MW机组脱硫吸收塔浆液起泡溢流

吸收塔浆液起泡溢流极大地影响了脱硫系统和设备的安全稳定运行。为探究吸收塔浆液起泡溢流的根本原因，介绍了吸收塔泡沫的生成机理和影响因素，通过对某MW机组脱硫装置进行长期跟踪监测试验，分析找出了引起该吸收塔起泡溢流的原因并提出了相应的预防和应对措施。结果表明：入口烟气粉尘含量、工艺水水质、石灰石品质等不合格将会引起吸收塔浆液起泡，而浆液循环泵、氧化风机等设备的扰动将会加剧吸收塔起泡浆液的溢流。

关键词：湿法脱硫；吸收塔浆液；泡沫；溢流；扰动

0引言

石灰石一石膏湿法脱硫是目前技术最成熟、最普通的烟气脱硫方法，广泛应用于MW燃煤机组。随着我国大气排放标准不断提高，《燃煤电厂超低排放改造计划》的实施以及日益严峻的环境问题，烟气脱硫系统的安全稳定运行尤为重要，因此脱硫系统的精细化、专业化管理也是未来的趋势。然而，脱硫吸收塔浆液起泡溢流问题却成为其安全运行的棘手问题，浆液起泡往往会造成虚假液位、吸收塔溢流、污染环境、增加耗能，造成泵的汽蚀等问题;严重时甚至影响引风机安全运行，造成整个机组的稳定行变差。研究者普遍认为浆液起泡是由多种因素综合影响的，浆液起泡往往伴随着吸收塔溢流困，但目前浆液起泡溢流仍缺乏一定的分析和监测手段。

1泡沫产生的机理和影响因素

泡沫是气泡分散在液体中所形成的彼此之间以液膜隔离的多孔膜状多分散体系。一般情况下，泡沫是热力学不稳定体系，液体中的泡沫由于重力的作用能够自动逸出，溶液起泡的原因主要有3个方面：

（1）浆液中含有类似表面活性剂的成分，例如异曝挫琳酮；

（2）溶液中产生气体或者进入空气，例如氧化空气的鼓入；

（3）机械扰动，例如循泵的扰动等。

研究表明，泡沫稳定性的影响因素有：表面张力、溶液表面孰度、溶液泡沫双气-液界面结构液膜弹性、气体通过双气-液界面结构液膜的扩散、双气-液界面结构表面电荷的影响、溶液中杂质分子结构的影响等。其中，最主要的2个因素是气泡表面张力和溶液表面粘度，表面张力越小、溶液表面粘度越大，则越容易形成泡沫，因此要使泡沫破裂就需要增大其表面张力、减小表面粘度。

2吸收塔浆液起泡溢流原因分析

泡沫的稳定性是影响吸收塔浆液起泡的主要原因，可以从2个方面分析：

一是进入吸收塔中的物质，主要包括石灰石、工艺水和烟气等；

二是设备扰动，包括浆液循环泵、氧化风机启停的扰动以及托盘或湍流装置的影响。本文对某MW燃煤机组脱硫系统进行了长期跟踪监测，对入口烟气、工艺水、石灰石化验指标进行分析，结合氧化风机、浆液循环泵等设备对浆液的扰动影响，详细地分析了吸收塔浆液起泡溢流的影响因素。

2.1入口烟气

入口原烟气对吸收塔浆液有着直接的影响，烟尘、重金属等超标可能会引起浆液中毒、起泡等现象。

例如锅炉投油或者燃烧不充分时，烟气中会含有未燃烬的碳粒进入吸收塔，使得吸收塔浆液中的有机物含量增加引起起泡。锅炉除尘器运行不佳会造成烟气中粉尘浓度增加，其中的重金属物质、Al2O3和Fe等会增加吸收塔浆液的粘度，甚至发生皂化反应，在浆液表面形成油膜，引起吸收塔浆液起泡并增加泡沫的稳定性。年1月，该机组脱硫吸收塔浆液发生较严重的起泡溢流现象，期间石灰石质量合格，工艺水水质稳定，吸收塔发生起泡溢流现象，将吸收塔液位降低2m后溢流现象减弱但仍有较多泡沫。

