重金屬對煙氣脫硫漿液起泡的影響研究

陳晨+包文運+高良敏+郭學濤+向朝虎

摘 要：石灰石-石膏濕法煙氣脫硫中，吸收塔漿液起泡溢流十分常見，對于脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有很大影響。通過對馬鞍山當涂火力發(fā)電廠和陜西彬長火力發(fā)電廠的工藝水、吸收塔漿液和飛灰進行采樣并分析，探究了重金屬含量對于泡沫形成的影響。

關(guān)鍵詞：濕法脫硫；漿液起泡；重金屬

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.215

1 引言

我國煤產(chǎn)量位居世界第一，電力工業(yè)主要以煤炭為主，而煤燃燒后釋放的SO2會對環(huán)境造成危害，所以近年來，火電企業(yè)對于煙氣脫硫系統(tǒng)的正常運行也是越來越重視，其中石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)被廣泛運用。由此而帶來的吸收塔漿液起泡而導致的溢流也成為了運行中常見的問題之一。

了解泡沫的成因，從而消除泡沫，是解決漿液溢流問題的根本。本文通過對起泡嚴重的陜西彬長電廠以及起泡和未起泡的馬鞍山當涂發(fā)電廠采集的工藝水、飛灰以及吸收塔漿液的重金屬含量進行測定，并作出對比分析，探究重金屬含量對于泡沫形成的影響。

泡沫由表面作用力形成，是氣體在液體中的多項分散體系[1，2]。泡沫的發(fā)泡性與穩(wěn)定性是其最重要的兩個性質(zhì)[3]。純凈的液體是不能形成穩(wěn)定的泡沫的[4]，吸收塔漿液起泡是因為混入一些其它物質(zhì)，導致氣泡液膜的機械強度變大，增強了泡沫穩(wěn)定性，最終才會導致起泡溢流[5]。而重金屬的含量增加便會起到這個作用。漿液中含有一些類似表面活性劑的成分，而表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)對泡沫的穩(wěn)定性有較大的影響，憎水鏈越長，氣體擴散速率越慢，泡沫就越穩(wěn)定[6]。但擴散只是其中一個方面，它在泡沫排液時幾乎可以忽略，最終形成黑膜（Black Flim）時才對泡沫的穩(wěn)定性起決定作用[7]。劉恒華對脫硫吸收塔起泡漿液進行分析時發(fā)現(xiàn)起泡漿液上的一層黑色物質(zhì)會形成泡沫，并且重金屬或有機物的增加會使?jié){液發(fā)生皂化反應(yīng)，形成油膜，造成漿液起泡。漿液中這些類似表面活性劑的成分，會導致溶液起泡，而重金屬等物質(zhì)的含量對氣泡液膜的機械強度的增加又有一些貢獻度，最終形成多面體的泡沫，當達到這個條件時，低表面張力便會有助于泡沫的穩(wěn)定。

2 實驗

2.1 采樣

2016年4月7日，于嚴重起泡的陜西彬長電廠采集了工藝水和#1吸收塔漿液，2016年4月7日和9日采集了煙道飛灰樣品。2016年6月17日，于馬鞍山當涂電廠采集了工藝水、吸收塔漿液和煙道飛灰樣品，采樣前吸收塔漿液發(fā)生起泡現(xiàn)象，但經(jīng)過處理后，于采樣當日，起泡現(xiàn)象已得到解決。2016年8月24日，馬鞍山當涂電廠發(fā)生起泡現(xiàn)象，于當日采集了吸收塔內(nèi)循環(huán)漿液。三次采樣時，液體樣品均加酸至樣品pH<2.0。

