FGD系統(tǒng)脫硫塔溢流案例分析及控制措施

摘 要： 在FGD系統(tǒng)中，吸收塔漿液溢流是較為常見的現(xiàn)象，它對FGD系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行非常不利。通過運行實踐案例，分析產(chǎn)生溢流的原因，提出解決吸收塔漿液溢流的辦法，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞： FGD；吸收塔；泡沫；溢流；原因；控制措施

0 引言

為積極響應(yīng)國家發(fā)展和改革委員會、環(huán)境保護(hù)部和國家能源局于2014年9月聯(lián)合印發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃》。減少煙氣污染物排放量，持續(xù)提高公司競爭力，浙江大洋生物科技集團(tuán)股份有限公司熱電分廠于2016年1月起進(jìn)行了《熱電鍋爐尾氣深度清潔化治理改造項目》，項目完成后使煙氣污染物排放濃度基本符合燃?xì)鈾C組排放限值。項目采用石灰石-石膏脫硫工藝以減少二氧化硫的排放，根據(jù)實際運行情況看，脫硫效率高，能滿足超低排放要求限額。

在FGD系統(tǒng)運行中，吸收塔中的液位是影響系統(tǒng)整體安全和經(jīng)濟(jì)運行的重要因素之一。尤其是高液位發(fā)生溢流的情況，不但使得系統(tǒng)偏離設(shè)計要求運行，致使脫硫效率降低，溢流漿液也將造成環(huán)境污染，而且可能使?jié){液進(jìn)入氧化風(fēng)管、煙道等，輕則造成氧化風(fēng)機、引風(fēng)機阻力增大，增加電能消耗，重則造成風(fēng)機損壞，影響FGD系統(tǒng)及鍋爐正常運行。

本文主要結(jié)合浙江大洋生物科技集團(tuán)股份有限公司熱電分廠FGD在運行過程中出現(xiàn)的非正常溢流現(xiàn)象，分析原因并提出控制措施。

1 FGD概況

1.1工藝概況

浙江大洋生物科技集團(tuán)股份有限公司現(xiàn)有兩臺35噸/小時循環(huán)流化床燃煤鍋爐，一用一備，共用一套FGD脫硫設(shè)備，未設(shè)煙氣旁路和GGH。通過引風(fēng)機將經(jīng)布袋除塵器除塵后煙氣送至吸收塔，煙氣與由上而下噴出的霧態(tài)的石灰石漿液逆向接觸，從而吸收煙氣中的SO2生成CaSO3，并在吸收塔內(nèi)被氧化風(fēng)機鼓入的大量空氣氧化成CaSO4，進(jìn)而生成石膏（CaSO4·2H2O）。脫硫后的煙氣經(jīng)兩層除霧器除去水霧，溫度50℃左右，接近飽和狀態(tài)，進(jìn)入濕式電除塵器，確保煙囪入口固體顆粒物濃度小于5mg/Nm3，后排放至大氣。

吸收塔直徑為φ3.6m，高度為26.13m，鋼結(jié)構(gòu)圓柱體，內(nèi)襯玻璃鱗片襯里，由下而上分別為循環(huán)區(qū)、吸收區(qū)、除霧區(qū)、除塵區(qū)，塔體主要設(shè)備包括4臺漿液循環(huán)泵、2臺氧化風(fēng)機、2臺石膏排出泵、3臺攪拌機。

1.2運行概況

按照設(shè)計要求，吸收塔正常液位要求控制在7.8-8.5米（DCS顯示值0.8-1.5米），溢流液位為9.5米。正常運行根據(jù)需要，循環(huán)泵一般3用1備或2用2備，氧化風(fēng)機1用1備，攪拌機3臺常運，能滿足鍋爐可控負(fù)荷范圍內(nèi)二氧化硫排放控制值小于35mg/Nm3的要求。

