燃煤發(fā)電機(jī)組脫硫塔漿液起泡問題分析及應(yīng)對措施

毛文利，李輝，陳彪

（國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

發(fā)電技術(shù)

燃煤發(fā)電機(jī)組脫硫塔漿液起泡問題分析及應(yīng)對措施

毛文利，李輝，陳彪

（國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

分析了燃煤機(jī)組取消脫硫旁路后脫硫塔漿液起泡的現(xiàn)象及危害，研究了脫硫漿液的起泡機(jī)理。在分析脫硫塔起泡原因的基礎(chǔ)上，提出了解決吸收塔漿液起泡溢流問題的技術(shù)措施，解決了火電機(jī)組取消脫硫旁路煙道后的起泡問題。

濕法脫硫；漿液起泡；溢流；消泡劑

燃煤發(fā)電機(jī)組的脫硫塔漿液起泡是指在石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，出現(xiàn)吸收塔液位顯示正常但漿液溢流的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在取消脫硫旁路的機(jī)組上更易出現(xiàn)。在起泡的初期，如果脫硫控制系統(tǒng)未能及時監(jiān)測并采取有效措施抑制起泡現(xiàn)象的發(fā)展，隨著起泡現(xiàn)象的加重，將帶來脫硫效率降低、石膏品質(zhì)下降、增壓風(fēng)機(jī)或GGH（氣氣換熱器）的運(yùn)行安全受到威脅等問題，影響了脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。

以下結(jié)合某大型火力發(fā)電廠取消脫硫旁路后在吸收塔漿液起泡問題上的處理經(jīng)驗(yàn)，就吸收塔起泡溢流的原因及解決辦法進(jìn)行了探討。

1 吸收塔起泡現(xiàn)象及其危害

1.1 出現(xiàn)虛假液位

吸收塔是濕法脫硫系統(tǒng)的核心裝置，吸收塔內(nèi)發(fā)生起泡現(xiàn)象最明顯的特征是吸收塔液位顯示正常，但吸收塔溢流管處出現(xiàn)明顯的外溢。吸收塔液位大多采用裝在吸收塔底部的壓差式液位計測量，吸收塔液位根據(jù)差壓變送器測得的差壓與吸收塔內(nèi)漿液密度計算得到：

式中：H為吸收塔液位；H0為壓力變送器至塔底高度；P1為壓力變送器測量值；ρ1為測量處漿液密度值，一般取石膏排出泵管路上的密度儀數(shù)值。

可以看出，起泡時因壓力變送器測量位置在起泡位置之下，其測量的壓力值P1并無變化，但此時H0高度以上的漿液密度值卻遠(yuǎn)小于石膏排出泵管路的上密度的測量值，所以吸收塔顯示的液位小于實(shí)際液位，從而造成虛假液位。

1.2 塔內(nèi)漿液溢流

當(dāng)脫硫塔運(yùn)行中出現(xiàn)起泡現(xiàn)象導(dǎo)致實(shí)際液位變化時，運(yùn)行人員很難及時察覺，隨著起泡現(xiàn)象的加強(qiáng)，塔內(nèi)漿液將從吸收塔內(nèi)溢流。溢流大都發(fā)生在兩個部位，其一是溢流至吸收塔入口煙道內(nèi)，若此處設(shè)置了GGH，漿液起泡溢流嚴(yán)重時，部分漿液溢流至GGH側(cè)，可觀察到GGH差壓明顯升高的趨勢；其二是從吸收塔溢流管處大量溢出。對浙江省內(nèi)多臺機(jī)組起泡時的泡沫現(xiàn)場取樣發(fā)現(xiàn)，溢流的泡沫大多為濃黑或灰黑色，當(dāng)含泡沫的漿液溢流至吸收塔區(qū)域地溝后，泡沫不易破碎，流動性較差。