分析其原因，发现此段时间锅炉在高负荷情况下(大于MW)，FGD入口含氧量仅为3%左右，煤粉可能并未完全燃烧。FGD入口烟尘浓度在9.14～17.89mg/Nm3左右，而FGD出口烟尘在1.87～3.45mg/Nm3左右，可见吸收塔浆液捕集了大量的烟尘。而高负荷下烟尘中含有较多的未燃烬的碳粒、Al2O3和Fe，其中Al2O3和Fe为非结晶的细小颗粒，这些颗粒通过石膏旋流器后，绝大多数返回吸收塔本体，使得吸收塔本体中的烟尘不断聚集，大大提高了浆液的粘度，增强了泡沫的稳定性，最终造成吸收塔浆液起泡溢流。在主机调整电除尘运行状况后，入口烟尘在4.34～5.47mg/Nm3，吸收塔浆液起泡溢流现象有所缓解。这充分说明烟气成分是影响吸收塔浆液起泡的一个重要因素。在国内发生的吸收塔浆液起泡事件中，由除尘器效果不佳造成的重金属、颗粒物聚集超标现象很普遍。

2.2工艺水

工艺水是维持脱硫吸收塔水平衡最主要的因素，水质在一定程度上影响着吸收塔的浆液品质。年2月，该机组脱硫吸收塔在起机后发生较严重的浆液起泡溢流现象(图1所示)。此段时间，吸收塔液位低于正常运行液位2m左右，该脱硫系统所用石灰石成分含量均满足设计值要求，机组负荷、燃煤情况稳定，除尘器良好。分析原因可知，该脱硫系统工艺水几乎全部来自循环冷却水，由于起机初期循环冷却水中加入了较多缓蚀阻垢剂和杀菌剂，而杀菌剂其主要成分为异噻唑啉酮及其衍生物等有机物，它起到表面活性剂的作用并且能够提供较高的COD当量。化验工艺水中的异曝挫酮浓度竟达.34±8.23mg/L，同时脱硫废水中的化学COD也达.6±5.6mg/L。另一方面，水质不合格的低温省煤器冲洗水全部由地沟进入吸收塔。起泡期间，加消泡剂只能减弱起泡2h左右，而置换浆液无明显效果。随后工艺水质有所好转，吸收塔起泡情况逐步减弱，由此可判断出该吸收塔浆液起泡溢流主要是由工艺水水质引起的。文献研究表明，循环水中的异噻唑啉酮杀菌剂进入吸收塔浆液后起到了表面活性剂的作用，降低了溶液表面张力，使吸收塔极易起泡且泡沫非常稳定。

图1脱硫吸收塔浆液起泡溢流现象

从图1中可以看出，浆液泡沫颜色偏黑，主要原因为浆液中的COD成分在吸收塔内不断累积、分解、甚至碳化，导致浆液颜色变深。这些有害物质极易聚集在吸收塔浆液表面，超出临界胶束浓度后即以泡沫的形式存在于吸收塔液面之上。文献的研究表明，浆液中的COD在～mg/L的高浓度下容易引起吸收塔浆液起泡溢流现象的发生。

2.3石灰石

进入脱硫吸收塔的物质，除了工艺水、烟气，还有一个最重要的物质就是石灰石浆液。石灰石浆液的品质不仅影响吸收塔脱硫效率，还在很大程度上影响吸收塔的浆液品质和石膏品质等。石灰石中的惰性成分以及湿式球磨机中钢球磨损带出的金属元素(Cd、Ni等)在一定程度上容易引起吸收塔浆液品质恶化，甚至会引起吸收塔起泡溢流。石灰石中Al2O3和微量金属含量过多也会在吸收塔中聚集，起到与烟尘超标同样的作用。另外，石灰石中MgO含量超标，往往会造成浆液起泡。由于镁离子的溶解度高于钙离子，浆液中适当的Mg0将有利于提高脱硫效率，但石灰石中Mg0含量过多不仅影响结晶和脱水，还会与S-反应，造成滤液中的溶解盐增多，提高形成泡沫的弹性，增强泡沫的稳定性。年3月，该吸收塔再次起泡。原因有两方面：一方面是事故浆液箱品质较差的浆液进入吸收塔过多；另一方面便是石灰石品质不合格。对石灰石进行化验，发现其石灰石中Mg0含量在4.61%～5.77%，观察石灰石颜色偏青，而正常Mg0化验值在0.25%～1.17%之间；同时浆液中Mg0含量也较往常偏多，达到3.29%～5.31%，由此可见，此次起泡主要由石灰石浆液品质造成。年6月，某电厂发生浆液起泡溢流现象，经分析原因为石灰石中Mg0含量过大，最高达到5.83%；文献在研究中也发现山东某电厂一次浆液起泡溢流的主要原因为石灰石品质不合格，其石灰石中Mg0含量在3.53%～4.17%，酸不溶物达19.00%；文献在研究中表明，浙江某电厂吸收塔浆液起泡溢流的主要原因为石灰石中Mg0含量过多(5.45%)。综合现场实际和相关文献可知，石灰石品质差特别是Mg0含量过高是引起吸收塔浆液起泡的一个重要因素。

