火电厂湿法脱硫装置故障分析及优化改造.pdf

2 0 1 4年 6月 第 4 2卷 第 3期 总 第 2 3 2期 J u n ． 2 0 1 4 Vo I ． 4 2 No ． 3 S e t ． No ． 2 3 2 交 流 e ， ‘ 火电厂湿法脱硫装置故障分析及优化改造 Fa ul t An a l y s i s a nd Op t i mi z i n g Re t r o f i t o f W FGD De v i c e i n Co a l f i r e d Po we r Pl a nt 郝 竹筠 ， 徐丰跃 1 ．国网吉林 省 电 力有 限公 司 电力科 学研 究 院 ， 长春 1 3 0 0 2 1 ； 2 ．吉林 电力股份 有 限公 司二 道 江发 电公 司 ， 吉林通化1 3 4 0 0 3 摘要 针对某火 电厂脱 硫系统除雾器故 障率高 、 浆液 p H计 及密度计测量准确率低 、 脱硫 设施 运行能耗大等问题 ， 对脱硫装置进行故障分析及优化改造。 改造后除雾器安全稳定运行 、 浆液 p H计及密度计测量准确性提高， 降低了 脱硫 系统耗电率 。除雾器 系统改造后每年可节省 费用 1 7 ． 5万元 ； p H计 和密度计 改造后 ， 每年节省费用 1 8万元 。 关键 词 湿法脱硫 系统 ； 除雾 器 ； p H 计 ； 密度 计 ； 优化改 造 Abs t r ac t Ai mi ng a t hi gh f a ul t r a t e，l o w a c c u r a c y r a t e o f s l ur r y pH me t e r a nd de n s i t y met e r，hi gh e ne r gy c os t o f De s u l f u r i z a t i o n d e v i c e s ，f a u l t d i a g n o s i s a n d o p t i mi z i n g r e t r o f i t h a v e b e e n c a r r i e d o u t ． M i s t e l i mi n a t o r r u n s s a f e l y a n d s mo o t h l y， t h e a c c u r a c y o f s l u r r y p H me t e r a n d d e n s i t y me t e r i mp r o v e s ， e l e c t r i c i t y c o n s u mp t i o n r a t e o f d e s u l p h u r i z a t i o n s y s t e m d e c r e a s e d a f t e r r e t r o f i t ． RM B 1 7 5 0 0 0 c o u l d b e s a v e d a n n u a l l y a f t e r mi s t e l i mi n a t o r r e f t r o f i t ．RM B 1 8 0 0 0 0 c o u l d b e s a v e a n n u a l l y a f t e r p H me t e r a n d d e n s i t y me t e r r e t r o f i t ． Ke y wo r d s W FGD s y s t e m ；mi s t e l i m i n a t o r ；p H me t e r ；d e n s i t y me t e r ；o p t i mi z i n g r e t r o f i t 中图分类号 X7 0 1 ． 