燃煤發電機組脫硫塔漿液起泡問題分析及應對措施

毛文利，李輝，陳彪

（國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

發電技術

燃煤發電機組脫硫塔漿液起泡問題分析及應對措施

毛文利，李輝，陳彪

（國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

分析了燃煤機組取消脫硫旁路后脫硫塔漿液起泡的現象及危害，研究了脫硫漿液的起泡機理。在分析脫硫塔起泡原因的基礎上，提出了解決吸收塔漿液起泡溢流問題的技術措施，解決了火電機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

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

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

1 吸收塔起泡現象及其危害

1.1 出現虛假液位

吸收塔是濕法脫硫系統的核心裝置，吸收塔內發生起泡現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，吸收塔液位根據差壓變送器測得的差壓與吸收塔內漿液密度計算得到：

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際液位，從而造成虛假液位。

1.2 塔內漿液溢流

當脫硫塔運行中出現起泡現象導致實際液位變化時，運行人員很難及時察覺，隨著起泡現象的加強，塔內漿液將從吸收塔內溢流。溢流大都發生在兩個部位，其一是溢流至吸收塔入口煙道內，若此處設置了GGH，漿液起泡溢流嚴重時，部分漿液溢流至GGH側，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。對浙江省內多臺機組起泡時的泡沫現場取樣發現，溢流的泡沫大多為濃黑或灰黑色，當含泡沫的漿液溢流至吸收塔區域地溝后，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過程中的一種異常工況。一旦漿液的起泡條件滿足時，若運行人員不能及時發現并進行調整，將導致大量的漿液外溢至入口煙道內，影響增壓風機或GGH的運行安全。當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急劇下降，液面將無法維持原設計水平，使得脫硫效率降低，脫硫反應的氧化效果得不到保證，致使漿液中亞硫酸鹽的含量逐漸升高，石膏品質惡化。表1為某發電廠吸收塔漿液起泡后漿液品質化學分析結果。

表1 吸收塔漿液起泡后漿液化學分析結果

從化驗結果看出，吸收塔內漿液品質惡化趨勢顯著，雜質和石灰石含量較高，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，塔內漿液密度逐漸升高。現場觀察發現：塔內漿液直接打至皮帶機上進行脫水時，可明顯見到一層泡沫，石膏的脫水效果也較差。

2 吸收塔起泡機理

吸收塔在運行過程中，一方面為保證亞硫酸鹽足夠的氧化率，需要強制鼓入氧化風；另一方面，塔內漿液的逆噴淋是一個強烈的液氣接觸過程，這給塔內泡沫的產生提供了外部條件。當運行過程中產生泡沫的內部化學條件成立時，氣體將分散于液體中形成氣-液分散體。因此，當吸收塔內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，吸收塔內泡沫的產生必須具備3個條件：氣液充分并連續接觸；氣液的密度差別較大；表面張力較小。

事實上，在正常運行的吸收塔中，由于噴淋漿液、攪拌器和氧化風的共同作用，前2個條件一定滿足，運行中表面仍然存在有少量起泡現象，只不過在起泡過程中，其液膜逐漸變薄，當液膜厚度低于臨界值時自然破裂。但是當漿液中混入具有表面活性物質或起泡物質時，泡沫體系的不穩定性減弱，液膜修復能力增強，可以阻止液膜的進一步變薄。

所以，吸收塔漿液起泡的原因主要是由于系統中混進了其他成分，增加了起泡液膜的機械強度，即增加了液膜的穩定性。因此，分析這些導致液膜穩定性增強的成分對從根本上解決起泡問題至關重要。

3 脫硫塔起泡原因分析

3.1 塔內有機物含量增加

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

（1）檢修或實施取消旁路煙道的改造過程中，用石油類物質進行原煙道焊口的滲漏試驗或采用煤油和潤滑油的混合物在煙道內涂抹焊口后的殘余物；

（2）取消脫硫旁路改造后，鍋爐投油點火或運行中的投油助燃，使得未燃盡的油類物質隨煙氣進入吸收塔漿液中，從而在吸收塔內重金屬離子逐漸富集的條件下發生皂化反應，最終導致泡沫的產生。

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，實際運行中，發電廠對脫硫工藝水的品質控制一般較好，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行狀況不佳所致，當除塵器的部分電場故障，或無脫硫旁路的機組大量投油點火后，一段時間內電除塵器的效率會有所下降，易導致進入吸收塔的煙氣粉塵濃度超標，含大量惰性物質的雜質進入吸收塔溶解富集，使重金屬含量增高，在大量惰性物質的作用下，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，不僅影響結晶和脫水，而且會與SO42-反應產生大量泡沫，這點與泡沫滅火器的原理相同。但MgO與Mg（OH）2自身可以單獨作為脫硫劑使用，漿液中適當的MgO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產生影響，這一情況采用外購石灰石粉時很容易出現。

