脫硫塔漿液起泡的原因及消泡方法分析

摘要：脫硫塔漿液起泡現(xiàn)象是濕法脫硫過程常見的技術(shù)問題，會導(dǎo)致氣液分離困難、除塵效果下降，并可能引發(fā)設(shè)備故障。隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提升和工藝技術(shù)的改進(jìn)，研究漿液起泡的原因及相應(yīng)消泡技術(shù)變得尤為重要。研究表明，從化學(xué)成分的影響到工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)化，消泡技術(shù)手段能有效解決漿液起泡問題，提高脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞：脫硫塔；漿液起泡；原因；消泡技術(shù)

中圖分類號：X773 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）11-0224-03

Analysis of the causes and defoaming methods of foaming in desulfurization tower slurry

WANG Shuailong1， YANG Dapeng1， ZHANG Xilong1， SONG Xulong2

（1. Zhengning Power Plant of Huaneng Longdong Energy Co.， Ltd.， Qingyang 745300， China;

2. Huaneng Pingliang Power Generation Co.， Ltd.， Pingliang 744000， China）

Abstract： The foaming phenomenon of desulfurization tower slurry is a common technical problem in wet desulfurization process， which can lead to difficulties in gas-liquid separation， decreased dust removal effect， and may cause equipment failure. With the improvement of environmental standards and process technology， it has become particularly important to study the causes of slurry foaming and corresponding defoaming techniques. Research has shown that from the influence of chemical composition to the optimization of process design， defoaming technology can effectively solve the problem of slurry foaming and improve the operational efficiency of desulfurization systems.

Keywords： desulfurization tower; foaming of the slurry; causes; defoaming technology

隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，濕法脫硫技術(shù)在燃煤電廠等工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。然而，漿液起泡問題在實(shí)際運(yùn)行中常常出現(xiàn)，不僅影響脫硫效率，還可能引發(fā)漿液溢流、設(shè)備堵塞等安全隱患。因此，深入探討脫硫塔漿液起泡的原因及有效的消泡措施，成為提升脫硫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和環(huán)保效果的重要課題。分析漿液的化學(xué)成分、工藝條件和操作維護(hù)等因素，可以為改進(jìn)工藝設(shè)計(jì)和優(yōu)化運(yùn)行管理提供理論支持和技術(shù)依據(jù)。

1 脫硫塔漿液起泡的原因

脫硫煙氣中存在一些難溶解的氣體成分，當(dāng)這些煙氣與吸收液充分混合時(shí)，這些氣體成分便被液體包裹，進(jìn)而與吸收液形成氣液交界面，在該界面上，由于較高的表面張力作用，氣體聚集成球形的氣泡。氣液間存在密度差異，氣泡快速上升至液體表面，并形成一層泡沫層。

1.1 漿液內(nèi)有機(jī)物比例上升

鍋爐未能完全燃燒時(shí)會產(chǎn)生含有碳?；蚪褂偷任赐耆紵龤埩粑锏娘w灰。這些飛灰隨煙氣進(jìn)入吸收塔，導(dǎo)致塔內(nèi)漿液的有機(jī)成分比例上升，進(jìn)而觸發(fā)皂化作用，形成油性薄膜。在氧化風(fēng)機(jī)向吸收塔漿池注入高壓空氣的過程中，油膜受到高壓氣流沖擊，從而導(dǎo)致漿液產(chǎn)生泡沫并發(fā)生溢流現(xiàn)象[1]。

1.2 氧化鎂及重金屬濃度增加

脫硫塔入口處煙氣攜帶的粉塵量超出既定標(biāo)準(zhǔn)，會導(dǎo)致眾多不活潑成分混入其中，這些成分使得漿液內(nèi)重金屬含量超出正常值，進(jìn)而導(dǎo)致漿液產(chǎn)生泡沫并溢出。濕法脫硫過程使用石灰石作為吸收劑，但石灰石含有氧化鎂，氧化鎂與亞硫酸根接觸時(shí)易產(chǎn)生泡沫。若石灰石中氧化鎂的含量過高，則會產(chǎn)生過多的泡沫。此外，石灰石含有一定量的重金屬，這些重金屬隨漿液流動，使得漿液重金屬含量升高，漿液表面張力增強(qiáng)，形成泡沫層。

1.3 漿液循環(huán)泵頻繁切換

濕式脫硫系統(tǒng)運(yùn)行期間，漿液循環(huán)泵反復(fù)啟動與停止，使得漿液池中的漿液動蕩不定，這種突變無疑會破壞原有的氣液平衡，引發(fā)氣泡溢出現(xiàn)象[2]。