3 文献标 志码 B 文章编 号 1 0 0 9 5 3 0 6 2 0 1 4 0 3 ～ 0 0 4 1 - 0 3 随着 电力建设 的高速增长及 国家对 s O。 等烟 气污染物排放要求的 日益严格 ， 石灰石一 石膏湿法烟 气脱硫 F GD 系统在我 国火电厂得到广泛应用， 为 控制 S O 排放、 防治酸 雨的污染 发挥了 巨大作用 ， 但因设备投入成本高、 电耗大、 设备故障多及维护成 本高等原因， 使得脱硫整体运行成本较高 。 本文针对 某火 电厂 5 、 6号机组 吸收塔系统除雾器故障率高、 浆液 p H计 、 密度计测量准确率低、 脱硫设施运行能 耗大 问题 ， 进行 故障分析及设备 优化改造 ， 改造后 F GD系统运行可靠性及经济性均得到很大提高 。 1 吸收塔 除雾器故 障分 析及优化改造 吸收塔除雾器是 F GD系统 中非常重要的装置 ， 除雾效率的高低和压降的大小直接影响到脱硫后烟 气 的“ 干净 ” 程 度 和 系统 的运 行 效 率 ， 其 性 能 直接 影 响到湿法烟气脱硫系统能否连续可靠运行。除雾器 严 重 故 障 时不 仅 会 造成 脱 硫 系 统 停 运 ， 而 且 势必 会 造成机组停运 按环保部门要求 已取消脱硫烟气旁 路 。为保 证除 雾器 正常 工作 ， 必须 对 除雾器 定期进 行 冲洗， 防止除雾器叶片结垢和堵塞而影 响其工作 效 果 。 1 ． 1 除雾器运行状况及 出现的故障 该火电厂 5 、 6号机组采用两炉一塔湿法脱硫工 艺， 除雾器选择屋脊型 ， 安装在吸收塔上部 ， 用 以分 离净烟气夹带的雾滴。除雾器出口烟气液滴质量浓 度不 大 于 7 5 mg ／ m。 。设 置 除雾 器 冲洗系统 ， 运行 时 根据给定或可变化的程序， 既可进行 自动冲洗， 也可 人工冲洗 。一炉一塔运行时除雾器压差应小于 8 O P a ， 两 炉一 塔运 行 时除雾 器压 差应 不超 过 1 8 5 P a 。 a ． 吸收塔 内部设有二级 除雾器三层 冲洗系统， 每层冲洗设有 5个电动冲洗水阀门， 三层共设置 1 5 个电动冲洗水 阀门， 分为 5组， 每组有 1 个手动分总 阀门， 控制 3 个冲洗水阀门。 由于设计时未考虑东北 冬季寒冷天气 的影响 ， 吸收塔为半封闭状态 ， 只对冲 洗水管路进行 了保温 ， 阀门及执行机构均裸露在外， 在冬季频繁出现除雾器冲洗系统故障。 在 2 0 0 9 年 7 月至 2 0 1 0年 7月共发生除雾器 冲洗水 阀门故障 5 0 收藕 日期 2 0 1 4 0 4 1 0 作者简 介 郝竹 筠 1 9 6 4 ， 女 ， 高级工程师 ， 从 事 电力科技信 息技 术工作 。 4 1 2 0 1 4年 6月 第 4 2卷 第 3 期 总第 2 3 2期 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r J u n ． 2 0 1 4 Vo1 ． 42 No ．3 Se r ． No． 2 32 余次 ， 2 0 0 9年 1 2月 由于天气寒冷 ， 还出现除雾器多 个阀门同时故 障得情况 ， 导致冲洗水 自动冲洗程序 无法 投入 运行 ， 只 能开启 手 动就地 冲洗 ， 期 间 除雾器 压差最高达 2 6 0 P a ， 严重威胁除雾器 的安全运行 。 b ． 5 、 6号机组吸收塔除雾器表面及内部都有严 重的结垢现象 ， 结垢面遍布整个除雾器， 特别是除雾 器表面结垢厚度达 l c m 以上， 除雾器冲洗水无法冲 洗 掉 ， 严 重影 响 了除雾 器 的正常 运行 。 