重庆万州百万机组应用spc除尘器出现严重问题（学术论文） .pdf

1 神东万州百万机组一投运就出现严重脱硫 烟囱雨 须重视和深究神东万州百万机组一投运就出现严重脱硫 烟囱雨 须重视和深究 前言 前言 2015 年 2 月 9 日 神东重庆万州电厂 1 号 1000mw 机组完成了 168 小时试运行 然 而 一个很奇怪的现象是 该电厂一投运就出现了很多其他湿法脱硫装置在运行一段时间 后才因除雾器结垢 除雾效果下降而导致的脱硫 烟囱雨 问题 万州电厂的 烟囱雨 只要机组和脱硫一投运就出现 无论机组负荷高低 气温高低 从未停过 如图 1 2 3 所示 图 1 和图 2 拍摄时间相同 图 3 为 5 月 26 日的视频截图 图图1 烟囱附近未落 烟囱雨 地面烟囱附近未落 烟囱雨 地面 图图2 烟囱底落 烟囱雨 地面烟囱底落 烟囱雨 地面 图图3 烟囱雨烟囱雨 掉落在烟囱附近地面积水上所泛起的涟漪 脱硫 烟囱雨 含有重金属 掉落在烟囱附近地面积水上所泛起的涟漪 脱硫 烟囱雨 含有重金属 2 1 1 万州电厂排放严重脱硫 烟囱雨 意味着烟尘浓度排放超标的浅析 万州电厂排放严重脱硫 烟囱雨 意味着烟尘浓度排放超标的浅析 万州电厂 1 号机组配套采用某脱硫公司的湿法脱硫装置 原设计配有屋脊式除雾器 但为了满足烟尘小于 5mg nm3的超净排放要求 在建设中途突然改用 管束式除尘器 来 取代常规的屋脊式除雾器 因为 管束式除尘器 宣称宣称可以实现烟尘排放 30 进 5 出 30 进 5 出 即所谓只要进入脱硫塔的烟尘浓度小于 30mg nm3 就可以确保脱硫塔出口的烟尘浓度小 于 5mg nm3 暂且不论管束式除尘器对原烟气烟尘的去除效率有多高 单说管束式除尘器在湿法脱 硫塔内的作用首先是除去含有固体颗粒物的浆液雾滴 向上的烟气与向下喷淋的脱硫浆液 逆向接触后 见图 4 烟气将携带大量浆液经过除雾器 万州电厂为管束式除尘器 因 此 若除雾效果差 含有固体颗粒物的浆液将被烟气大量带出脱硫塔 与脱硫塔未能除去 的原烟气中的烟尘会被一同排放到大气中 1 2 造成烟尘排放超标 图 4 湿法脱硫的烟气与脱硫浆液逆向接触 图 4 湿法脱硫的烟气与脱硫浆液逆向接触 万州电厂 1 号机组一投运就出现如此严重的 烟囱雨 且能从 210 米高的烟囱口落到 地面 其烟气中携带的脱硫雾滴浓度显然超过 75mg m3的设计规范 3 hj t 179 2005 转 换成标况即超过了 88mg nm 该规范是为保证湿法脱硫除雾器性能制定的 因为湿法脱 硫后烟气携液量若超标 将排放过多的浆液雾滴 含固量为 15 20 抵消脱硫净化成 效 以及产生 烟囱雨 污染周边环境 且雾滴粒径大于 300 m 4 因此 即使湿法脱 除雾器除雾器 万州电厂为管束式除尘器 万州电厂为管束式除尘器 喷淋层 喷淋层 3 硫喷淋和管束式除尘器对进入脱硫塔的原烟气中 30mg nm3烟尘能有 100 的脱除效率 据 研究 湿法脱硫的脱除效率一般为 50 80 5 但实际上对烟尘细颗粒的除尘效率不足 20 烟囱出口所排放含固浆液的烟尘浓度也至少大于 13mg nm3 以浆液含固量 15 计算 6 甚至若管束式除尘器排放的脱硫浆液雾滴浓度超过 133mg nm3 则烟囱出口的烟尘浓度将 超过最新环保排放标准所规定的小于 20mg