2 吸收塔漿液溢流現(xiàn)象案例

例舉我司實際運行過程中發(fā)生的溢流情況的典型案例。

案例一：切換鍋爐或鍋爐短時間停運后重新投運需投油助燃（我公司循環(huán)流化床鍋爐采用床下點火方式）時，在點火投油后，布袋除塵器旁路運行，操作人員按要求啟動3臺循環(huán)泵，此時吸收塔內(nèi)液位在控制要求內(nèi)，期間進(jìn)行正常除霧器的清洗，液位未出現(xiàn)異常，而巡檢人員發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場溢流管有漿液溢流，且能明顯觀察到漿液表面有一層黑色油裝物質(zhì)，未避免漿液進(jìn)入煙道或氧化風(fēng)管中，緊急啟動石膏排出泵排漿至應(yīng)急事故池的同時，檢查工藝水系統(tǒng)，同時對液位計進(jìn)行沖洗并通知儀表人員到場檢查，未發(fā)現(xiàn)工藝水系統(tǒng)有閥門內(nèi)漏至吸收塔現(xiàn)象，也可基本排除液位計故障原因，直至排出大量漿液至事故池后，溢流現(xiàn)象才消失，期間液位顯示有突降現(xiàn)象。

案例二：原運行2臺循環(huán)泵（內(nèi)部編號：2#、3#）進(jìn)行正常脫硫工作，由于鍋爐負(fù)荷增加，SO2排放值增大，操作人員準(zhǔn)備啟動第3臺（1#）循環(huán)泵，啟動后吸收塔液位DCS值發(fā)生不正常的“不降反升”現(xiàn)象，為排除液位計堵塞顯示失真情況，操作人員到現(xiàn)場進(jìn)行液位計沖洗，至現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)溢流管口有漿液溢流，啟動石膏排出泵緊急排漿，效果不明顯。檢查工藝水系統(tǒng)及新啟用的（1#）循環(huán)泵沖洗水閥，排除工藝水內(nèi)漏至脫硫塔的情況。停運（1#）循環(huán)泵后，溢流現(xiàn)象減弱并消失，重新啟動（1#）后，溢流現(xiàn)象再次發(fā)生，為進(jìn)一步排除由（1#）循環(huán)泵管路因素導(dǎo)致的溢流現(xiàn)象，采取停運（2#）循環(huán)泵，發(fā)現(xiàn)溢流現(xiàn)象也發(fā)生減弱并消失，啟用（4#）循環(huán)泵，又發(fā)生溢流現(xiàn)象，停運（3#）循環(huán)泵，溢流現(xiàn)象減弱并消失。明確排除由于單臺泵管路內(nèi)漏導(dǎo)致的溢流。

案例三：脫硫塔3臺循環(huán)泵運行，密度達(dá)（≥1180kg/m3）排漿脫水濾石膏要求，操作人員按要求啟用石膏排出泵（內(nèi)部編號：1#）進(jìn)行脫水濾石膏工作，約10分鐘后發(fā)現(xiàn)石膏排出泵出口壓力變小（原0.7MPa降至0.2MPa），漿液流量急劇減少，且能從濾布上明顯觀察到漿液充滿大量泡沫。關(guān)閉石膏排出泵稍后重啟，發(fā)現(xiàn)石膏排出泵出口壓力、旋流器壓力和漿液流量恢復(fù)正常，約5分鐘后又出現(xiàn)漿液流量急劇減少、石膏排出泵出口壓力降低現(xiàn)象，如此重復(fù)。為排除由于管路堵塞情況造成的影響，操作人員打開工藝水泵對管路進(jìn)行沖洗，后再次進(jìn)行濾石膏工作，流量小、壓力低現(xiàn)象仍存在。更換（2#）石膏排除泵后仍無效，隨后通知機修人員對兩臺泵及進(jìn)口管路、出口管路及相關(guān)閥門進(jìn)行檢查，結(jié)果泵無明顯缺陷故障，管路沒有堵塞，而排漿困難現(xiàn)象仍然存在。后停運靠漿液排出口側(cè)4#循環(huán)泵及2#攪拌機后，排漿困難現(xiàn)象有所改善，在脫水真空過濾機濾布上可明顯觀察到漿液充滿汽包。

