FGD系統脫硫塔溢流案例分析及控制措施

摘 要： 在FGD系統中，吸收塔漿液溢流是較為常見的現象，它對FGD系統的安全穩定運行非常不利。通過運行實踐案例，分析產生溢流的原因，提出解決吸收塔漿液溢流的辦法，保證系統的安全穩定運行。

關鍵詞： FGD；吸收塔；泡沫；溢流；原因；控制措施

0 引言

為積極響應國家發展和改革委員會、環境保護部和國家能源局于2014年9月聯合印發的《煤電節能減排升級與改造行動計劃》。減少煙氣污染物排放量，持續提高公司競爭力，浙江大洋生物科技集團股份有限公司熱電分廠于2016年1月起進行了《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氣機組排放限值。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系統運行中，吸收塔中的液位是影響系統整體安全和經濟運行的重要因素之一。尤其是高液位發生溢流的情況，不但使得系統偏離設計要求運行，致使脫硫效率降低，溢流漿液也將造成環境污染，而且可能使漿液進入氧化風管、煙道等，輕則造成氧化風機、引風機阻力增大，增加電能消耗，重則造成風機損壞，影響FGD系統及鍋爐正常運行。

本文主要結合浙江大洋生物科技集團股份有限公司熱電分廠FGD在運行過程中出現的非正常溢流現象，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股份有限公司現有兩臺35噸/小時循環流化床燃煤鍋爐，一用一備，共用一套FGD脫硫設備，未設煙氣旁路和GGH。通過引風機將經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，并在吸收塔內被氧化風機鼓入的大量空氣氧化成CaSO4，進而生成石膏（CaSO4·2H2O）。脫硫后的煙氣經兩層除霧器除去水霧，溫度50℃左右，接近飽和狀態，進入濕式電除塵器，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，鋼結構圓柱體，內襯玻璃鱗片襯里，由下而上分別為循環區、吸收區、除霧區、除塵區，塔體主要設備包括4臺漿液循環泵、2臺氧化風機、2臺石膏排出泵、3臺攪拌機。

1.2運行概況

按照設計要求，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。正常運行根據需要，循環泵一般3用1備或2用2備，氧化風機1用1備，攪拌機3臺常運，能滿足鍋爐可控負荷范圍內二氧化硫排放控制值小于35mg/Nm3的要求。

2 吸收塔漿液溢流現象案例

例舉我司實際運行過程中發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臺循環泵，此時吸收塔內液位在控制要求內，期間進行正常除霧器的清洗，液位未出現異常，而巡檢人員發現現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，未避免漿液進入煙道或氧化風管中，緊急啟動石膏排出泵排漿至應急事故池的同時，檢查工藝水系統，同時對液位計進行沖洗并通知儀表人員到場檢查，未發現工藝水系統有閥門內漏至吸收塔現象，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，溢流現象才消失，期間液位顯示有突降現象。

案例二：原運行2臺循環泵（內部編號：2#、3#）進行正常脫硫工作，由于鍋爐負荷增加，SO2排放值增大，操作人員準備啟動第3臺（1#）循環泵，啟動后吸收塔液位DCS值發生不正常的“不降反升”現象，為排除液位計堵塞顯示失真情況，操作人員到現場進行液位計沖洗，至現場發現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。檢查工藝水系統及新啟用的（1#）循環泵沖洗水閥，排除工藝水內漏至脫硫塔的情況。停運（1#）循環泵后，溢流現象減弱并消失，重新啟動（1#）后，溢流現象再次發生，為進一步排除由（1#）循環泵管路因素導致的溢流現象，采取停運（2#）循環泵，發現溢流現象也發生減弱并消失，啟用（4#）循環泵，又發生溢流現象，停運（3#）循環泵，溢流現象減弱并消失。明確排除由于單臺泵管路內漏導致的溢流。

案例三：脫硫塔3臺循環泵運行，密度達（≥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（內部編號：1#）進行脫水濾石膏工作，約10分鐘后發現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。關閉石膏排出泵稍后重啟，發現石膏排出泵出口壓力、旋流器壓力和漿液流量恢復正常，約5分鐘后又出現漿液流量急劇減少、石膏排出泵出口壓力降低現象，如此重復。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行沖洗，后再次進行濾石膏工作，流量小、壓力低現象仍存在。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口管路、出口管路及相關閥門進行檢查，結果泵無明顯缺陷故障，管路沒有堵塞，而排漿困難現象仍然存在。后停運靠漿液排出口側4#循環泵及2#攪拌機后，排漿困難現象有所改善，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