1.3 漿液起泡溢流的危害

漿液起泡是脫硫反應(yīng)過程中的一種異常工況。一旦漿液的起泡條件滿足時，若運(yùn)行人員不能及時發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行調(diào)整，將導(dǎo)致大量的漿液外溢至入口煙道內(nèi)，影響增壓風(fēng)機(jī)或GGH的運(yùn)行安全。當(dāng)漿液從吸收塔溢流管大量涌出后，吸收塔的有效液位在短時間內(nèi)急劇下降，液面將無法維持原設(shè)計水平，使得脫硫效率降低，脫硫反應(yīng)的氧化效果得不到保證，致使?jié){液中亞硫酸鹽的含量逐漸升高，石膏品質(zhì)惡化。表1為某發(fā)電廠吸收塔漿液起泡后漿液品質(zhì)化學(xué)分析結(jié)果。

表1 吸收塔漿液起泡后漿液化學(xué)分析結(jié)果

從化驗(yàn)結(jié)果看出，吸收塔內(nèi)漿液品質(zhì)惡化趨勢顯著，雜質(zhì)和石灰石含量較高，氧化效果不佳，硫酸鹽含量下降，同時由于起泡時石膏排出泵出口壓力降低而不能有效工作，塔內(nèi)漿液密度逐漸升高?，F(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)：塔內(nèi)漿液直接打至皮帶機(jī)上進(jìn)行脫水時，可明顯見到一層泡沫，石膏的脫水效果也較差。

2 吸收塔起泡機(jī)理

吸收塔在運(yùn)行過程中，一方面為保證亞硫酸鹽足夠的氧化率，需要強(qiáng)制鼓入氧化風(fēng)；另一方面，塔內(nèi)漿液的逆噴淋是一個強(qiáng)烈的液氣接觸過程，這給塔內(nèi)泡沫的產(chǎn)生提供了外部條件。當(dāng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生泡沫的內(nèi)部化學(xué)條件成立時，氣體將分散于液體中形成氣-液分散體。因此，當(dāng)吸收塔內(nèi)不溶性氣體被液體包圍時，將形成一種極薄的吸附膜，由于表面張力的作用，膜將收縮為球狀而形成具有一定體積的泡沫。由于氣體與漿液的密度相差很大，已形成的泡沫在液體浮力的作用下很快上升到液面。若此時漿液的表面張力較小，由于在液體強(qiáng)烈的紊流作用下，漿液中的氣體也沖破液面而聚集成泡沫。

由此可見，吸收塔內(nèi)泡沫的產(chǎn)生必須具備3個條件：氣液充分并連續(xù)接觸；氣液的密度差別較大；表面張力較小。

事實(shí)上，在正常運(yùn)行的吸收塔中，由于噴淋漿液、攪拌器和氧化風(fēng)的共同作用，前2個條件一定滿足，運(yùn)行中表面仍然存在有少量起泡現(xiàn)象，只不過在起泡過程中，其液膜逐漸變薄，當(dāng)液膜厚度低于臨界值時自然破裂。但是當(dāng)漿液中混入具有表面活性物質(zhì)或起泡物質(zhì)時，泡沫體系的不穩(wěn)定性減弱，液膜修復(fù)能力增強(qiáng)，可以阻止液膜的進(jìn)一步變薄。

所以，吸收塔漿液起泡的原因主要是由于系統(tǒng)中混進(jìn)了其他成分，增加了起泡液膜的機(jī)械強(qiáng)度，即增加了液膜的穩(wěn)定性。因此，分析這些導(dǎo)致液膜穩(wěn)定性增強(qiáng)的成分對從根本上解決起泡問題至關(guān)重要。

3 脫硫塔起泡原因分析

3.1 塔內(nèi)有機(jī)物含量增加

漿液中有機(jī)物含量增加導(dǎo)致塔內(nèi)起泡的現(xiàn)象在取消脫硫旁路后出現(xiàn)較多，這類有機(jī)物的主要成分是飛灰中的未燃盡物質(zhì)（大量惰性物質(zhì)的雜質(zhì)）和油類物質(zhì)，其來源主要有兩個方面：

