循環(huán)流化床鍋爐吸收塔漿液起泡現(xiàn)象分析及處理

車 凱 ,潘建文 ,耿印良 ,張 靜 ,牛向楠 ,侯海萍

(1.國網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學(xué)研究院,河北 石家莊 050021;2.河北華電石家莊熱電有限公司,河北 石家莊 050041)

濕法煙氣脫硫技術(shù)(FGD)以技術(shù)成熟、運(yùn)行狀況穩(wěn)定、成本低廉、效率高等優(yōu)點(diǎn),成為目前單項(xiàng)技術(shù)中脫硫工藝應(yīng)用最廣的技術(shù),在FGD 工藝中,因石灰石成分、工藝水水質(zhì)等原因[1-2],容易產(chǎn)生泡沫溢流現(xiàn)象,從而導(dǎo)致脫硫效率降低、石膏品質(zhì)下降[3]。

目前,大多數(shù)電廠主要采用加入脫硫?qū)Ｓ孟輨?、降低吸收塔的工作液位等措施來解決脫硫塔起泡問題,但這些措施不能從根本上解決問題[4]。因此,針對循環(huán)流化床鍋爐吸收塔漿液起泡現(xiàn)象進(jìn)行了現(xiàn)場分析診斷,并對吸收塔中的漿液、溢出物、入塔工藝水進(jìn)行了采集化驗(yàn),分析并探討了漿液中化學(xué)需氧量(COD)、總磷和飛灰含量對火力發(fā)電廠脫硫漿液起泡的影響,以尋求解決吸收塔漿液起泡的技術(shù)途徑,從而確保脫硫系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。

1 機(jī)組概況及吸收塔起泡溢流的過程

某電廠為2臺(tái)200 MW 循環(huán)流化床機(jī)組,汽輪機(jī)為德國阿爾斯通公司生產(chǎn)的DKEH-IND31高壓、雙缸反動(dòng)式、雙抽汽機(jī)組;發(fā)電機(jī)為德國阿爾斯通公司生產(chǎn)的50WX23Z-109 型空冷發(fā)電機(jī);4臺(tái)鍋爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG410/9.81-9型循環(huán)流化床鍋爐。在爐內(nèi)進(jìn)行一級脫硫,每臺(tái)爐后再配備一套石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng),采用一爐一塔,引增合一、無GGH、無旁路的配置方式。1號鍋爐除塵系統(tǒng)采用2+2 電袋除塵器,2號鍋爐除塵系統(tǒng)采用1+3電袋除塵器。

2020年7月10日,脫硫系統(tǒng)工藝水源由深井水改為南水北調(diào)地表水。2020年7月13日開始1號、2號吸收塔出現(xiàn)了漿液起泡溢出現(xiàn)象。泡沫呈現(xiàn)黑色粘稠狀,事后電廠運(yùn)行人員對吸收塔進(jìn)行了添加消泡劑,暫時(shí)控制住了泡沫溢出情況,但遺留問題仍間斷出現(xiàn)。脫硫系統(tǒng)溢流情況見圖1。

圖1 脫硫系統(tǒng)溢流情況

2 吸收塔起泡溢流的原因分析

泡沫是氣泡分散在液體中所形成的彼此之間以液膜隔離的多孔膜狀多分散體系[5]。一般情況下,漿液起泡的原因主要有3個(gè)方面:漿液中含有類似表面活性劑的成分,例如COD、異噻唑啉酮等;溶液中產(chǎn)生氣體或者進(jìn)入空氣,例如氧化空氣的鼓入;機(jī)械擾動(dòng),例如循泵的擾動(dòng)等[6]。泡沫的穩(wěn)定性是影響吸收塔漿液起泡的主要原因,可以從2個(gè)方面分析:一是進(jìn)入吸收塔中的物質(zhì),主要包括石灰石、工藝水和煙氣等;二是設(shè)備擾動(dòng),包括漿液循環(huán)泵、氧化風(fēng)機(jī)啟停的擾動(dòng)以及托盤或湍流裝置的影響[7]。

2.1 飛灰及石灰石品質(zhì)分析

為了分析起泡原因,對起泡前后一定時(shí)間段的入爐煤、飛灰、石灰石粉品質(zhì)等進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)對比分析。如表1、2所示,對近期入爐煤和石灰石粉檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),溢流發(fā)生前后,2臺(tái)機(jī)組入爐煤和石灰石粉沒有明顯變化。經(jīng)詢問現(xiàn)場運(yùn)行人員,近期未發(fā)現(xiàn)入爐煤和石灰石粉等原料有異常情況。同時(shí)對1個(gè)月內(nèi)飛灰中碳含量檢驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)(見表3),1號、2號機(jī)組飛灰中平均碳含量分別達(dá)到10.57%和9.42%。循環(huán)流化床鍋爐燃燒不充分是導(dǎo)致飛灰中碳含量較高的主要原因。大量的飛灰在經(jīng)過脫硫系統(tǒng)時(shí),會(huì)被吸收塔內(nèi)漿液沖刷捕獲,飛灰中有未燃盡的碳顆粒隨煙氣進(jìn)入吸收塔內(nèi)。