nm3的要求 采用管束式除尘器取代常规的屋脊式除雾器 是个别企业的市场行为 推出应用的时 间很短 未经过长时间的检验 最重要的浆液雾滴排放指标并未经过科学的检测和鉴定 在我国 普遍采用引进国外的屋脊式除雾器在各参数设计合理的情况下 其刚投运一 段时间内湿法脱硫烟囱是不会下脱硫 烟囱雨 的 而当除雾器运行一段时间后 往往因 维护不当 内部逐渐发生结垢 导致除雾效果下降 致使排放的雾滴浓度超出规范值 见 下表 1 最后演变成下起脱硫 烟囱雨 因一些脱硫 烟囱雨 含有大颗粒的石膏固体 颗粒物 掉落到地面后 会呈现石膏白点 故又被称为 石膏雨 表表 1 国内部分脱硫机组运行一段时间后净烟气中雾滴浓度的实测值国内部分脱硫机组运行一段时间后净烟气中雾滴浓度的实测值 7 机组容量 mw 脱硫工艺 雾滴测试结果 mg m 3 1000 石灰石 石膏湿法喷淋塔 128 1000 石灰石 石膏湿法喷淋塔 143 600 石灰石 石膏湿法喷淋塔 101 600 石灰石 石膏湿法喷淋塔 129 600 石灰石 石膏湿法喷淋塔 233 600 石灰石 石膏湿法喷淋塔 355 从管束式除尘器的内部结构分析 管束式除尘器内部有多个旋流板和文丘里 结构复 杂 结垢的风险一点也不亚于常规屋脊式除雾器 因此 今后管束式除尘器内部出现结垢 的可能性很大 不仅浆液雾滴排放将大幅增加 阻力也将大幅上升 实际上 类似于 管 式旋流除尘器 工作原理的旋流板湿法脱硫塔 因易结垢早已被淘汰 为了加快雾霾的解决 国家对烟尘排放的环保监管日益严格 越来越多的企业因为烟 尘排放超标而被停产整改 神东万州电厂是为了自我加压 实现脱硫后烟尘浓度小于 5mg nm3 才决定率先在百万超大型机组上采用未经长时间验证和科学鉴定的管束式除尘 器这一新产品的 如果适得其反 采用管束式除尘器管束式除尘器反而加大了浆液雾滴的排放浓度 导 致电厂刚投运烟气中烟尘浓度就超标 以及管束式除尘器结垢后造成脱硫阻力大幅上升 4 则意味着颠覆性的损失颠覆性的损失 2 2 万州电厂的 spc 3d 管束式除尘器易发生故障的结构分析 万州电厂的 spc 3d 管束式除尘器易发生故障的结构分析 万州电厂脱硫塔内部所谓的管束式除尘器 是将带有三级旋流片中间夹二个文丘里口 的 管式旋流机械除尘器 管高度约 2m 多 紧密地 束 在一起而形成的 因将众多的 单根管 束 在一起 故简称为 管束式除尘器 如下图 5 6 所示 图图5 管管 束束 组件组件 图图6 单根管式旋流机械除尘器单根管式旋流机械除尘器 5 图图7 最顶端第三级旋流片最顶端第三级旋流片 图图8 万州电厂管束式除尘器顶部万州电厂管束式除尘器顶部 管式旋流机械除尘器 的每根直径约 400mm 从上图 6 7 可以看出 内部设有三 层固定的旋流叶轮 每个叶轮有 18 个叶片 在叶轮的中心开有一个小孔 用于像 花洒 一样的冲洗水塑料软管通过 一台百万机组湿法脱硫塔 20 多米直径的横截面上一千多根 管式旋流除尘器 束在 一起所形成的管束式除尘器 如图 8 所示 要使每根管通过的气速相当 则塔横截面上 的气流均布的要求很高 不知万州电厂是否测试过塔横截面上的气流均布 图图9 另一电厂的另一电厂的spc 3d管束式除尘器冲洗软管插入第一级旋流片结构图 与万州电厂相同 管束式除尘器冲洗软管插入第一级旋流片结构图 