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影响石膏旋流器运行因素分析 张敬辉 1, 2 ( 1. 华北电力大学 ,北京 102206;2. 三河发电有限责任公司, 河北 廊坊 065201) 摘 要 阐述了石膏旋流器分离、浓缩的原理, 分析了影响 石膏旋流器工作的运行因素, 结合电厂实践提出了优化石膏 旋流器运行的措施 关键词 石膏旋流器 入口压力 浆液密度 颗粒分布 1 前言 随着环保政策力度的加强, 火电厂节能减排意 义愈发重大 ,而脱硫装置更成为必需设备 据统计 , 具备脱硫功能的机组中约有 70% 采用石灰石 - 石膏 湿法脱硫工艺它是利用烟气中的二氧化硫与石灰 石浆液反应生成石膏, 达到一定浓度的石膏浆液再 由泵排出,并经旋流器分离 、浓缩和真空皮带除水后 形成副产品 — — —固体石膏 目前火电厂的脱硫石膏 很大部分存在含水量超标的问题, 其中一个重要原 因就是石膏旋流器工作效率低 , 浓缩程度不够 为 保证石膏脱水系统的正常运行, 获得合格的产品 ,有 必要对石膏旋流器的工作状况进行优化 2 石膏旋流器概况 石膏旋流器属于固 - 液两相分离器, 它的作用 是当浆液在旋流子内做高速旋转运动, 分离出密度 较大的浓石膏浆液和密度较小的滤液水。
其工作原 理是基于离心沉降作用, 当待分离的浆液以一定压 力从旋流器上部周边切向进入器内后, 产生强烈的 旋转运动, 由于石膏和水存在密度差 , 所受的离心 力 、 向心浮力和流体曳力的大小不同, 受离心力沉降 作用, 大部分石膏经旋流器底流口排出 ,而大部分水 则由溢流口排出 ,从而达到分离 、 浓缩的作用由于 单个旋流器的出力有限, 电站通常采用由多个旋流 子组成的组合旋流器装置 由于当前国内对水力旋流器的研究比较落后 , 没有专门针对电厂 F G D而设计的石膏旋流器 , 造成 电厂石膏旋流器效率低如何保证石膏旋流器的高 效 、 稳定运行 ,对电厂脱硫系统非常重要在现有设 备条件下,比较有效的方法是通过调节工作参数 、 改 善运行工况 ,来实现石膏脱水系统的高效率运转 3 影响石膏旋流器工作效率的因素 通过对水力旋流器的研究 , S c h u b e r t 和 N e e s s e 提出了学术界比较认可的两相湍流分离尺寸计算 式 : d 50= 8. 5× 10 4 D l g [ 0. 91( d 0/du) 3 ] ( ρ d- ρc) ( 1 - Ki) 3 P i ( 1) 式中 d 50— — —分离尺寸, u m ; D — — —旋流器直径 , m ; d 0、du— — —溢流口与底流口直径 , m ; ρ d、ρc— — —固相与液相密度 , k g /m 3 ; Ki— — —进口料液体积浓度, m 3 /m 3 ; P i— — —进口压力 , p a 。
公式的意义表示旋流器中粒径大于 d 50的颗粒 可以被分离出来 ,通过底流口排出, 为了提高旋流器 的效率应该尽量减小 d 50的尺寸对于电厂实际运 行情况 ,旋流器选定后, 运行中可控的因素是 Ki和 Pi,现分析其对旋流器工作的影响 3. 1 入口浆液密度 旋流器入口的浆液密度表征了 Ki的变化, 密度 越大 Ki愈大 ; 密度越小 Ki愈小 由式 ( 1) 可见, d 50 与 ( 1 - Ki) 的 3/2次幂成反比, 所以当 Ki越大 d 50就 越小, 即浆液密度越大 , 旋流器的分离效果就越好 然而, 脱硫吸收塔中的浆液并不能无限制地增大, 随 着石膏浆液浓度的增加, S O4 -2离子浓度不断增加 一方面会降低二氧化硫的吸收效率; 另一方面降低 了浆液的 P H 值, 加大了设备和管路的腐蚀 一般当 石膏浆液浓度达到 10 ～ 15% 时 ,进行外排, 获得固态 产品 3. 2 入口浆液压力 旋流器具有自身的设计工作压力, 在设计压力 下工作 ,才能保证旋流器的高分离效率 但在旋流 器工作状态不佳时 ,很多脱硫运行人员往往想采取 降低旋流器浆液流量 ,减小旋流器出力的方法来保 —17— 热电技术 2010年第 2期 ( 总第 106期 ) 证旋流器底流口较高的浆液密度, 其实这样并不能 达到预期效果。
由式( 1) 可见 d 50与 Pi的 1/4次幂成反比, 当降 低旋流器出力时 ,入口压力也随之下降 , d 50处于增大 趋势, 会进一步恶化旋流器工况旋流器的分离作 用是通过工质离心力不同实现的石膏旋流器的工 作压力一般在 120k P a 左右 当旋流器的入口压力 较小时 ,切向进入旋流子的流体速度也相对较小 根据离心力公式 ,工质在旋转中所受的离心力相对 较小, 密度不同的两种物质相对运动就趋于平缓 ,不 利于石膏从水中分离出来 为追求较高的分离效率 , 也不能使旋流器长时 间超压运行 一方面, 超压运行降低了石膏旋流器 的使用寿命 ,容易使管道及旋流子产生裂痕; 过大流 量的浆液还容易阻塞旋流子底流口另一方面 ,由 于 d 50与 Pi的 1/4次幂成反比 ,在旋流器额定压力区 域 ,压力的可提升值 ΔP i相对有限 , 4 ΔP i更是微乎 其微, 对分离效率效果的影响也就不太显著了 旋流器分离效果与入口压力的关系, 在实验室 用直径为 Υ 200的标准旋流器模型进行了验证 保 持旋流器的入口质量浓度为 10%的石膏浆液浓度 , 改变其入口压力得到数据见表 1, 变化趋势见图 1。
