徐平

(江苏华电句容发电有限公司，江苏 镇江 212300)

0 引言

当前,中国经济已进入结构调整状态，“十三五”规划、“供给侧改革”也不断进入后期阶段,国内能源领域因此产生了较大的变化。据推测,2020年前中国能源消费总量和能源消费结构显示，在基准情境下,预计能源消费总量增长将逐渐放缓,局部地区可能出现降低。国内燃煤机组都参与调峰,长时间低负荷运行。

目前，国内燃煤火电机组大多设置石灰石湿法脱硫系统，发电机组在高负荷状态运行时，排放烟气指标绝大多数满足脱硫系统的设计参数，脱硫系统容易保持正常运行，但发电机组在低负荷状态运行时，排放烟气中一些指标会超出脱硫系统的设计参数，发电机组长时间在低负荷状态运行，脱硫系统会发生一系列异常情况，它们不但给脱硫系统运行造成许多不利的影响，还会直接威胁发电机组的安全稳定运行。

1 石灰石湿法脱硫低负荷运行故障原因

2015年以来，我国能源需求总量增长降幅较大,局部地区发电机组出现大面积停机待运状态，许多区域电网负荷需求低，运行中的燃煤火力发电机组长期参与调峰运行，脱硫系统机组低负荷运行时，因锅炉需要投油助燃、电除尘停运等操作，进入脱硫系统的烟气中燃油成分、灰分、有机物超标，造成吸收塔内浆液起泡、溢流、浆液中毒、除雾器和烟气热交换器(GGH)堵塞、增压风机(合并风机)失速与喘振等故障。

1.1 吸收塔浆液液泡聚集成因及应对

吸收塔浆液的液泡，是由浆液表面作用而生成，是气体在浆液中的分散体系。吸收塔内的烟气因托盘持液层和吸收塔喷淋层的浆液不断连续分割、撞击，产生大小不一的液泡，当液泡表面张力较大时，泡沫的体积较大，反之，当液泡表面张力较小时，泡沫的体积也较小。液泡表面张力较小的液泡易破裂，难以持久保持存在。液泡表面张力较大的液泡则状态稳定，不易破灭。所以，在浆液中生成的不易破裂的气泡上升到浆液表面，不断聚集，就形成了液泡层。显然，吸收塔内浆液产生稳定的液泡，需同时满足3个条件，即烟气与浆液连续不断地接触、烟气与浆液的密度相差超过一定值、浆液张力较小的液体。

脱硫烟气系统运行时，吸收塔浆液因吸收塔循环浆液泵将浆液连续的提升，经喷嘴雾化喷出后与对流烟气形成充分接触，氧化空气进入吸收塔浆液经搅拌器(或脉冲悬浮泵)搅拌使气体与液体连续又充分地接触，这2个方面的原因是泡沫产生的首要条件。吸收塔浆液因发电机组长时间低负荷运行，浆液中燃油成分、灰分、有机物超标，SO2在与吸收塔内浆液反应条件恶化，SO2反应吸收速度变缓，进而导致吸收塔浆液排出和脱水时间延长。为了保证脱硫效率，运行人员又不能停止注入石灰石浆液，造成吸收塔内浆液密度不断上升，气体与液体的密度相差增大，最终形成了泡沫产生的第2个条件。当吸收塔浆液密度的上升，浆液表面张力减小时，浆液具备了吸收塔浆液容易起泡的第3个条件。当吸收塔浆液不易破裂的液泡不断产生，并在吸收塔内浆液表面聚集,这就是吸收塔浆液液面气泡层厚度逐渐增长的原因。发电机组在长时间低负荷状态运行时，要完全消除石灰石湿法脱硫吸收塔内浆液的气泡聚集是很难做到的，但可以将液泡层厚度聚集控制在一定的范围内，一般采取以下方法。降低对吸收塔内浆液的扰动，使吸收塔内产生的泡沫内在动能降低。运行中一般采用减少吸收塔喷淋层的投运层数，减少氧化空气或降低脉冲悬浮泵的出口流量，控制氧化空气的注入量等手段，降低吸收塔内浆液的密度，使浆液表面张力增大，降低产生液泡的生成条件。