3 吸收塔漿液溢流的原因分析

根據(jù)溢流發(fā)生時現(xiàn)象判斷，基本確定溢流的原因在于吸收塔內(nèi)漿液出現(xiàn)氣泡或產(chǎn)生泡沫，引起“虛假液位”或發(fā)生虹吸現(xiàn)象。而塔底三臺攪拌機攪拌、氧化空氣鼓入、循環(huán)泵漿液噴淋等因素的綜合影響加劇了液位波動和發(fā)生虹吸的概率。結(jié)合我公司脫硫系統(tǒng)吸收塔漿液溢流的現(xiàn)象，分析原因如下：

1）漿液有機物等雜質(zhì)增加。泡沫是由于表面作用而生成，它的產(chǎn)生是由于氣體分散于液體中形成氣--液的分散體，在泡沫形成的過程中，氣--液界面會急劇的增加。若液體的表面張力越低，則氣--液界面的面積越大，泡沫的體積也越大。正常情況下吸收塔槳液受漿液循環(huán)、攪拌機攪拌、氧化空氣鼓入，其產(chǎn)生的泡沫穩(wěn)定性高，而理想狀態(tài)下的吸收塔漿液可以設(shè)想為是一種純凈的液體，吸收塔裝液泡沫豐富、泡沫單體細(xì)小的特性，確定了起泡是由于系統(tǒng)中進(jìn)入了其它發(fā)泡性雜質(zhì)成分，增加了氣泡液膜的機械強度，最終導(dǎo)致起泡溢流現(xiàn)象的產(chǎn)生[1]。雜質(zhì)混入的可能性一是當(dāng)鍋爐點火時大量投油，煙氣中攜帶大量未燃盡成份，在與噴淋漿液逆向接觸后被漿液吸收；二是機組啟動初期煤粉燃燒不充分且布袋處于旁路運行狀態(tài)，大量未燃盡成份隨煙氣在吸收塔內(nèi)被洗滌；三是吸收塔長期運行過程中煙氣所含惰性成份進(jìn)入吸收塔并沉積，導(dǎo)致吸收塔漿液重金屬含量增高，且重金屬離子增多會引起漿液表面張力增加；四是石灰石中氧化鎂隨漿液進(jìn)入吸收塔后與硫酸根離子反應(yīng)，充當(dāng)起泡劑角色；五是脫水系統(tǒng)廢水長時間回收利用或廢水排放系統(tǒng)未及時投運，使得漿液重金屬不能及時排放，造成漿液重金屬含量超標(biāo)。

2）漿液循環(huán)泵、氧化風(fēng)機等啟停的影響。系統(tǒng)正常運行時吸收塔內(nèi)形成氣液平衡狀態(tài)。在循環(huán)泵啟停、氧化風(fēng)機跳閘啟動時，一定程度上加劇了吸收塔內(nèi)的擾動或使吸收塔漿液氣液平衡被破壞，加之若漿液品質(zhì)不佳，將加劇吸收塔內(nèi)氣泡的生成。

3）工藝水水質(zhì)影響。工藝水中的金屬離子（Na、Mg）、氯離子（Cl）、懸浮物（SS）、化學(xué)需氧量（COD）會在脫硫吸收塔內(nèi)形成堿性物質(zhì)、結(jié)合物及粘性雜質(zhì)，在吸收塔內(nèi)漿液析出CO2及富有O2氣體工況下，在擾動作用下形成大量泡沫[2]。通過對我公司工藝水水質(zhì)的化驗分析，基本能確定不是工藝水質(zhì)影響。

4 控制措施

為避免吸收塔出現(xiàn)溢流造成事故的情況，一是要有預(yù)防措施，二是要有處理措施。

4.1預(yù)防措施[3-5]

1）合理控制吸收塔液位。根據(jù)設(shè)計及操作規(guī)程要求將吸收塔內(nèi)漿液液位控制在規(guī)定要求范圍內(nèi)，每班交接班后對液位計進(jìn)行正確沖洗，定期校準(zhǔn)儀表以確保DCS系統(tǒng)顯示值的可靠性和正確性。

2）控制漿液和廢水品質(zhì)，并控制石灰石組分（如MgO、SiO2 等）在要求范圍內(nèi)，同時加強吸收塔漿液、廢水、石灰石漿液和石膏的化學(xué)分析工作，有效監(jiān)控脫硫系統(tǒng)運行狀況，發(fā)現(xiàn)漿液品質(zhì)有惡化趨勢應(yīng)及時采取處理措施。