1.4 除霧器堵塞

在濕式脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，除霧器主要負(fù)責(zé)清除吸收塔排出煙氣中的霧狀水分，并具備消泡的功能。當(dāng)漿液產(chǎn)生泡沫時(shí)，除霧器的沖洗水能夠間歇性地破壞泡沫，有效控制泡沫層的高度。但是，一旦除霧器出現(xiàn)堵塞，其消泡系統(tǒng)便無法正常工作，從而提高漿液溢流的風(fēng)險(xiǎn)。

2 脫硫塔漿液起泡的危害

在常規(guī)操作中，吸收塔內(nèi)漿液起泡后會通過專設(shè)的溢流管道回流至排水池，之后通過地坑泵送回塔內(nèi)循環(huán)利用，這一過程并不會帶來副作用。然而，若吸收塔內(nèi)漿液溢出量增多，超出溢流管的處理能力，多余的漿液便會流入凈煙氣通道，從而引起一系列的事故或者干擾系統(tǒng)的正常工作。一旦溢出的漿液進(jìn)入煙氣通道，其所含的硫酸鹽和亞硫酸鹽成分便可能滲透通道內(nèi)襯的保護(hù)層及其微孔結(jié)構(gòu)。隨著水分的逐漸蒸發(fā)，這些鹽類會逐漸結(jié)晶，結(jié)晶水的喪失導(dǎo)致體積膨脹，進(jìn)而對內(nèi)襯產(chǎn)生壓力。特別是那些含有結(jié)晶水的鹽類，在干濕變化的環(huán)境下，其體積可以膨脹數(shù)十倍，造成極大的應(yīng)力，引發(fā)內(nèi)襯的剝離和損壞[3]。

若吸收塔內(nèi)泡沫積聚過多引發(fā)溢出，相連的塔前后設(shè)備與管道將會遭受侵蝕。長期暴露在侵蝕性環(huán)境下，設(shè)備與管道可能會出現(xiàn)磨損穿孔，引發(fā)漏煙現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致設(shè)備損壞，影響脫硫系統(tǒng)的正常工作，進(jìn)而迫使工廠暫停生產(chǎn)。例如，溢出物可能會干擾煙氣換熱器對煙氣的換熱功能，若溢流嚴(yán)重，還會堵塞煙氣換熱器，增加升壓風(fēng)機(jī)及引風(fēng)機(jī)的負(fù)載，最終可能導(dǎo)致爐膛無法保持負(fù)壓狀態(tài)。若漿液起泡現(xiàn)象加劇，石膏排出泵進(jìn)口處的漿液泡沫量增多，導(dǎo)致泵出口的壓力減小，石膏無法按照正常流程排出，結(jié)果是漿液密度不斷上升，液位變得復(fù)雜難控。

3 脫硫塔漿液起泡的消泡方法

3.1 適時(shí)排放部分漿液，以降低漿池液面高度

若出現(xiàn)漿液外溢，可開啟脫硫塔下部的排放口，對塔內(nèi)液位進(jìn)行調(diào)控，避免漿液流入原煙道。同時(shí)，要密切監(jiān)測吸收塔入口的煙氣溫度變化，若煙氣溫度驟降，則表明可能有大量石膏漿液流入原煙道，此時(shí)應(yīng)立即實(shí)施應(yīng)急措施。例如，在原煙道底部增設(shè)排漿口，以排出多余漿液[4]。

3.2 調(diào)整漿液循環(huán)泵的工作數(shù)量

在吸收塔發(fā)生溢流的情況下，可以調(diào)整石膏漿液循環(huán)泵的運(yùn)行數(shù)量。依據(jù)脫硫效率，可以暫時(shí)關(guān)閉1臺石膏漿液循環(huán)泵，以減輕循環(huán)泵對脫硫塔內(nèi)部的干擾。

3.3 定期校準(zhǔn)脫硫塔液位檢測器

在脫硫塔的液位檢測器設(shè)計(jì)上，通常會安裝

3套壓力式液位傳感器。為了確保測量的精確度，必須定期標(biāo)定這些液位檢測器。在測量過程中，將得出的密度值與實(shí)時(shí)監(jiān)測密度數(shù)據(jù)的偏差ρ與設(shè)定的消泡劑動態(tài)臨界值θ進(jìn)行對照，如式（1）所示。若ρ≥θ，則說明起泡情況嚴(yán)重，啟動消泡劑計(jì)量泵；若ρ＜θ，則說明起泡情況不嚴(yán)重或已消退，關(guān)閉消泡劑計(jì)量泵。當(dāng)計(jì)量泵的控制參數(shù)μ為非零值時(shí)，根據(jù)計(jì)量泵的控制參數(shù)，采用式（2）確定輸出的消泡劑量。