（1）檢修或?qū)嵤┤∠月窡煹赖母脑爝^程中，用石油類物質(zhì)進(jìn)行原煙道焊口的滲漏試驗(yàn)或采用煤油和潤滑油的混合物在煙道內(nèi)涂抹焊口后的殘余物；

（2）取消脫硫旁路改造后，鍋爐投油點(diǎn)火或運(yùn)行中的投油助燃，使得未燃盡的油類物質(zhì)隨煙氣進(jìn)入吸收塔漿液中，從而在吸收塔內(nèi)重金屬離子逐漸富集的條件下發(fā)生皂化反應(yīng)，最終導(dǎo)致泡沫的產(chǎn)生。

3.2 漿液中重金屬含量增加

漿液中重金屬含量的來源主要是脫硫工藝水或原煙氣中的粉塵，實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)電廠對脫硫工藝水的品質(zhì)控制一般較好，重金屬來源主要是煙塵。

煙塵濃度高主要由鍋爐尾部除塵器運(yùn)行狀況不佳所致，當(dāng)除塵器的部分電場故障，或無脫硫旁路的機(jī)組大量投油點(diǎn)火后，一段時間內(nèi)電除塵器的效率會有所下降，易導(dǎo)致進(jìn)入吸收塔的煙氣粉塵濃度超標(biāo)，含大量惰性物質(zhì)的雜質(zhì)進(jìn)入吸收塔溶解富集，使重金屬含量增高，在大量惰性物質(zhì)的作用下，漿液最終起泡溢流。

3.3 石灰石中鎂鹽含量過高

石灰石的成分影響起泡的主要因素是石灰石中MgO的含量。如果石灰石中MgO含量過高，不僅影響結(jié)晶和脫水，而且會與SO42-反應(yīng)產(chǎn)生大量泡沫，這點(diǎn)與泡沫滅火器的原理相同。但MgO與Mg（OH）2自身可以單獨(dú)作為脫硫劑使用，漿液中適當(dāng)?shù)腗gO存在可具備有脫硫添加劑的功能，但濃度過高將對脫硫反應(yīng)產(chǎn)生影響，這一情況采用外購石灰石粉時很容易出現(xiàn)。

某機(jī)組調(diào)試期間由于磨石粉廠還未及時投運(yùn)，采用外購石灰石粉，表2是該機(jī)組發(fā)生漿液起泡現(xiàn)象后，對其外購石灰石粉進(jìn)行化學(xué)成分分析的結(jié)果。

表2 起泡時石灰石化學(xué)成分分析結(jié)果%

3.4 運(yùn)行控制因素

3.4.1 水質(zhì)控制

吸收塔水質(zhì)控制主要是對工藝水品質(zhì)的控制和對脫硫廢水處理系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)。在工藝水方面，若吸收塔補(bǔ)充的工藝水質(zhì)達(dá)不到設(shè)計要求，COD（化學(xué)需氧量）和BOD（生化需氧量）等含量超標(biāo)嚴(yán)重，運(yùn)行中脫水系統(tǒng)或廢水處理系統(tǒng)未能正常投入，將使吸收塔漿液品質(zhì)惡化，同樣易發(fā)生起泡現(xiàn)象。

3.4.2 氧化風(fēng)量控制

一般運(yùn)行中的氧化風(fēng)量是根據(jù)脫硫設(shè)計煤種的硫分含量將HSO3-充分氧化成SO42-所需要的空氣量加一定的裕量而確定的。當(dāng)氧化風(fēng)量不足時易導(dǎo)致亞硫酸鹽含量嚴(yán)重超標(biāo)，反之，若氧化風(fēng)量超過實(shí)際需要量又缺乏有效調(diào)節(jié)手段時，這些富余的空氣將以氣泡的形式從氧化區(qū)底部溢流至漿液的表面，若此時停運(yùn)漿液循環(huán)泵或開啟氧化風(fēng)機(jī)，則吸收塔漿液的氣液平衡會被破壞，導(dǎo)致吸收塔漿液大量溢流。