与万州电厂相同 冲洗管冲洗管 管束式除尘器就位后管束式除尘器就位后 塑料冲洗软管塑料冲洗软管 底部第一级旋流片底部第一级旋流片 顶部第三级旋流片顶部第三级旋流片 6 图图10 管束式除尘器冲洗软管连接结构图 与万州电厂相同 管束式除尘器冲洗软管连接结构图 与万州电厂相同 如上图 9 10 所示 由于每根 管式旋流机械除尘器 对应一根塑料清洗软管 一千 多根 3m 多长的软管 密密麻麻 横七竖八地布在整个脱硫塔横截面上 存在很大的浆液 粘结 结垢的风险 对湿法脱硫的长期稳定 可靠运行带来很大的隐患 由于一千多根 管式旋流机械除尘器 同时清洗时 喷水量很大 对脱硫参数有影响 因此每一次清洗的范围不能太大 必须将一千多根冲洗管 分割成若干的清洗单元 这就 需要对应许多控制阀门 多阀门的可靠性将是一个很大的隐患 再者 众多的塑料清洗软 管及其塑料接头 能否在脱硫后高湿 高腐蚀烟气的冲击下 100 可靠工作 也将是一个 很大的问题 任何一根冲洗软管回路出故障 都将导致该 管式旋流除尘器 发生结垢 堵塞 进 而引起 多米诺骨牌 的连锁反应 导致其它 管式旋流除尘器 也逐渐发生结垢 堵塞 使得除雾滴的效果进一步下降 加剧 烟囱雨 问题 3 3 万州电厂烟囱出口脱硫烟气水分蒸发后仍拖着长长的蓝灰色 烟羽 肉眼观测可推断万州电厂烟囱出口脱硫烟气水分蒸发后仍拖着长长的蓝灰色 烟羽 肉眼观测可推断 烟气中含有远超 5mg nm烟气中含有远超 5mg nm 3 3 的固体细颗粒物 的固体细颗粒物 众所周知 对于 近零排放 的 50355 指标 其烟尘排放浓度为 5mg nm3 媲美 燃气标准 燃气机组烟尘排放标准为 5 mg nm3 燃气机组烟囱冬天烟气排放 在烟气水分 蒸发后 肉眼观测不到任何的烟迹 即没有 烟迹拖尾 因此 若湿法脱硫烟气中的固 7 体细颗粒浓度小于 5mg nm3 在烟囱 210m 以上的高空水分蒸发后 肉眼是观测不到任何 烟迹的 但万州电厂在晴天的情况下 其烟囱出口烟气水分蒸发后 仍可以看见非常明显 的长长蓝灰色拖尾 见图 11 因此可以推断烟气中的固体细颗粒物浓度远超过 5mg nm3 另外 有经验的人一定会注意到这样一个现象 即早期在没有安装湿法脱硫前 只要 电除尘器或布袋除尘器的出口颗粒物浓度小于 30mg nm3 烟囱出口肉眼是观测不到有颜 色的烟迹 因此 若从透明度 林格曼黑度 来类比 则万州电厂 1 号机烟囱排放的烟气 水分蒸发后所暴露出的肉眼清晰可见的长长蓝灰色拖尾 其所含的细颗粒物浓度应高于 30mg nm3 图图11 万州电厂烟囱湿法脱硫烟气水分蒸发后显现的长长蓝灰色 尾迹 万州电厂烟囱湿法脱硫烟气水分蒸发后显现的长长蓝灰色 尾迹 4 4 从烟囱烟气流速及 烟囱雨 的 ph 值 可推断万州电厂 烟囱雨 为脱硫浆液 从烟囱烟气流速及 烟囱雨 的 ph 值 可推断万州电厂 烟囱雨 为脱硫浆液 研究表明 3 烟囱雨 的产生有两个原因 一是 烟囱内烟气流速过高 不加 ggh 的湿法脱硫烟囱内壁面上大量冷凝水被高速 烟气气流卷带出烟囱 二是 由于脱硫除雾器除雾效果差 逃过除雾器的浆液雾滴被烟气携带出烟囱 1 万州电厂烟囱雨不是烟囱壁冷凝水的计算分析 一般烟囱结构设计都会注意避免烟气流速过高的问题 以免发生 烟囱雨 因此不 同结构烟囱的烟气流速都有规定 如表 