的最佳 pH 值范围内运行。在较低的 pH 值下，石灰石的溶解速率相当高，但 SO2溶入浆液的速率和去除效率都较低。较高的 pH 值导致较高的 SO2去除效率。然而，也有一些限制因素，例如，要达到较高的 pH 值，就需要添加过量的石灰石。
三．结垢防治措施
3.1机理探究
设备表面上有新的晶核生成并逐渐长大，所结成的晶体垢淀称为结晶垢。结晶垢主要成分有 CaSO4·2H2O、CaSO3·1/2H2O 和 CaCO3。流动性差的浆液或喷淋飞溅到设备表面上的浆液液膜，在重力、黏附力、离心力、烟气冲刷等外力作用下沉淀或浓缩，引起固体颗粒以沉积或结晶形式析出，在设备表面上结成的垢淀称为沉积垢。沉积垢在塔壁塔底、传质构件、除雾器通道等部位形成。蒸发垢、沉积垢常以物质固体颗粒堆积垢和结晶垢两种形式存在，石灰石颗粒堆积垢在高 pH 值、CO2和H2O 浆液环境中可转化为 CaCO3结晶垢。脱硫塔内壁结垢主要表现在在吸收塔内壁及构件上形成一层质地坚硬、光滑、紧密的黑色结垢。对脱硫塔的运行带来巨大的影响。首先，在脱硫塔内壁及构件上发生结垢现象，会导致构件弯曲变形、脱落，降低使用寿命，增加检修工作量。其次，在管道内壁结垢，会造成管道堵塞。质地较硬的结垢体加速管道磨损及堵塞，降低设备的使用寿命，增加检修工作量。再次，质地坚硬的结垢层散落在脱硫塔底部，造成脱硫塔石膏排出泵入口滤网堵塞或者石膏压滤的水力旋流器入口堵塞，造成脱水系统无法正常连续投运，导致脱硫塔石膏浆液密度升高，生成的副产品石膏无法回收利用。最后，脱硫塔内壁的结构层脱落时，会损坏防腐涂层，加速设备的腐蚀速度，造成设备塔体渗漏。
而且结构层质地坚硬，脱落时会堵塞旋流板或砸向吸收塔烟管、喷淋管等构件，会造成设备损坏。此外，小的结垢层碎片会通过浆液循环泵输送至浆液喷淋层，在此过程中会加速浆液循环泵叶轮的磨损，造成喷嘴堵塞、脱落等。
3.2防治措施
在吸收塔浆液池容积设计的过程中，应当计算石膏结晶时间、石灰石溶解时间、亚硫酸根全部氧化所需反应容积，取三者最大值，并考虑注入空气和液位控制的安全余量作为吸收塔浆液池设计尺寸。当吸收塔配置沸腾式传质构件时，应计入其脱硫贡献所需的浆液池容积。石膏结晶时间 : 石膏浆液抛弃系统≥ 10 h，石膏脱水系统≥ 15 h；石灰石溶解时间 ≥ 4.3 min；氧化所需容积 : 与原烟气含氧量、强制氧化空气注入浆池深度有关，计算所得。此外，原烟气含氧量不稳定时，取下限值作为自然氧化率。氧化风机风量余量按 5% ～ 10% 设计；母管制并列运行的氧化风机，单台氧化风机风量余量按 10% ～ 20% 设计。管栅式氧化空气喷管 L 型竖直管道按 2 m 设计，以防末端喷嘴结垢堵塞吸收塔干湿界面，净烟气加热器应设冲洗水和吹扫垢淀装置。经过实验论证，下面推荐几点结垢防治措施。
1. 控制石膏浆液密度及停留时间，确保石膏浆液过饱和度控制在110%-130%之间，避免过饱和的石膏浆液长时间在脱硫塔内停留，避免结垢。
2. 控制石膏浆液PH值在一定范围内平稳运行。
3. 提高脱硫塔内壁的表面光滑度。
4.定期3-5天停机检修，打开人孔清理结垢，或在塔体增加震动器，每天定时短时运行。
另外可投入脱硫阻垢剂延缓阻垢，阻垢剂的阻垢原理：其一是增加阻垢化合物的溶解度。脱硫阻垢剂中的有机酸和聚电解质溶于水后发生电离，生成带负电荷的分子链，与Ca2+、Mg2+等形成稳定络合物，从而增加CaSO4在水中的溶解度；其二是基于晶格畸变论，CaSO4结晶是严格按照顺序进行的，脱硫阻垢剂成分中的有机酸，会吸附到晶体活性增长点与Ca2+螯合，抑制晶格按顺序增长，使晶格歪曲，难长大。另外有机表面活剂分子被卷入晶格生长，晶格发生错位，形成一些空洞，使得垢变软；其三是利用静电斥力作用进行结垢防治与优化，聚电解质溶于水后发生电离，有强烈的吸附性，会吸附CaSO4小晶体、粉尘、泥沙等，改变粒子表面电荷分布，形成双电层，阻碍CaSO4小晶体碰撞形成大晶体，也阻碍和金属传热面碰撞形成垢层。
此外，运行维护人员应熟记并记录好脱硫系统初次启动时或正常运行时的参数和数据，密切监视除雾器的冲洗压力、流量、差压、浆液脉冲泵的压力、电流、增压风机的电流等参数，及时发现和通知检修人员处理冲洗阀门内漏、阀门故障、冲洗水压力不足等问题，确保除雾器正常冲洗。每隔6个月(最好是3个月)必须进行除雾器检查，视具体情况人工手动冲洗干净。特别是在脱硫系统参数明显异常的情况下，需及时进行检查。
四．结束语
综上，湿式石灰石烟气脱硫系统运行状态受石灰石活性、酸碱度、温度的影响，设计运行最佳石灰石目数≥250目，pH 值范围为5.0-6.0。当 pH 值较低(4.0 > pH)时，SO2的平衡压力增大，气体吸收速率降低，接近于零，而 pH 值大于6.3时，CaSO3的沉淀可能引起洗涤塔结垢问题。当 pH 值< 6.3时，CaSO3的溶解状态是可能的。结垢是石灰石脱硫工艺本身具有且无法避免的缺点，可以适当添加脱硫阻垢剂延缓结垢，或定期打开人孔清理结垢。
参考文献：
[1]朱栋琦,陈鸿伟,程凯,贾建东,朱楼. 基于响应面分析的湿法脱硫阻垢试验研究[J]. 发电设备,2019,33(03):173-177.
[2]崔社. 湿法脱硫装置结垢分析与防治[J]. 中国资源综合利用,2019,37(04):145-149.
[3]朱栋琦. 石灰石湿法烟气脱硫喷淋塔阻垢实验研究[D].华北电力大学,2019.