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

1）漿液有機物等雜質增加。泡沫是由于表面作用而生成，它的產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、攪拌機攪拌、氧化空氣鼓入，其產生的泡沫穩定性高，而理想狀態下的吸收塔漿液可以設想為是一種純凈的液體，吸收塔裝液泡沫豐富、泡沫單體細小的特性，確定了起泡是由于系統中進入了其它發泡性雜質成分，增加了氣泡液膜的機械強度，最終導致起泡溢流現象的產生[1]。雜質混入的可能性一是當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，大量未燃盡成份隨煙氣在吸收塔內被洗滌；三是吸收塔長期運行過程中煙氣所含惰性成份進入吸收塔并沉積，導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入吸收塔后與硫酸根離子反應，充當起泡劑角色；五是脫水系統廢水長時間回收利用或廢水排放系統未及時投運，使得漿液重金屬不能及時排放，造成漿液重金屬含量超標。

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

3）工藝水水質影響。工藝水中的金屬離子（Na、Mg）、氯離子（Cl）、懸浮物（SS）、化學需氧量（COD）會在脫硫吸收塔內形成堿性物質、結合物及粘性雜質，在吸收塔內漿液析出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的化驗分析，基本能確定不是工藝水質影響。

4 控制措施

為避免吸收塔出現溢流造成事故的情況，一是要有預防措施，二是要有處理措施。

4.1預防措施[3-5]

1）合理控制吸收塔液位。根據設計及操作規程要求將吸收塔內漿液液位控制在規定要求范圍內，每班交接班后對液位計進行正確沖洗，定期校準儀表以確保DCS系統顯示值的可靠性和正確性。

2）控制漿液和廢水品質，并控制石灰石組分（如MgO、SiO2 等）在要求范圍內，同時加強吸收塔漿液、廢水、石灰石漿液和石膏的化學分析工作，有效監控脫硫系統運行狀況，發現漿液品質有惡化趨勢應及時采取處理措施。

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

4）制定嚴格的運行制度。每班對漿液密度、PH進行取樣比對，并根據漿液色澤初步判斷漿液品質。在鍋爐點爐投油或除塵器旁路運行時，運行人員應積極采取措施，如加強廢水排放、進行濾石膏工作、增加石灰石漿液的投入等盡量保證吸收塔漿液品質。如在取樣或脫水時發現漿液泡沫較多，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、懸浮物及各種雜質的含量，保證吸收塔內漿液的品質。

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

7）現溢流管采用倒“U”型布置設計，且在管最高處設置了排空口，為進一步消除泡沫防止發生虹吸，建議在溢流管上部排空口設置沖洗水管，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，停運一臺漿液循環泵以減小吸收塔內部漿液的擾動。漿液循環量加大，每個分子所具有的動能加大，因而其克服內部引力，實現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急事故池，適當降低吸收塔工作液位，減小漿液溢流量，防止漿液進入吸收塔入口煙道。

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

4）出現“案例三”情況時，說明吸收塔內漿液品質較差，可采取停運一臺漿液循環泵或暫時關?？颗懦龉艿组y側的攪拌機，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，應考慮置換漿液。

5 結語

FGD系統吸收塔溢流對系統運行危害很大，必須及時處理。在日常運行中，應實時監控系統數據變化，及時分析數據變化原因，如發現液位異?；虺霈F溢流情況，應及時采取有效措施。

通過運行經驗，如嚴格按照操作規程要求運行，并采取以上預防和處理措施，氣泡溢流現象是可預防可控制的，目前我司FGD系統運行良好，溢流現象基本可防可控，保證了系統安全穩定運行。

參考文獻

[1]禾志強，田雁冰，沈建軍等.石灰石-石膏法脫硫漿液起泡研究[J].電力科技與環保，2008， 24（4）：11-13.

[2]李孝剛.脫硫吸收塔起泡溢流現象分析[J]. 中文信息，2014（11）.

[3]王宇. 關于火電發電廠脫硫吸收塔的常見故障以及發展措施探討[J].中國科技博覽，2015（30）：94-94.

[4]呂宏俊. 石灰石/石灰-石膏濕法脫硫漿液溢流問題研究[J]. 電力科技與環保， 2009，25（6）：22-24.

[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：饒衛康 浙江大洋生物科技集團股份有限公司 熱電分廠 負責熱電廠生產管理及技術管理工作。