3）加強氧化風(fēng)機運行管理。FGD系統(tǒng)運行期間，檢查氧化風(fēng)機的運行狀態(tài)，保證備用氧化風(fēng)機處于良好的狀態(tài)，運行風(fēng)機故障停運后要及時啟用備用風(fēng)機，以免發(fā)生虹吸現(xiàn)象，造成大量漿液溢流。

4）制定嚴(yán)格的運行制度。每班對漿液密度、PH進(jìn)行取樣比對，并根據(jù)漿液色澤初步判斷漿液品質(zhì)。在鍋爐點爐投油或除塵器旁路運行時，運行人員應(yīng)積極采取措施，如加強廢水排放、進(jìn)行濾石膏工作、增加石灰石漿液的投入等盡量保證吸收塔漿液品質(zhì)。如在取樣或脫水時發(fā)現(xiàn)漿液泡沫較多，可考慮從濾液回收池加入適量消泡劑以抑制泡沫生成。

5）堅持脫水系統(tǒng)廢水的排放，從而降低吸收塔漿液重金屬離子、氯離子、有機物、懸浮物及各種雜質(zhì)的含量，保證吸收塔內(nèi)漿液的品質(zhì)。

6）注意吸收塔入口處煙氣溫度，如果出現(xiàn)溫度突然大幅下降的現(xiàn)象，考慮漿液是否大量溢流進(jìn)入煙道，并采取緊急排漿等應(yīng)急措施，同時加強對引風(fēng)機的檢查和監(jiān)視，必要時聯(lián)系鍋爐崗位緊急停爐處理[5]。

7）現(xiàn)溢流管采用倒“U”型布置設(shè)計，且在管最高處設(shè)置了排空口，為進(jìn)一步消除泡沫防止發(fā)生虹吸，建議在溢流管上部排空口設(shè)置沖洗水管，一方面可以防止排空口堵塞，另一方面可以消除泡沫量。

4.2處理措施

1）在滿足脫硫效果的前提下，停運一臺漿液循環(huán)泵以減小吸收塔內(nèi)部漿液的擾動。漿液循環(huán)量加大，每個分子所具有的動能加大，因而其克服內(nèi)部引力，實現(xiàn)表面增大的可能性大，即起泡性增強。

2）在可以保證氧化效果的前提下，打開石膏排出泵至應(yīng)急事故池，適當(dāng)降低吸收塔工作液位，減小漿液溢流量，防止?jié){液進(jìn)入吸收塔入口煙道。

3）適當(dāng)加長脫水系統(tǒng)工作時間，加大石膏排出量，降低吸收塔內(nèi)漿液密度，保證新鮮漿液的不斷補入。

4）出現(xiàn)“案例三”情況時，說明吸收塔內(nèi)漿液品質(zhì)較差，可采取停運一臺漿液循環(huán)泵或暫時關(guān)停靠排出管底閥側(cè)的攪拌機，同時打開沖洗水閥，確保石膏排出泵壓力，防止汽蝕損壞石膏排出泵。盡可能加長脫水時間。

5）如采取以上措施后仍無法消除氣泡溢流情況，應(yīng)考慮置換漿液。

5 結(jié)語

FGD系統(tǒng)吸收塔溢流對系統(tǒng)運行危害很大，必須及時處理。在日常運行中，應(yīng)實時監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)變化，及時分析數(shù)據(jù)變化原因，如發(fā)現(xiàn)液位異常或出現(xiàn)溢流情況，應(yīng)及時采取有效措施。

通過運行經(jīng)驗，如嚴(yán)格按照操作規(guī)程要求運行，并采取以上預(yù)防和處理措施，氣泡溢流現(xiàn)象是可預(yù)防可控制的，目前我司FGD系統(tǒng)運行良好，溢流現(xiàn)象基本可防可控，保證了系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

參考文獻(xiàn)

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[5]吳昊. 吸收塔漿液起泡的管理[J]. 廣州化工， 2015（18）：139-140.

作者簡介：饒衛(wèi)康 浙江大洋生物科技集團(tuán)股份有限公司 熱電分廠 負(fù)責(zé)熱電廠生產(chǎn)管理及技術(shù)管理工作。