1.2 吸收塔浆液溢流原因及其应对方法

石灰石湿法脱硫SO2吸收反应主要发生在吸收塔内，吸收塔液位通常是在分布式控制系统(DCS)显示，其显示数值是通过与吸收塔浆液池相连通的压力变送器测得的差压与吸收塔内浆液密度的换算值。当吸收塔内浆液不断产生气泡及液泡聚集后，导致DCS控制系统显示的液位数值并不真实，由于泡沫层引起的“虚假液位”实际高于显示液位，会发生吸收塔浆液溢流管因液泡溢流产生虹吸现象，使大量吸收塔浆液排出塔外。因此，当吸收塔浆液液泡聚集高度不断上升时，因DCS控制系统液位显示失真，又不能及时采取相应的辅助手段进行监控，导致吸收塔浆液溢流事故的发生。

为了有效防止吸收塔浆液溢流，首先要准确判断出吸收塔的液位高度，将液位降低至吸收塔塔壁与溢流管连接部(当烟气和液泡排出时)，通过现场观察和DCS此时显示的液位，可大致推断出吸收塔内液泡厚度。其次，降低吸收塔内浆液密度，降低浆液产生液泡生成速度。如情况紧急，必要时注入消泡剂，控制塔内液泡厚度。

1.3 吸收塔浆液中毒成因及应对方法

“浆液中毒”多由氟化铝和亚硫酸盐2个因素引发。进入吸收塔烟气中的飞灰、石灰石粉及工艺水中的AlF3与浆液进行混合反应后，生成的氟化铝化合物将附着在石灰石颗粒表面，使石灰石粉细小颗粒的溶解度降低，烟气中SO2吸收速度下降，最终导致浆液pH值调节力下降，脱硫效率降低。这就是运行中因AlF3导致的“浆液中毒”现象。

亚硫酸盐引起的“浆液中毒”现象，是因为石灰石浆液与烟气中的SO2反应生成CaSO3，再与氧化风机吹入空气中的O2进行氧化反应，生成CaSO4·2H2O和CaSO4·1/2H2O，这些反应生成物的溶解度，随着吸收塔浆液pH值的升高而下降，浆液中CaSO3的氧化反应变慢，石膏脱水系统将出现石膏脱水皮带机运行中真空度增加、脱水石膏中含水率增加、旋流站溢流浆液密度增加。

1.4 除雾器和GGH堵塞及应对方法

吸收塔内浆液液面和托盘持液层液面产生液泡聚集后，液泡会随着吸收塔内烟气运动的方向移动，先后经过除雾器和GGH,导致除雾器除雾元件和GGH的换热元件颗粒吸附力增大，单位时间的固体累积量增加，且此凝结固体因液泡中的有机物成分加入，造成冲洗、吹扫难度的上升。如果在此情况下，依然按照正常运行时设定的运行模式运行，必然会导致除雾器除雾元件、GGH换热元件的区域化的堵塞和通流面积的下降，除雾效率和换热效率因元件表面结垢和烟气流速的超标而降低。随着堵塞区域不断扩大，烟气在脱硫系统的运行阻力也随之不断增加，最终可导致增压风机(合并风机)发生失速和喘振故障。

除雾器和GGH堵塞后，会对脱硫系统出口的烟气排放数值(含尘量)带来较大的负面影响，并对发电机组的安全运行造成极大的隐患。运行中一旦发现除雾器和GGH进出口压差增量增大，必须将吹扫由自动模式转换成手动模式，缩短吹扫间隔时间，延长吹扫时间。这种应对方法会造成脱硫系统水平衡的破坏，需同步减少吸收塔系统其他进水点的注入量。

1.5 增压风机的失速与喘振

增压风机(合并风机)处于正常运行工况时，烟气流动方向与风机叶片叶弦切线形成的夹角，术语中称为冲角。当风机出口烟气流过的系统阻力变化时(机组负荷的变化、吸收塔喷淋层投运数量变化、除雾器和GGH堵塞面积增加等)，需调整冲角以保持风机出口的风压，正常情况下这些调整是在自动控制模式下进行。当冲角加大，而风机出口风压无变化，这就是风机运行中的“失速”现象。失速现象越严重，流体的流动阻力越大，自动控制调整使叶片冲角加大，冲角超过临界点后，风机出口风压将随之降低。

由于制造和安装精度误差，风机轮毂上的每只叶片形状和安装角都存在允许范围内的偏差，每只叶片的冲角达到临界值的时间也不同，所以风机轮毂上的叶片不会同时发生失速现象。当一只风机叶片失速，造成此叶片周围气流受阻、叶道堵塞，通过的烟气流量减少，迫使烟气进入该叶片两侧通道进行分流 ，其相邻的叶片因烟气流量的增加而引发失速现象。这种失速现象沿着与叶轮旋转相反的方向渐次出现，即产生俗称的“旋转失速”现象。