4 漿液起泡溢流的應(yīng)對措施分析

4.1 主要應(yīng)對措施

吸收塔漿液起泡后，通常的處理辦法有兩種，其一是進(jìn)行大量的漿液置換，這種方式耗時且浪費(fèi)大量漿液和工藝水；其二是添加脫硫?qū)Ｓ孟輨?。無論哪種辦法都耗時較長，且整個處理過程中脫硫效率均難以達(dá)標(biāo)。因此，對漿液起泡溢流問題，尤其是對取消脫硫旁路的機(jī)組而言，最佳的解決方式是從運(yùn)行調(diào)節(jié)和監(jiān)控手段上進(jìn)行預(yù)防。

4.2 運(yùn)行調(diào)整措施

鍋爐啟動方式調(diào)節(jié)的主要目的，是避免鍋爐點(diǎn)火啟動階段的飛灰和油污等物質(zhì)過多地進(jìn)入吸收塔，保證鍋爐在油槍撤出后的正常運(yùn)行。由于機(jī)組啟動后漿液會被污染，因此在鍋爐點(diǎn)火前，吸收塔盡量保持較低液位，一般以允許啟動漿液循環(huán)泵即可，否則將加大漿液置換量。首臺磨煤機(jī)投運(yùn)后，需要至少投運(yùn)電除塵器的1個電場，并對吸收塔漿液pH值的靈敏性進(jìn)行監(jiān)視。若pH值靈敏性變差，應(yīng)盡早進(jìn)行部分漿液置換。

運(yùn)行中要嚴(yán)格控制吸收塔補(bǔ)水水質(zhì)，加強(qiáng)過濾和預(yù)處理，降低COD與BOD含量，確保補(bǔ)充水的參數(shù)指標(biāo)處于設(shè)計值范圍之內(nèi)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)塔內(nèi)有泡沫時，應(yīng)加強(qiáng)除霧器的沖洗，水噴淋是消除泡沫的有效手段，可減少泡沫的積累。

4.3 改進(jìn)吸收塔液位監(jiān)測方式

采用差壓式變送器和密度計組合測量的方式，在漿液起泡時均會出現(xiàn)“虛假液位”，使運(yùn)行人員不能及時發(fā)現(xiàn)，從而對脫硫系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成較大威脅。因此，需要對液位的測量方式進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)的方法主要是在吸收塔的某高度處再加裝1個壓力變送器，如圖1所示。

圖1 吸收塔液位雙重測量原理示意

由于漿液起泡時，石膏排出泵處的測量密度不能反映塔內(nèi)真實(shí)密度，故用1個換算密度ρ′來表示起泡液位區(qū)的密度值：

式中：ΔP=P1-P2，ΔH=H1-H2.

則有吸收塔換算液位H′為：

由式（2）與（3）得：

可以看出，這種通過增加壓力測點(diǎn)的方法得出的液位在吸收塔起泡時，可以反映塔內(nèi)的真實(shí)液位，運(yùn)行人員可以掌握塔內(nèi)的實(shí)際液位情況，控制加入消泡劑的時間，從而節(jié)約運(yùn)行成本，保證系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。

實(shí)際操作中，將吸收塔石膏排出泵處測量得到的密度值與雙重測量原理得出的換算密度值進(jìn)行比較，當(dāng)二者相差值≥20 kg/m3時，設(shè)置系統(tǒng)報警，提醒運(yùn)行人員進(jìn)行密度值和系統(tǒng)狀態(tài)確認(rèn)。

4.4 氧化風(fēng)量校核

合適的氧化風(fēng)量是避免運(yùn)行中出現(xiàn)起泡現(xiàn)象的又一措施。在運(yùn)行中，可以根據(jù)以下方法對當(dāng)前吸收塔的氧化風(fēng)量進(jìn)行校核計算，及時調(diào)整氧化風(fēng)的供應(yīng)量。