烟气 带水 量增 加 ， 加重 下游设 备 酸性 腐蚀 ， 同时也加 重 了石 膏雨 。 C ． 当带 有一 定 温 度 的烟 气 通 过 吸 收塔 时 ， 会 有 大量的水分蒸发 ， 以水蒸气形式随着饱 和烟气经烟 囱 排 出 ， 还 有 一 部 分 水 分 随 石 膏 排 出 ， 另 外 还 有 F GD 系统 的废水 排 出 。 1 ． 2除雾器 堵塞 原 因分析 除雾 器 位 于 吸收 塔 顶 部 烟气 出 口处 ， 属 于“ 湿一 干 ” 交界 区 。由于吸 收塔浆 液 中含有 C a S 、 C a S O。 、 C a C O。 及 飞灰 中含 有 硅 、 铁 、 铝 等 物质 ， 这 些 物 质具 有较大的粘度， 当浆液碰撞到除雾器表面及塔壁时， 其 中的部分便会粘附于除雾器及塔壁而沉降下来 ； 同时， 由于烟气具有较高的温度 ， 加快沉积层水分的 蒸 发 ， 使沉 积层逐 渐 形成结 构 致密 ， 类似 于水 泥 的硬 垢 ， 影响除雾器可靠运行 ， 分析如下 。 a ． 除雾器 冲洗周期长 ， 石膏颗粒和烟尘不断附 着在除雾器表面， 导致结垢加重， 并经高温烟气冲刷 不断硬化 ， 直至形成厚实致密的硬垢 ， 此时冲洗已无 法 冲刷 掉垢 物 。 b ． 除雾 器 冲洗 水 压力不 够 。 C ． 除雾器 冲洗 水喷 嘴布置 不合 理 ， 存在 冲洗 死角 。 d ． 吸收塔浆液过饱和 ， 烟气含 固量增加 ， 烟气与 浆液接触后携带固体颗粒量大大增加 ， 与除雾器碰 撞后 部分 附着 在除 雾器 表面 ， 逐渐 形成 垢物 。 e ． 脱硫系统进 口烟尘含量远高于设计值 ， 大量 飞灰在除雾器表面沉积， 由于飞灰 中的金属氧化物 粘性 较强 ， 而 且飞 灰颗 粒细 小 ， 一 旦结 垢很 难去 除 。 1 ． 3 提 高 除雾器 运行 可靠 性 的措施 a ． 用彩钢板将 5 、 6号机组脱硫系统的吸收塔除 雾器冲洗水平 台封闭， 利用冲洗水平台的有限空间 对冲洗水阀门保温 ， 在吸收塔本体处扒开 2处保温 为保温房提供热源 ， 在保温房两侧装设保温 门帘防 寒 防冻 。 b ． 对 5 、 6号机组脱硫系统的吸收塔除雾器冲洗 水 阀门及 电动执行机构进行彻底检查， 更换损坏 的 执行机构和内漏的阀门， 确保程控冲洗系统正常 。 4 2 C ． 校验 除 雾 器压 力 表 ， 确 保监 测 除 雾 器 压 差 的 准确 性 。 d ． 检查除雾器冲洗水泵运行情况， 冲洗水压力 及流量满足除雾器冲洗要求。 e ． 停机检查除雾器冲洗情况 ， 要求冲洗全面。 2 p H计 、 密度计 故障分析及优化改造 吸 收塔 中浆 液 p H 值 是一 个 关键 的检 测 和控 制 参数 ， 影响 吸收塔 中吸收剂 的供 给量 和脱硫效率。 p H 计 作 为 湿 法 脱 硫 工 艺 控 制 流 程 中 重 要 测 量 工 具 ， 其测量的准确性直接影响整个脱硫系统安全、 经 济 运行 。脱 硫 系 统 石 灰石 、 石 膏 浆 液不 仅 含 有 氯离 子 ， 粘度大 ， 且极易结垢 ， 对 p H 电极冲刷 、 磨损也很 严重， 因此对 p H计质量及电极安全提出很高要求。 作 为 脱 硫 系统 2大 核 心 测 量 元 件 之 一 的密 度 计 ， 系 统运 行 对 浆液 密 度 值测 量 稳 定 性 、 连 续性 、 可 靠 性有 着极 高 的要求 。