此时风机的运行进入到非正常状态，风机轮毂周围将产生旋转失速区。叶片每经过一次失速区就会因运转工况的变化，导致叶片产生共振，严重时会造成叶片断裂，发生严重设备安全事故。

当脱硫系统中烟气压力大于风机出口风压时，脱硫烟气系统中的烟气将反向倒流，造成风机失速。经过烟气倒流使风机轮毂前后压差平衡后，烟气又在风机轮毂叶片的推动下做正向流动，风机又恢复正常工作。当风机出口烟气系统的烟气压力超过风机出口风压时，再次出现烟气倒流。这种情况重复循环发生，会使风机因脱硫烟气系统的压力产生周期性振荡现象,继而造成风机“喘振现象”的发生。

增压风机(合并风机)发生失速或喘振现象后，必须及时判断其故障类别，采取如下相应的处理措施。

当风机处于自动运行操作模式，风机叶片冲角加大时，出现风机出口压力回落、运行电流减小、轴承箱振动幅度加大等现象，可以判定此时风机已处在失速状态中。运行人员需尽快将风机运行模式由自动控制切换到手动控制，缓慢调低风机的动叶或风机进出口挡板开度，使风机运行恢复至正常状态，并记录发生失速时风机动叶或挡板门的开度，通知其他运行班组人员在运行过程中避开记录叶片或挡板门开度的区域，防止风机失速状况的产生。

经常性地发生失速或共振现象，要尽快采取停机检修措施，消除或降低脱硫烟气系统阻力，如清除吸收塔进口干湿界面、除雾器、GGH的堵塞等。

2 机组低负荷运行下脱硫系统的对策

上文已将发电机组长期在低负荷运行状态时，由于石灰石湿法脱硫烟气系统吸收塔浆液产生液泡引发的异常情况及处置方法分别进行了阐述，但在多数实际运行中是会同时出现几种异常现象，所以需要多种手段同时进行操作。下面将具体对策归纳如下。

(1)机组在低负荷状态运行时，单位时间进入吸收塔的烟气含硫总量比脱硫系统在设计工况时含硫总量低，同时运行中有意识的选用低硫煤进行燃烧，可采取停运部分浆液循环泵、减少氧化空气吹入吸收塔浆液池的风量、减少脉冲悬浮泵出口进入吸收塔浆液悬浮系统管网浆液压头等手段，减弱外界对吸收塔浆液的扰动因素，达到控制吸收塔浆液液泡生成的数量。

(2)锅炉在机组低负荷状态运行时，根据燃煤挥发份的大小，锅炉时常需要进行投油助燃、电除尘时常停运操作，因此进入吸收塔的烟气中的粉尘、有机物和未完全燃烧的油污量大幅上升，为吸收塔内浆液池液泡层短时间爆发性增长创造了必备的条件。为防止这一事态的发生，许多发电厂都备用了脱硫专用消泡剂(聚醚改性有机硅)，必要时将其向吸收塔连续或定时注入，利用化学方法达到抑制液泡层厚度的目的。

(3)当发电机组长时间处于低负荷状态下运行时，必然会导致吸收塔浆液中毒情况的发生，这时就需要采取对吸收塔内浆液进行置换、抛弃的手段加以应对。浆液置换量不大时，可将吸收塔部分浆液排放至事故罐，由事故罐暂时储存，补充新鲜的石灰石浆液或水，待系统恢复正常后再逐步储存在事故浆罐的浆液逐渐返回吸收塔进行消化。浆液置换量较大时，可进行抛浆处理，将抛弃的浆液输送至专业处理机构进行处理。

(4)用一些NaOH或石灰(CaO)、脱硫添加剂，在脱硫率低时通过地坑加入吸收塔，在短时间内保证脱硫率，减缓浆液出现的中毒现象。

(5)吸收塔内浆液采取“低液位”、“低pH值”、“低密度”的方式运行。液位控制在吸收塔溢流口即将有烟气喷出时的高度，pH值控制在4.5～5.0区间，吸收塔内浆液密度控制在小于1 100～1 120 kg/m3区间。

3 结束语

本文列举了目前国内燃煤石灰石湿法脱硫烟气系统在发电机组低负荷运行状态时易发故障，论述了故障产生的原因和运行中出现的现象，提出了有针对性的应对操作方法，期望能对机组在低负荷状态时脱硫系统的安全稳定运行提供帮助和借鉴。