（1）

Q=β×μ（2）

式中：μ為計(jì)量泵的控制參數(shù)；η為控制系數(shù)；Q為輸出的消泡劑量；β為注入量系數(shù)。

3.4 投入脫硫?qū)Ｓ孟輨?/p>

當(dāng)脫硫塔出現(xiàn)溢流狀況，常規(guī)做法是在塔底坑中投入定量的脫硫消泡劑，隨后進(jìn)行徹底的攪拌作業(yè)，再通過地坑泵將混合液送回塔內(nèi)漿液中。然而，消泡劑僅能臨時(shí)抑制漿液起泡，無法從根本上解決問題。若停止投放消泡劑，脫硫石膏漿液可能會再次發(fā)生起泡溢流。消泡劑通常含有表面活性成分，部分產(chǎn)品本身就是表面活性劑。若消泡劑投放過量，可能會對脫硫效果造成不利影響。因此，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際液位情況適量調(diào)整消泡劑的投加量。底部液位高度采用式（3）計(jì)算。

H=ρg（H1-H2）×10-3（3）

式中：H為底部液位高度；ρ為吸收塔密度；g為重力加速度；H1為底部液位計(jì)實(shí)測差壓；H2為液位計(jì)安裝高度。

4 脫硫塔消泡案例分析

試驗(yàn)選取某電廠脫硫塔為研究對象，塔高為40 m，內(nèi)徑為20 m，漿液循環(huán)量為20 000～50 000 m3/h。試驗(yàn)裝置包括壓力傳感器、在線密度計(jì)、pH計(jì)、流量計(jì)和消泡劑計(jì)量泵。監(jiān)測數(shù)據(jù)通過上位機(jī)實(shí)時(shí)記錄和顯示，試驗(yàn)周期為30 d。從裝置運(yùn)行開始采集數(shù)據(jù)，包括壓力、溫度、pH值、流量、在線測量密度和操作日志數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟包括數(shù)據(jù)清洗、去噪和缺失值處理。采用卡爾曼濾波進(jìn)行實(shí)時(shí)去噪，并結(jié)合移動平均法進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑處理。重復(fù)數(shù)據(jù)和異常值采用標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)法識別并處理，缺失值采用數(shù)據(jù)均值填充[5]。

通過底部和中部液位計(jì)實(shí)測差壓，分別計(jì)算底部液位高度和中部液位高度，確定液位高度差。利用液位高度差計(jì)算吸收塔密度，并將計(jì)算密度與在線測量密度進(jìn)行比對，得到當(dāng)前氣泡情況。計(jì)算控制消泡劑的動態(tài)閾值，將計(jì)算密度與在線測量密度的差值與動態(tài)閾值進(jìn)行比較，確定計(jì)量泵的控制參數(shù)。若差值大于閾值，啟動消泡劑計(jì)量泵；若差值不大于閾值，關(guān)閉消泡劑計(jì)量泵。實(shí)時(shí)監(jiān)控密度誤差和動態(tài)閾值變化，通過上位機(jī)顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和偏差曲線。根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，調(diào)整消泡劑計(jì)量泵的控制策略。具體控制策略包括3種情況，即低起泡濃度、中起泡濃度和高起泡濃度，分別優(yōu)化消泡劑計(jì)量泵參數(shù)，確保消泡效果，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1數(shù)據(jù)顯示，在實(shí)際應(yīng)用中，脫硫塔泡沫監(jiān)測及消泡精準(zhǔn)控制方法有效。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能精準(zhǔn)監(jiān)測泡沫情況和消泡效果，壓力維持在101 300～101 600 Pa，溫度保持在54～57 ℃。系統(tǒng)能夠在不同漿液條件下保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，pH值保持在5.7～5.9，漿液流量保持在20 000～45 000 m3/h。計(jì)算密度與在線測量密度的差值較小，表明該方法能準(zhǔn)確計(jì)算密度，實(shí)時(shí)反映吸收塔內(nèi)的泡沫情況。消泡劑添加量隨著漿液循環(huán)泵流量的增大而增加，流量越大，消泡劑添加越多。根據(jù)流量變化，該方法自動調(diào)整消泡劑添加量，確保泡沫控制的有效性。

5 結(jié)論

脫硫塔漿液起泡問題是多種因素共同作用的結(jié)果，涉及化學(xué)成分、氣液接觸條件、工藝設(shè)計(jì)及操作維護(hù)等方面。要從優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)、調(diào)整操作參數(shù)及合理應(yīng)用消泡技術(shù)等方面著手，解決這一問題，以確保脫硫系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。深入研究起泡機(jī)理并采取相應(yīng)的技術(shù)措施，有助于提高脫硫效率，減少設(shè)備故障，為實(shí)現(xiàn)更高的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)提供可靠保障。

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