(大唐韩城第二发电有限责任公司 陕西韩城 715400)
摘要：氧化空气管的折断是火电厂普遍存在的难题，为解决3号脱硫预洗塔喷枪式氧化空气管道断裂问题，从氧化空气管的固定方式进行全面分析，提出改造措施。改造结果表明：脱硫氧化空气管道运行的稳定性、安全性及使用寿命均得到了大幅提高，取得了良好的效果。
关键词： 脱硫；预洗塔；氧化空气管
1前言
该文主要针对某厂二期工程2×600MW机组，锅炉是由东方锅炉厂有限责任公司设计生产的自然循环汽包炉，型号为DG2070/17.5-Ⅱ5，设计最大连续蒸发量为2070t/h，热效率92.8%。为亚临界、单炉膛、前后墙对冲燃烧方式、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、尾部双烟道、全钢悬吊P型结构、半封闭布置的自然循环锅炉，每台机组各配完整的一套石灰石-湿法烟气脱硫。3号脱硫预洗塔在2012年投运后多次发生除雾器堵塞差压升高机组带不满负荷，2015年3月和8月，一年内两次停机检查均发现预洗塔内氧化空气管道断裂，8月停运后检查发现塔内氧化空气管断裂，除雾器表面挂浆结垢严重，除雾器全部散架坍塌，部分断裂氧化空气管掉入底部浆池。以前每次检修均没有认识道氧化空气管道不完整的危害性，而且检修周期较短且1.4529合金材料未提前准备，还是将氧化空气管安照原设计恢复到原状，重新投入使用。后陆续经过几次机组调停，开塔检查发现，均出现类似断裂掉落的情况，如果继续按此方法处理，将得到的后果是一样，不能彻底解决问题，将严重影响脱硫设备的安全运行。氧化空气管是湿法FGD氧化系统中的关键设备，其运行状态决定了石灰石利用率、石膏纯度降低及FGD效率,因此，必须保证氧化空气管的完整性。图1、2、3给出了现场检查情况。
图3 除雾器散架坍塌
2原因分析
根据现场的检查情况，发现除雾器表面为大量结晶体，经过分析为亚硫酸盐，该物质连接性强，非常易结垢，且不易脱离，亚硫酸盐越接越厚，最终造成除雾器散架。氧化空气系统是石灰石-石膏湿法烟气脱硫核心二氧化硫吸收系统中重要的子系统之一，向预洗塔充入足够的氧化空气的目的是强制反应进程，强制氧化的化学方程式是：2Ca2++2HSO3-+O2—2CaSO4+2H+，吸收SO2后的循环浆液，落入吸收塔下部的浆液池中，在浆液池送入氧化空气，对吸收SO2后的浆液进行强制氧化，使在吸收过程中生成的Ca(HSO3)2氧化成H2SO4和CaSO4•2H2O，H2SO4与浆液中的CaCO3进行中和反应生成CaSO42H2O放出CO2，当氧化空气管部分损坏后，氧化空气分布不均，CaSO4•2H2O的石膏结晶将受到极大的限制，将会使亚硫酸钙浓度过高，抑制了CaCO3的溶解，造成SO2脱除率下降，pH值难以控制、导致脱硫效果较差；石膏脱水困难，即便脱出石膏纯度也相对较差。氧化空气系统氧化工艺的正确选取和设计与否,将直接影响到整个脱硫系统的投资成本以及脱硫性能，因此优化预洗塔氧化装置和保证氧化空气管道的完整性显得尤为重要。氧化空气注入的方法选择对电厂投资和石灰石-石膏湿法FGD 系统运行影响巨大。在石灰石-石膏湿法FGD 工艺中氧化空气的注入较常采用的氧化空气喷射式方法中，为分散氧化空气，氧化空气管距离吸收塔搅拌器叶片较近，浆液池中的搅拌器运行时产生涡流扰动而产生氧化空气管振动，当氧化空气管固定螺栓未拧紧, 氧化空气管锈蚀、断裂,氧化空气管固定不牢固，螺母未用树脂封死,螺栓长期与浆液接触引起腐蚀断裂等,造成氧化空气管道固定不牢固,管道在长期振动状态下运行引起氧化空气管断裂。氧化空气管的断裂将降低吸收塔浆液池中的亚硫酸钙的氧化效率,使浆液中可溶性亚硫酸盐的浓度增大，加剧吸收塔内壁结垢；同时导致石灰石利用率下降, FGD效率下降，亚硫酸盐在除雾器表面越接越厚，最终造成除雾器散架。