2.2 實驗室分析

將樣品帶回實驗室，立即進行了分析。將固體樣品在102℃下烘干，磨細并通過200目的篩網(wǎng)，然后稱取固體飛灰樣品0.5000g于坩堝內(nèi)，并依次加入10mLHF，5mLHNO3，5mLHClO4，加蓋冷消解過夜。第二天進行熱消解，將溶液用電熱板加熱，從160℃每半小時逐漸升溫到210℃，溫度高后要將坩堝邊的殘渣用殘留酸液清洗下來，待殘留液近干，無黑色殘留物，消解成功，等殘渣完全蒸發(fā)干至無白煙冒出，取下冷卻，然后加入5mL2mol/LHNO3溶解殘渣，轉(zhuǎn)移定容至25mL容量瓶，再搖勻后轉(zhuǎn)移到待測瓶內(nèi)。液體樣品直接轉(zhuǎn)移至待測樣瓶內(nèi)即可。待測樣瓶中溶液經(jīng)0.45μm濾膜過濾，然后上機，樣品的重金屬測定于鉑金埃爾默公司生產(chǎn)的ICP-MS上進行，采用十九種金屬元素混標，制作標準曲線，相關(guān)系數(shù)均優(yōu)于0.999，能測定出Li，Be，Ti，V，Cr，Mn，Co，Ni，Cu，Zn，As，Se，Sr，Mo，Cd，Sb，Tl，Pb等十八種元素的含量。

3 數(shù)據(jù)分析

陜西彬長電廠起泡嚴重兩個工藝水樣為平行樣，未起泡的工藝水樣是在馬鞍山當涂電廠上午、下午的兩個樣，這兩組樣品的比較可以得出工藝水的水質(zhì)變化對漿液起泡的影響。陜西彬長電廠吸收塔漿液采樣時未加酸處理，導致實驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)波動及不穩(wěn)定現(xiàn)象，所以利用2016年8月24日馬鞍山當涂電廠當日起泡時的漿液與2016年6月17日該電廠未起泡時的漿液作對比分析。

（1）起泡嚴重的陜西彬長電廠的工藝水中的重金屬明顯比馬鞍山當涂電廠未起泡的工藝水中的大；可初步得出工藝水中的重金屬影響了漿液起泡的結(jié)論。（2）陜西彬長電廠起泡嚴重的飛灰樣中的重金屬明顯比馬鞍山當涂電廠未起泡的飛灰樣中的大。（3）馬鞍山當涂電廠起泡嚴重的吸收塔漿液樣中的重金屬明顯比該電廠未起泡的吸收塔漿液樣中的大。

4 結(jié)論

（1）工藝水的水質(zhì)變化大，是導致起泡、不起泡的間斷變化的原因之一；（2）對比圖1、2、3可初步判斷，，重金屬的超標為起泡的原因之一，漿液中重金屬初步判斷主要來源于工藝水和飛灰；（3）重金屬數(shù)據(jù)缺少對比數(shù)據(jù)，暫時不能確定哪種重金屬或者重金屬含量多少會影響到漿液起泡。但是可以確定吸收塔漿液中重金屬含量增加，是漿液起泡的原因之一。

參考文獻：

[1]Garrett P R.Defoaming theory and industrial application [M].Insurfactant science series，1993（45）：1-113.

[2]趙國璽.表面活性劑物理化學[M].北京：北京大學出版社，1991，419-421.

[3]唐金庫.泡沫穩(wěn)定性影響因素及性能評價技術(shù)綜述[J].艦船防化，2008（04）：1-8.

[4]夏俊兵.對堿液起泡問題的初步探討[J].齊魯石油化工，2000，28

（04）：294-295.

[5]禾志強，田雁冰，沈建軍等.石灰石-石膏法脫硫中漿液起泡研究[J].電站系統(tǒng)工程，2008，24（04）：25-26，34.

[6]唐金庫.泡沫穩(wěn)定性影響因素及性能評價技術(shù)綜述[J].艦船防化，2008（04）：1-8.

[7]Hedreul C， Frens G. Foam stability. Clloids and Surfaces A：Physicochem. Eng. Apects， 2001（186）： 73.

基金項目：中國大唐集團公司科學技術(shù)項目“火力發(fā)電廠脫硫吸收塔起泡機理研究”（DTEG-KY-2016-10）

作者簡介：陳晨（1990-），男，安徽淮南人，碩士研究生在讀，主要從事水控制研究。