运 行 中需 通 过测量 吸 收塔 浆 液 密度 来 监 视 吸收 塔 内石 膏 浆 液 浓度 ， 一 旦 吸 收塔 石膏浆液质量浓度 过大， 长期超过 2 5 ％运行 ， 会造 成 吸 收塔 内部 结垢 ； 使设 备 磨 损 、 腐蚀 加 剧 ， 缩 短设 备使用寿命 ； 易造成除雾器、 烟气换热器堵塞 ； 石膏 系统工 作异 常 。 2 ． 1 存 在 的 问题 目前 F GD系统浆液 p H计和密度计基本布置 于石 膏 排 出泵 出 口管道 上 ， 用 以监 测 浆 液 p H 值 和 浆液 密度 。在 F G D 浆 液系 统 中 ， 每 个 p H 测 点 至少 装有 2套 p H计。 正常运行时， 一般取测量值的平均 值 ， 参与吸收塔石灰石浆液加料的闭环控制 。 由于吸 收塔石膏浆液 固体含量较高 ， 决定了其具有 高腐蚀 特性及高磨蚀性 ， 石膏排 出泵的性能特性决定了吸 收塔 p H 计 与密 度计 将不 可避 免 地 长期处 于 一个 高 压高 流速 的工 况下 。 如果 密 度计 显示不 准确 ， 特 别是 显示数值偏低时 ， 容易引起 由于实际液位偏高造成 的浆液倒灌等影响脱硫系统安全运行 的问题。密度 计显 示 不 准确 ， 还 容 易 造成 吸 收 塔 内浆 液 排 出难 以 控制， 特别是在显示密度偏低的情况下 ， 吸收塔 内实 际密度较高 ， 可能会造成浆液浓度过饱和度偏高 ， 出 现严重的结垢现象 。 2 ． 2 原 因分析 a ． 由于 p H计与密度计的布置方式与实时监测 的需要 ， 要求石膏排出泵必须连续运行 。 石膏排出泵 连续运行 ， 致使脱硫系统耗电率升高， 属不经济运行 方式。 当石膏排出泵停止运行时， 石膏浆液介质处于 2 0 1 4年 6月 第 4 2卷 第 3期 总 第 2 3 2 ’ 期 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r J u n． 2 0 1 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 3 S e r ． NO ． 2 3 2 停止状 态 ， p H 计与密度计 所监测结果就 失去 了准 确 性 。 b ． 石膏浆液在高压 、 高流速 的工况下具备 的高 磨 蚀 能 力将 对 安 装在 其 系统 中的 p H 计 电极及 密 度 计 过流内径表面造成极大的冲刷磨 蚀， 使 p H计与 密度计 的使用寿命 以及测量的可靠性 大大降低 ， 增 加了检修维护成本 。 C ． p H计与密度计冲洗 困难 。目前 ， p H计 和密 度计 的冲洗是在石膏排 出泵停止的工况下进行 ， 如 果燃煤硫分偏高加上机组负荷较高时 ， 就不能停止 石膏排 出泵 冲洗 ， 这就 为浆液 p H值及 密度 的测量 带来不可避免的误差 ， 同时也 为系统安全稳定运行 带来 了 巨大 隐患 。 2 ． 3 技 术改 造 p H 计 与 密 度 计 的改 造 方 案 相 同 ， 分 别 在 石 膏 排 出泵与浆液循环泵之间的塔壁处选取一点 开孔 ， 并 相应 制 作管 径 为 2 5 mm 的硬连 管 道 ， 开孔 的方式 采用水平 上倾 6 O 。 ， 以避免 浆液的 自沉积特性对 开 孔管道造成的堵塞影响。根据管道直径配装法兰连 接 的隔膜阀一个 ， 作为浆液 的隔断阀门使用 ， 法兰前 的防腐需与吸收塔内壁防腐一 同考虑 。在管道后各 加 装 一 个 防腐 材 质 的容 器 ， 供 p H 计 与 密度 计 安装 固定 ， 及 提供 测量 场所 之用 。 