某機組調試期間由于磨石粉廠還未及時投運，采用外購石灰石粉，表2是該機組發生漿液起泡現象后，對其外購石灰石粉進行化學成分分析的結果。

表2 起泡時石灰石化學成分分析結果%

3.4 運行控制因素

3.4.1 水質控制

吸收塔水質控制主要是對工藝水品質的控制和對脫硫廢水處理系統的運行調節。在工藝水方面，若吸收塔補充的工藝水質達不到設計要求，COD（化學需氧量）和BOD（生化需氧量）等含量超標嚴重，運行中脫水系統或廢水處理系統未能正常投入，將使吸收塔漿液品質惡化，同樣易發生起泡現象。

3.4.2 氧化風量控制

一般運行中的氧化風量是根據脫硫設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。當氧化風量不足時易導致亞硫酸鹽含量嚴重超標，反之，若氧化風量超過實際需要量又缺乏有效調節手段時，這些富余的空氣將以氣泡的形式從氧化區底部溢流至漿液的表面，若此時停運漿液循環泵或開啟氧化風機，則吸收塔漿液的氣液平衡會被破壞，導致吸收塔漿液大量溢流。

4 漿液起泡溢流的應對措施分析

4.1 主要應對措施

吸收塔漿液起泡后，通常的處理辦法有兩種，其一是進行大量的漿液置換，這種方式耗時且浪費大量漿液和工藝水；其二是添加脫硫專用消泡劑。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標。因此，對漿液起泡溢流問題，尤其是對取消脫硫旁路的機組而言，最佳的解決方式是從運行調節和監控手段上進行預防。

4.2 運行調整措施

鍋爐啟動方式調節的主要目的，是避免鍋爐點火啟動階段的飛灰和油污等物質過多地進入吸收塔，保證鍋爐在油槍撤出后的正常運行。由于機組啟動后漿液會被污染，因此在鍋爐點火前，吸收塔盡量保持較低液位，一般以允許啟動漿液循環泵即可，否則將加大漿液置換量。首臺磨煤機投運后，需要至少投運電除塵器的1個電場，并對吸收塔漿液pH值的靈敏性進行監視。若pH值靈敏性變差，應盡早進行部分漿液置換。

運行中要嚴格控制吸收塔補水水質，加強過濾和預處理，降低COD與BOD含量，確保補充水的參數指標處于設計值范圍之內。當發現塔內有泡沫時，應加強除霧器的沖洗，水噴淋是消除泡沫的有效手段，可減少泡沫的積累。

4.3 改進吸收塔液位監測方式

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“虛假液位”，使運行人員不能及時發現，從而對脫硫系統的安全運行造成較大威脅。因此，需要對液位的測量方式進行改進。改進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真實密度，故用1個換算密度ρ′來表示起泡液位區的密度值：

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的方法得出的液位在吸收塔起泡時，可以反映塔內的真實液位，運行人員可以掌握塔內的實際液位情況，控制加入消泡劑的時間，從而節約運行成本，保證系統的安全與穩定。

實際操作中，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行比較，當二者相差值≥20 kg/m3時，設置系統報警，提醒運行人員進行密度值和系統狀態確認。

4.4 氧化風量校核

合適的氧化風量是避免運行中出現起泡現象的又一措施。在運行中，可以根據以下方法對當前吸收塔的氧化風量進行校核計算，及時調整氧化風的供應量。

根據設計理論，當原煙氣中含氧量為4%～5%時，在吸收塔噴淋區域的氧化率為30%～40%。采用氧槍式氧化分布技術，在吸收塔漿池中氧化空氣利用率c=25%～30%，因此，吸收塔內需要的氧化空氣量Q及氧化空氣理論供應量Qair的計算方法為：

根據以上公式計算出的氧化風量可以保證在鍋爐負荷及燃煤含硫量變化的情況下，系統氧化風量的平衡。

4.5 添加脫硫專用消泡劑

消泡劑的添加方法是在發現起泡的當時即可通過區域漿池加入，還需要對塔內的漿液進行置換操作。由于現有商業消泡劑種類繁多，對各類起泡現象的應用效果也大不相同，在選用上必須有針對性，實際中可取溢流漿液進行小型試驗后選定。一般無脫硫旁路系統的機組在啟動過程中發生的吸收塔起泡現象，可直接采用有機硅類消泡劑進行消泡處理，效果較好。

值得注意的是，系統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起泡溢流現象。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 結語

脫硫塔漿液起泡問題跟脫硫系統的雜質和運行方式緊密相關，漿液起泡溢流后對GGH和增壓風機的安全運行影響巨大，值得發電廠引起足夠的重視。在脫硫旁路取消后，起泡幾率將增加，需要從液位監測手段和運行方式上進行適當改進，才能降低系統起泡溢流的次數。

脫硫塔起泡后重要的是防止漿液倒灌入原煙氣側影響增壓風機和GGH等設備，運行操作上可以停運1臺漿液循環泵，或停運1臺氧化風機，以減小吸收塔內部漿液的擾動，同時將塔內漿液打入事故漿液箱暫存，降低塔內雜質濃度。液位降低后，開啟除霧器進行沖洗。實踐證明，新鮮工藝水通過除霧器沖洗補入吸收塔具有良好的消泡效果。

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

[2]程永新.FGD系統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，從事電力環保技術工作。