表1 近期入爐煤檢驗(yàn)結(jié)果 %

表2 近期石灰石粉檢驗(yàn)結(jié)果 %

表3 2020年7月飛灰中碳含量檢驗(yàn)結(jié)果 %

2.2 吸收塔溢出物分析

對吸收塔溢出物按煤的工業(yè)分析方法和煤中碳?xì)涞獪y定方法進(jìn)行了化驗(yàn)分析。結(jié)果如表4所示,吸收塔溢出物中大部分仍為水分,干燥基可燃物含量占比36.36%,干燥基碳含量達(dá)到了20.68%,表明溢出物中含有大量未燃盡碳和有機(jī)物,這與飛灰中碳含量較高結(jié)果相一致,由于有機(jī)碳顆粒相對密度較小,在塔內(nèi)隨泡沫漂浮在液面上部。此外,根據(jù)對塔內(nèi)漿液觀察發(fā)現(xiàn),漿液內(nèi)含有明顯的黑色碳顆粒懸浮物,說明該吸收塔內(nèi)有機(jī)碳顆粒含量已達(dá)一定程度。

表4 吸收塔溢出物檢測結(jié)果

2.3 脫硫系統(tǒng)進(jìn)塔工藝水及漿液分析

對脫硫系統(tǒng)進(jìn)塔工藝水、5 天生化需氧量(BOD5)、COD、氨氮、總磷,吸收塔漿液中COD 等項(xiàng)目檢測,檢測結(jié)果見表5。工藝水是維持脫硫吸收塔水平衡最主要的因素,水質(zhì)在一定程度上影響著吸收塔的漿液品質(zhì)。由于廠內(nèi)工藝水來源于南水北調(diào)地表水水源,因此將部分參數(shù)檢測結(jié)果與地表水Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)限值對比發(fā)現(xiàn)(見表5),總磷(以P計(jì))存在明顯超標(biāo)現(xiàn)象。

表5 化學(xué)指標(biāo)檢測結(jié)果

參照DL/T 5196-2016《火力發(fā)電廠石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)程》中對脫硫工藝水水質(zhì)的要求,一般要求COD 含量不宜超過30 mg/L。此外,部分研究結(jié)果表明[8],漿液中的COD 大于300 mg/L濃度時(shí)容易引起吸收塔漿液起泡溢流現(xiàn)象的發(fā)生。而本次檢測結(jié)果顯示脫硫系統(tǒng)進(jìn)塔工藝水COD 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為51 mg/L,已達(dá)到規(guī)程要求限值的170%,吸收塔漿液中COD 含量測試結(jié)果為258 mg/L,也已明顯偏高,由此分析入塔工藝水中COD 質(zhì)量分?jǐn)?shù)從而導(dǎo)致吸收塔內(nèi)漿液COD 增高,是引起漿液起泡的原因之一。此外,水中磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)超標(biāo)不僅會(huì)使水體產(chǎn)生富營養(yǎng)化,水中微生物的急劇增長。還會(huì)使水體產(chǎn)生大量泡沫。分析結(jié)果表明脫硫系統(tǒng)進(jìn)塔工藝水中磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了3.58 mg/L,超出地表水Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)限值9倍。由此判斷,脫硫系統(tǒng)發(fā)生起泡溢流主要是由于更換含磷和COD 偏高的工藝水導(dǎo)致。

此外,漿液泡沫顏色偏黑,除了與漿液中含有大量的有機(jī)碳顆粒外,也與漿液中磷和COD 質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高有關(guān)。水中攜帶的有機(jī)質(zhì)在吸收塔內(nèi)不斷累積、分解、甚至碳化,這些有害物質(zhì)極易聚集在吸收塔漿液表面,超出臨界膠束濃度后即以泡沫的形式存在于吸收塔液面之上。

3 吸收塔起泡溢流的解決辦法

a.由于目前脫硫系統(tǒng)起泡溢流主要是由于更換的工藝水含磷和COD 偏高,建議對脫硫系統(tǒng)水源進(jìn)行調(diào)整,或者對水源進(jìn)行預(yù)處理,消除其對脫硫系統(tǒng)干擾,同時(shí)加強(qiáng)對水源監(jiān)測,所測項(xiàng)目盡量全面,以保證對工業(yè)/工藝水水質(zhì)做到精準(zhǔn)判斷。進(jìn)一步加強(qiáng)鍋爐燃燒調(diào)整,提高燃燒效率,減少飛灰含碳量。降低其對脫硫系統(tǒng)影響。

b.發(fā)現(xiàn)吸收塔大量起泡時(shí),應(yīng)第一時(shí)間降低吸收塔液位(可啟動(dòng)脫水系統(tǒng)),并加入脫硫消泡劑[9]。需要指出的是,消泡劑只能暫時(shí)緩解,卻不能根本解決吸收塔漿液的起泡問題;一旦停止加入消泡劑,吸收塔可能重新出現(xiàn)起泡溢流現(xiàn)象。

c.定期沖洗溢流管、排空管、液位計(jì)[10]。定期檢查溢流管和高點(diǎn)的排空管,發(fā)現(xiàn)有堵塞現(xiàn)象或泡沫超過高點(diǎn)溢出時(shí),沖洗一下,破壞虹吸現(xiàn)象,緩解溢流。定期對液位計(jì)進(jìn)行沖洗,此外為保證液位計(jì)的準(zhǔn)確性,應(yīng)定期對液位計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)。

4 結(jié)束語

以上結(jié)果表明,脫硫系統(tǒng)發(fā)生起泡溢流主要是由于更換含磷和COD 偏高的工藝水導(dǎo)致。泡沫呈現(xiàn)黑色粘稠狀,除了與漿液中含有大量的未燃盡的有機(jī)碳顆粒外,也與漿液中磷和COD 含量較高有關(guān)。一旦脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)溢流現(xiàn)象,應(yīng)及時(shí)分析原因,采取針對性的措施,確保FGD 系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。加強(qiáng)脫硫系統(tǒng)日常的檢測分析和關(guān)鍵性指標(biāo)控制,是根本上預(yù)防和控制起泡主要著手點(diǎn)。