2 所示 美国电力研究院提出了烟囱筒内烟气流速 限制值 8 表表2 不同类型烟囱通烟筒流速推荐表不同类型烟囱通烟筒流速推荐表 材料材料 烟气流速 烟气流速 m s 耐酸砖 砖砌结构的径向允许误差为 3mm 13 17 硼硅酸玻璃砖 15 18 玻璃钢 15 18 合金 钛或不锈钢 18 22 涂料 18 22 图图12 2015年年5月月26日万州电厂日万州电厂1 机组脱硫装置机组脱硫装置dcs截图截图 对于万州电厂而言 2015 年 5 月 26 日其 1 机组的负荷为 576 45mw 工况烟气量为 2886311m3 h 见图 12 其烟囱筒内材质为钛钢板 结构为直筒式 内径 8m 由此可算 出烟囱内部的烟气流速为 15 95m s 低于钛管烟囱烟气卷带冷凝水的临界流速 2 万州电厂烟囱底部周边 烟囱雨 为脱硫浆液的 ph 值推断 众所周知 烟囱内壁烟气冷凝水的 ph 值约为 7 但中性万州电厂烟囱底部周边的 烟 囱雨 的 ph 值为 5 6 与脱硫浆液的 ph 值基本吻合 见图 13 和图 14 所示 9 图图13 烟囱雨烟囱雨 ph值测试结果 值测试结果 ph值值5 6 图图14 脱硫浆液池脱硫浆液池ph值显示值显示 因此 从烟囱烟气流速和 烟囱雨 ph 值等两个方面 可以推断万州电厂 1 号机组的 烟囱雨 不是烟囱内壁面上的冷凝水 而是由于新型的管束式除尘器除雾效果差 大量 的脱硫雾滴被烟气携带出烟囱而形成的 5 5 万州电厂目前的烟尘仪测量值不准确 万州电厂目前的烟尘仪测量值不准确 万州电厂目前所使用的烟尘仪是英国动光的 dsl 系列烟尘仪 其测量原理为原位式光 透射法 这种测量方法是通过测量颗粒物的消光性而得到最终烟尘浓度 即烟尘仪发射和 接收端对穿烟道安装 通过测定光线通过烟气前后的光强比值来定量烟尘浓度 在不加 ggh 的湿烟气工况下 采用光学原理的烟尘仪光学系统镜面会被结露的小水滴所覆盖 结 露的水滴会反射和散射光 导致极大的测量误差 另外 光在传输过程中 还易把液滴作为颗粒物进行测量 测量值往往高于实际烟尘 浓度 因此在湿烟气工况下 用原位式光学测量方法 无法扣除镜面结露背景值的干扰 又易把液滴作为颗粒物测量 是无法做到准确的烟尘浓度测量的 万州电厂湿法脱硫并没有设置 ggh 湿法脱硫后的烟气温度只有 45 从严重脱硫 烟囱雨 可以证明 湿法塔排出的烟气中含有大量的雾滴 但 1 号机的 dcs 画面显示其 烟尘浓度仅为 6 95mg nm3 因此可以判断 dcs 画面上的排放烟尘数据被人为修正过 如上所述 从肉眼清晰可见的万州电厂 1 号机烟囱烟气长长 蓝灰色拖尾 也可以推 断其排放烟尘浓度远大于 6 95mg nm3 万州电厂 1 号机采用的英国动光 dsl 系列烟尘仪不适应未加 ggh 的湿烟气工况 测 量值不准确的这一事实 还可从万州电厂已经决定更换烟尘仪得到进一步的证明 6 6 为什么环保部门对万州 1 号机的监测数据与严重脱硫 烟囱雨 所暴露的现象不一致 为什么环保部门对万州 1 号机的监测数据与严重脱硫 烟囱雨 所暴露的现象不一致 10 对于这一点 需要对环保部门将监测时的各种数据进行比对分析才能判断 环保监管部门应重视对万州电厂烟囱排气在晴天时所暴露出的蓝灰色尾迹进行分 析 因为这些水分蒸发后仍存在的蓝灰色烟气尾迹 