3改造方案
氧化空气管在使用时，浆液池中的搅拌器运行涡流扰动而产生氧化空气管振动，在长期振动状态下会引起氧化空气管断裂。氧化空气管振动时，氧化空气管竖直部的下部震动幅度大，振幅由下向上逐渐减小，氧化空气管竖直部靠近氧化空气管弯折部在震动时产生应力集中，容易在此处发生氧化空气管的断裂，即在此位置加装加固件，增强此处承受应力的强度，可以减少断裂情况的发生，有效解决氧化空气管受到震动发生断裂的情况。连接部设为按空气管道弯折部120度均布的3个依次铰接的连杆，可以增加连接部的活动性，即允许氧化空气管与加固件连接处的震动幅度及强度不同，且加固件对氧化空气管的震动不产生影响，减少氧化空气管断裂情况的发生。氧化空气管产生应力集中发生断裂的位置与氧化空气管直径及受力有关，加固件的长度在此范围内，可以覆盖氧化空气管容易发生断裂的部分。加固件的长度太长，增加固定装置的成本，太短则不能够完全覆盖氧化空气管应力集中位置，达不到预防氧化空气管断裂的作用。
氧化空气管轴向均布设有三组加固件，该装置使用合金1.4529材料可现场制作安装。设有三组加固件，可以增加对氧化空气管的加固强度，减少氧化空气管发生断裂的几率。
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图4是氧化空气管道固定装置结构示意图
其中，1-氧化空气管，11-氧化空气管上部，12-氧化空气管弯折部，13-氧化空气管竖直部，21-第一抱箍，22-第二抱箍，23-加固件，230-连杆，231-第一安装部，232-第二安装部，233-连接部，31-第一支撑杆，32-第二支撑杆，33-第三支撑杆，4-预洗塔侧壁。
4改造后效果简介
3号脱硫预洗塔2015年8月利用这种固定装置固定氧化空气管后，运行至今已一年四个月未发生过氧化空气管断裂和除雾器散架坍塌事故，下图为2017年1月停机检查除雾器情况，表面清洁、无挂浆，下图为现场检查情况。
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图5 氧化空气管固定方式改造后长时间运行除雾器检查情况
5经济效益分析：
3号脱硫预洗塔喷枪式氧化空气管固定装置改造后的在机组运行后2年的时间内未发生过除雾器堵塞差压升高，氧化空气管断裂、除雾器散架、坍塌等缺陷，从根本上解决了氧化空气管道断裂的难题，应用效果十分良好。2015年8月3号脱硫预洗塔除雾器模块坍塌后受损情况清单见下表。
备品费用合计：415114元
更换一次除雾器备品费用41.5万元，人工费用15.5万元，按每年一次停机更换，每年减少直径经济损失57万元。
损失电量计算：因氧化空气管折断导致除雾器坍塌引起的机组非计划停运，更换除雾器停机处理时间为10天，600MW机组负荷率按70%估算，损失电量10080万度。
每年共直接产生经济效益57万元/年，避免损失电量10080万度。
社会效益分析：使用这种氧化空气管固定装置保证了脱硫系统的正常运行，改善了大气环境，避免了除雾器堵塞差压升高机组带不满负荷，避免了除雾器坍塌散架引起的机组非计划停运，社会效益十分明显。
6结 论
综上所述，氧化空气管道固定装置经过这种方式改造，经过工程实例的验证能有效解决氧化空气管道的断裂的难题，脱硫氧化空气管道运行的稳定性、安全性及使用寿命均得到了大幅提高，经济效益非常明显。该装置设计新颖，结构简单，造价低，可在现场制作安装，具有广泛的实用性，是一种简单可行的改造方案。
作者简介：
高皓（1987-），男，陕西西安人，大学本科，工程师，大唐韩城第二发电有限责任公司，主要从事火电厂环保设备管理工作。