表 1 石膏旋流器底流浓度 - 入口压力数据 压力( k P a ) 40608090100 110120 130 140 底流浓度( %)17. 14 17. 01 17 . 97 18 . 31 18. 83 18. 75 18. 92 18. 91 18 . 98 图 1 石膏旋流器底流浓度 - 入口压力变化曲线 当入口压力较低时, 底流浓度随压力升高而增 加 ,当压力大于 100 k P a 后 ,随压力升高, 底流浓度不 再明显增加 运行中对旋流器入口压力的控制应该保持在额 定值附近,不能以降低旋流器出力的方式改善旋流 器效果 ,而用大幅提升工作压力来提高旋流器分离 效率的方法也是不可行的 4 浆液中固体颗粒的均匀程度 当混合物中固体颗粒体积浓度超过 0. 5%以后 , 悬浮颗粒的沉降称为干涉沉降在干涉沉降时 , 颗 粒之间存在相互碰撞 、 干扰, 流体的流动和分离都会 受到影响吸收塔中浆液的浓度远高于 0. 5%,又由 于各区域浆液与烟气的反应程度不同 ,生成的石膏 颗粒大小不一,浆液中还含有粉尘、未反应完全的石 灰石颗粒、杂质等 , 这些固体颗粒进入旋流器后 , 运 动轨迹交错复杂 , 会干扰石膏颗粒的分离分级 。
针 对固体颗粒对旋流器分离效果的影响 ,进行了取样 实验 某火电厂 4台机组配置相同的石膏旋流器 , 而 石膏脱水效果却有明显差异, 4号机组石膏脱水过程 中 ,总是出现真空皮带上水量大的问题 专业人员 取 2号机组和 4号机组的原浆液样本利用 Wi n - n e r 2000Z D 激光粒度分析仪进行了研究, 2台机组浆 液固体颗粒粒径分布见图 2可以明显看出 4号机 组石膏颗粒粒径分布范围大于 2号机组 ,而且分布 规律也不如 2号塔均匀 —18— 热电技术 2010年第 2期( 总第 106期 ) 0. 25m m ( 紧力标准为 0. 20 ～0. 30m m ) , 见图 3、图 4 以主汽门汽室壳体门座装配处内径最小值 ( 430. 90) 为基准,加 0. 25m m ,制作安装专用丁字尺 , 尺寸为 431. 15 m m 主汽门门座回装时,用 6个大号 烤把对主汽门汽室壳体外部加热; 同时用二氧化碳 对主汽门门座进行冷却 ( 备用 2瓶二氧化碳) , 并用 保温盖好当专用丁字尺刚好能落入主汽门壳体装 配处时 ,将门座迅速回装 回装后渗洗油试验不漏 , 机组启机后主汽门严密性试验合格, 成功地消除了 机组安全生产隐患。
图 3 主汽门汽室壳体门座装配处内径 图 4 主汽门门座装配处外径尺寸 4 结束语 主汽门关闭延迟、卡涩的原因大多为动静间隙 不当引起, 检修中必须及时测量, 及时处理 , 防止缺 陷扩大 主汽门的定期活动试验是一项非常重要的 工作, 运行中应定期进行该试验 ,保证主汽门的灵活 性 ,否则,若没有及时发现主汽门卡涩 ,将危及机组 的安全 化学监督对汽水品质要严格把关 , 以利于 尽量减少结垢在检修中应注意检查主汽门门座松 动情况 ,发现后及时处理 , 以防止发生重大事故 , 保 证机组安全可靠运行 参考文献 1. 水利电力出版社《高压汽轮机检修》 ( 上接第 18页 ) 控制浆液中的颗粒分布, 实际操作运行中的因素很 多 ,如提高除尘效率减少吸收塔入口烟气粉尘含量 , 保证良好的浆液循环 、 扰动状态, 防止氧化空气喷嘴 堵塞及降低浆液中氯离子含量等, 都会优化石膏结 晶环境 ,改善浆液品质 ,有利于石膏脱水系统的高效 运行 5 结束语 石灰石 - 石膏湿法脱硫工艺广泛应用于火电 厂 ,在石膏生产过程中往往由于旋流器工况不佳造 成含水量超标从旋流器入口压力 、 浆液密度、颗粒 分布等方面进行了分析, 为石膏旋流器的优化运行 提供了依据。
通过合理控制运行参数, 可提高电厂 脱硫脱水系统的工作效率 参考文献 1. 赵庆国, 张明贤. 水力旋流器分离技术[ M] . 北京: 化学 工业出版社 , 2003 2. 李树君. 全旋流分离马铃薯淀粉试验研究及计算机模 拟[ D ] . 北京: 中国农业大学, 2002 3. 耿丽萍, 杨茉, 周静伟, 章立新, 林宗虎. 进口浓度对水 利旋流器颗粒分级的影响 [ J ] . 工程热物理学报, 2006, 24 ( 4) : 625～ 627 4. 祁君田, 田改珍, 吴望民, 吴玉强, 樊君侠, 孙宏伟, 惠 志峰. 烟尘浓度对湿法脱硫吸收塔的影响及对策[ J ] . 热力发 电, 2009, 38( 8) : 76～ 78 —23— 张 健等 : 汽轮机自动主汽门缺陷分析及处理 。