只能是细颗粒 这一点对促进雾霾的 加快解决非常重要 7 7 万州电厂目前排放的酸性脱硫 烟囱雨 为什么落到地面却未发现明显白点石膏 万州电厂目前排放的酸性脱硫 烟囱雨 为什么落到地面却未发现明显白点石膏 同样是脱硫 烟囱雨 一些掉落到地面后 会呈现明显的石膏白点 一些却没有 其原因何在 一些电厂湿法脱硫装置的除雾器在运行一段时间后 因维护不当出现局部堵塞 结垢 阻力增大 烟气分布不均 烟速大幅增加 导致除雾效果严重下降 烟气携带脱硫浆液能 力大幅提升 带出大量的石膏浆液 最终超大颗粒的石膏浆液直接掉落在烟囱周边 形成 明显的石膏白点 故也被称为 石膏雨 8 湿法脱硫出现 石膏雨 的大小 与机组的负荷 烟气经脱硫后的烟温 吸收塔液位 高度 石灰石浆液的浓度 浆液 ph 值 以及除雾器结垢程度等有关 万州电厂 1 号机组的 烟囱雨 落到地面却未发现明显的白色石膏 主要是因为万州 电厂 1 号机组刚投运不久 湿法脱硫塔内部还没有结垢 虽然目前烟气经 管束式除尘器 后的携液量大 但浆液的粒径较小 所含的固体颗粒物细小 落在地面上感觉不明显 如图 11 万州电厂 210m 烟囱出口的烟气经约 100m 左右的水分蒸发高度后 烟气露 出了长长的蓝灰色尾迹 可以印证烟气中所含有的固体颗粒物粒径较小 因为只有细颗粒 才能悬浮飘得又高又远 随着脱硫装置投运时间的延长 设备老化 脱硫塔内部以及管束式除尘器结垢 堵塞 加剧 万州电厂脱硫 烟囱雨 问题必将更加严重 届时掉落地面的脱硫 烟囱雨 应可 以看到明显的石膏浆液痕迹 结束语 立即检测管束式除尘器出口的脱硫雾滴浓度并分析其成分是当务之急 结束语 立即检测管束式除尘器出口的脱硫雾滴浓度并分析其成分是当务之急 从万州电厂一投运就出现持续的严重脱硫 烟囱雨 以及晴天下长长的蓝灰色烟气 尾 迹 等情况推断 湿法脱硫塔排出的脱硫雾滴浓度甚至可能已超过数百 mg nm3 如果情 况属实 那么对应烟囱出口烟气中的烟尘浓度则可达 50mg nm3 严重超标 若推断正确 那么在当前环保监管日益严格成为新常态的大背景下 万州电厂一投运 就持续出现的严重脱硫 烟囱雨 问题得不到迅速解决 将直接影响到万州电厂的生存 从产生 烟囱雨 的两个条件分析 万州电厂的烟囱设计流速没有问题 那么问题就 11 一定出在万州电厂的湿法脱硫采用了宣称可以实现 30 进 5 出 30 进 5 出 的新产品 管束式除 尘器 取代通用的屋脊式除雾器上 因为这是万州电厂的湿法脱硫与其他厂最显著的区别 厂家承诺管束式除尘器的雾滴排放指标低于 35mg nm3 按理是不会出现 烟囱雨 问题的 因此 万州电厂严重脱硫 烟囱雨 问题 一定出在管束式除尘器的浆液雾滴排 放远超出规范值上 为此 立即测量万州电厂管束式除尘器出口的雾滴浓度并分析雾滴成立即测量万州电厂管束式除尘器出口的雾滴浓度并分析雾滴成 分是当务之急 分是当务之急 另外 国务院最新颁布的 水十条 强调 重点打击倾倒含有毒有害污染物的废水 众所周知 脱硫废水含有重金属 对环境的危害很大 万州电厂排放严重的脱硫 烟囱雨 相当于直接排放未经净化的脱硫废水 这是严重脱硫 烟囱雨 所导致的另一威胁万州电 厂生存的排污超标问题 因此 深究神东万州百万机组 1 号机一投运就出现严重脱硫 烟囱雨 的原因 并迅 速予以解决是神东万州电厂当前的一项重中之