浆 液 经塔 壁开 孔处 管 道 由 于液 体 产生 的静 压 与大 气 之 间 的压 差 自流 至 p H 计及密度计测量容器之 中， 测量 过后 的浆液引入至 吸收塔 地 坑 ， 由吸收塔 地坑 泵 打人 吸 收塔返 回系统 。 p H计 与密 度计 的 电源 线与信号 线重 新设计 布线 方 案 。 在 p H计及密度计测量管路上直接安装专用冲 洗水 ， 能对 p H 电极及密度计 进行最直接有 效的冲 洗 ， 防止管路堵塞及 p H 电极结垢等原因造 成的测 量 误 差 。在 自动 冲洗 管路 上设 计 电磁 阀 ， 实 现 每 2 h 冲洗一次 ， 每次冲洗 2 mi n的远程 自动冲洗控制。 3 改造效果 除雾器冲洗水 阀门平 台保温后 ， 在 2 0 1 0年 1 2 月至 2 0 1 1年 1 2月共 发生 3次 冲洗水 阀 门故 障情 况 ， 而且 只需对阀门重新定位、 调整处理就可 以， 除 雾器 自动冲洗程序在整个冬季全部 自动运行 ， 除雾 器压差也控制在合理范围内。由于除雾器冲洗系统 运转正常 ， 减少阀门内漏 ， 杜绝吸收塔溢流 ， 为吸收 塔 的水平衡和液位控制奠定 了良好的基础 ， 提高了 脱硫设施运行的可靠性 。除雾器平均压差 由 2 0 4 P a 降低至 1 0 8 P a ， 除雾器安全稳定运行同时节能效果 明显 。 p H 计 与 密度 计 技术 改 造后 ， 减缓 了浆 液对 p H 计电极和密度计 的腐蚀、 磨损 ， 减少了更换 p H计电 极和密度计频率 ， 保证 p H值和浆液密度监测的连 续性 ， 提高了 p H值和浆液密度测量的准确性。 石膏 排出泵不必连续运行 ， 降低脱硫系统耗电率。 除雾器冲洗阀门平台未封闭前 ， 冬季运行时 ， 阀 门及执行机构经常损坏 ， 被迫更换 。 改造脱硫塔除雾 器冲洗系统 1 5 个阀门及执行机构前， 每年需更新约 5套， 每套价值约 5 万元 ， 共计造价 2 5万元。除雾器 冲洗系统改造后 ， 每年仅根据磨损程度更换 ， 以每套 系统使用寿命为 1 0年计算 ， 每年平均设备更换费用 7 ． 5万元 。改 造 冲洗平 台封 闭保 温费 用 为 1 O万元 ， 若将其计入当年费用中， 当年节省资金 7 ． 5 万元 ， 以 后 每年节 省 1 7 ． 5万元 。除 雾器 系统安 全稳定 运行 ， 减少 因脱硫系统停运而扣发 的脱硫电价。 p H计 和密度计改造后， 使监测数据准确可靠 ， 准确控制石灰石浆液的补给量和排出石膏的最佳浓 度值 ， 相应地降低了脱硫剂耗量。 改造前每年需更换 2支 p H计电极和 1支密度计 ， 造价约为 2 O万元。 系 统改造后 ， 更换频率为 p H计每 2年更换一支 ， 密度 计 3年更换 1 支 ， 更换费用为每年 4万元 。 石膏排出 泵每年可减少运行约 1 8 0 0 h ， 功率为 3 0 k w ， 厂用 电 0 ． 3 6 元／ k w h ， 则每年节约电费 1 ． 9 5万元 。 系统改造费用约为 1 0万元， 若将其计人 当年成本 ， 则 当年节 省 费 用 8万 元， 以后 每 年 节 省 费用 1 8 万 元 。 4 结束语 除雾器冲洗系统及 p H计 、 密度计系统改造后 ， 使 F GD系统故障发生率明显降低 ， 设备运行稳定 。 除雾器 的正常运行可有效地降低烟气含湿量 ， 减少 了石膏雨现象的发生 ； p H计和密度计的改造 ， 使其 运行工况大大改善 ， 监测数据准确可靠 ， 提高了对浆 液 p H值和密度的测量精度 ， 准确控制石灰石浆液 的补给量和排 出石膏的最佳浓度值 ， 相应降低 了脱 硫剂耗量 ， 另外 ， 石膏排 出泵不必连续运行 ， 经济效 益较 显著 。 编 辑韩桂春 4 3