2.4设备扰动

吸收塔相关设备启停造成的扰动往往会加剧已起泡浆液的溢流。针对该机组脱硫吸收塔浆液起泡的情况，运行人员在操作方式上进行了优化，具体设备操作见表1。其中，A组数据表示低负荷下氧化风机启停对相关参数的影响；B组数据表示连续负荷变化下浆液循环泵启停对相关参数的影响。

表1设备操作对吸收塔浆液溢流影响

从A组数据中可以看出，在负荷为MW、3台循泵运行时吸收塔入口烟气压力为Pa，塔内湍流压差为Pa。当氧化风量停运后，吸收塔入口压力、湍流压差和底部液位无明显变化，但是吸收塔顶部液位却降低了1.46m，液位差降低了1.42m，同时观察到吸收塔溢流情况明显变少。而在负荷涨至MW时，入口烟气压力增大了.8Pa湍流压差增大了72.1Pa，重新启动氧化风机后，吸收塔顶部液位升高了0.79m，液位差增大了1.07m，吸收塔溢流加剧。这是因为吸收塔顶部浆液主要是气液固三相状态，而在浆液起泡时气相分压较大，氧化风的鼓入极大地增加了上部浆液扰动，不仅导致浆液形成更多的泡沫，更使上部浆液中气相分压剧烈增加，导致上部压力变送器测量值增大，液位升高。同时，由于上部浆液密度较低，增加的压力足以使产生“虚假液位”的吸收塔上部浆液产生溢流。值得注意的是，氧化风机的启停并不会对入口烟气压力和湍流压差产生影响，因为氧化风量相对于烟气量来说非常少，所以在氧化风机启动时烟气压力的增加和湍流压差的增加是由锅炉负荷引起而不是氧化风机。

从B组数据可以看出，在负荷连续上涨过程中，吸收塔入口烟气压力、湍流压差随之增大，吸收塔顶部液位也增大，但这种增大是缓慢的。在B组数据中，注意到氧化风量不变的情况下循泵的启停直接影响到吸收塔入口烟气压力和湍流压差。例如，当启动A浆液循环泵时，吸收塔入口烟气压力增加了.4Pa湍流压差增大了72.6Pa，顶部液位增加了0.91m，液位差增加了0.87m，此时观察到吸收塔溢流迅速增大。在停运A浆液循环泵后，吸收塔入口烟气压力降低了.3Pa，湍流压差降低了46.7Pa，顶部液位降低了0.85m，吸收塔溢流相应减少。分析其原因，当循泵启动时，吸收塔底部液位降低，浆液通过喷淋层与通过湍流管栅的烟气逆流接触。在这个过程中，喷淋层的浆液会在湍流管栅上形成一层液膜，这层液膜对于提高吸收塔脱硫效率作用明显，但是却在一定程度上增加了烟气阻力(～Pa)，加上喷淋层产生的阻力(近似为入口烟气压力的增加)，烟气会在浆液上部和湍流层下部聚集压缩，造成此区域正压增大，导致吸收塔上部压力变送器测量值增大(顶部液位增大)，由于上部浆液密度低，增大的正压导致已产生“虚假液位”的吸收塔大量溢流。

3预防及控制措施

（1）预防吸收塔浆液起泡主要从进入吸收塔的物质方面进行监测控制。严格控制进入吸收塔工艺水质，重点