根據(jù)設(shè)計理論，當(dāng)原煙氣中含氧量為4%～5%時，在吸收塔噴淋區(qū)域的氧化率為30%～40%。采用氧槍式氧化分布技術(shù)，在吸收塔漿池中氧化空氣利用率c=25%～30%，因此，吸收塔內(nèi)需要的氧化空氣量Q及氧化空氣理論供應(yīng)量Qair的計算方法為：

根據(jù)以上公式計算出的氧化風(fēng)量可以保證在鍋爐負(fù)荷及燃煤含硫量變化的情況下，系統(tǒng)氧化風(fēng)量的平衡。

4.5 添加脫硫?qū)Ｓ孟輨?/p>

消泡劑的添加方法是在發(fā)現(xiàn)起泡的當(dāng)時即可通過區(qū)域漿池加入，還需要對塔內(nèi)的漿液進(jìn)行置換操作。由于現(xiàn)有商業(yè)消泡劑種類繁多，對各類起泡現(xiàn)象的應(yīng)用效果也大不相同，在選用上必須有針對性，實(shí)際中可取溢流漿液進(jìn)行小型試驗(yàn)后選定。一般無脫硫旁路系統(tǒng)的機(jī)組在啟動過程中發(fā)生的吸收塔起泡現(xiàn)象，可直接采用有機(jī)硅類消泡劑進(jìn)行消泡處理，效果較好。

值得注意的是，系統(tǒng)添加消泡劑只能暫時緩解，而不能根本解決吸收塔漿液起泡問題，一旦停止加入消泡劑，吸收塔漿液有可能重新出現(xiàn)起泡溢流現(xiàn)象。消泡劑的量不可過多，否則將會起反作用，助長泡沫的生長。

5 結(jié)語

脫硫塔漿液起泡問題跟脫硫系統(tǒng)的雜質(zhì)和運(yùn)行方式緊密相關(guān)，漿液起泡溢流后對GGH和增壓風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行影響巨大，值得發(fā)電廠引起足夠的重視。在脫硫旁路取消后，起泡幾率將增加，需要從液位監(jiān)測手段和運(yùn)行方式上進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，才能降低系統(tǒng)起泡溢流的次數(shù)。

脫硫塔起泡后重要的是防止?jié){液倒灌入原煙氣側(cè)影響增壓風(fēng)機(jī)和GGH等設(shè)備，運(yùn)行操作上可以停運(yùn)1臺漿液循環(huán)泵，或停運(yùn)1臺氧化風(fēng)機(jī)，以減小吸收塔內(nèi)部漿液的擾動，同時將塔內(nèi)漿液打入事故漿液箱暫存，降低塔內(nèi)雜質(zhì)濃度。液位降低后，開啟除霧器進(jìn)行沖洗。實(shí)踐證明，新鮮工藝水通過除霧器沖洗補(bǔ)入吸收塔具有良好的消泡效果。

[1]胡松如.脫硫系統(tǒng)取消旁路煙道后的問題及應(yīng)對措施[J].浙江電力，2012，31（11）∶69-72.

[2]程永新.FGD系統(tǒng)中吸收塔漿液起泡溢流的原因分析及解決辦法[J].電力科技與環(huán)保，2011（1）∶35-37.

（本文編輯：陸瑩）

Analysis and Countermeasures of Seriflux Foaming in Desulfuration Tower of Coal-fired Generating Units

MAO Wenli，LI Hui，CHEN Biao
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

The seriflux foaming in desulfuration tower and its harm after coal-fired units desulfurization bypass canceled are analyzed.The paper investigates foaming mechanism of desulfurization seriflux.On the basis of analyzing the causes for foaming of desulfuration tower，this paper presents technical measures to solve seriflux foaming and overflow problems in absorption tower，which solves foaming problem after coal-fired units cancel bypass gas flue.

wet desulfurization；seriflux foaming；overflow；defoamer

X701.3

：B

：1007-1881（2014）05-0048-04

2013-09-09

毛文利（1968-），女，浙江寧波人，高級工程師，從事電力環(huán)保技術(shù)工作。