脫硫吸收塔漿液起泡原因分析與處理

曹海祥

(浙江天藍環保工程有限公司，浙江 杭州 311202)

0 引言

山西某公司2臺高溫高壓220 t/h循環流化床鍋爐，無中間再熱、自然循環、單爐膛、平衡通風，固態排渣，半露天布置，8米以下封閉，全鋼構架。2018年對鍋爐煙氣進行超低排放改造，鍋爐煙氣流程為爐膛—SNCR脫硝—旋風分離器—尾部受熱面—SCR脫硝—空氣預熱器—布袋除塵器—引風機—脫硫塔—濕式電除塵器—濕煙囪。

鍋爐煙氣脫硫除塵工藝采用布袋除塵器+石灰石-石膏法脫硫+濕式電除塵器。脫硫除塵系統安裝完成，進入調試運行階段，脫硫系統出現了嚴重的漿液起泡情況，吸收塔漿液從溢流口溢流到塔外地溝內，脫硫效率較剛投運時下降明顯，出口SO2濃度不能穩定達標。為了解決脫硫吸收塔漿液起泡問題，本文結合了實際工程情況，進行了原因分析并提出了相應的解決措施，以期為類似工程提供一定參考。

1 工藝及設備

1.1 脫硫系統工藝流程簡述

脫硫系統以石灰石粉作為脫硫劑，產生的脫硫石膏用于建材行業水泥廠和石膏板廠作原料，脫硫系統主要由煙風系統、吸收塔系統、脫硫劑制備及供給系統、石膏脫水系統、工藝水系統、電氣儀控系統等組成。工藝流程圖詳見圖1。

圖1 脫硫系統工藝流程示意圖Fig.1 Process flow diagram of desulfurization system

除塵后的煙氣經引風機進入吸收塔，與塔內脫硫液反應，經機械除霧器和濕式電除塵器除塵除霧后排放。脫硫液采用內循環吸收方式，吸收SO2后流入塔釜，由循環泵從塔釜打到噴淋層上，在噴淋層被噴嘴霧化，并在重力作用下落回塔釜。

吸收塔底部鼓入空氣對脫硫中間產物亞硫酸鈣進行強制氧化，保證吸收塔中石膏品質。引出部分脫硫液至石膏脫水系統，維持塔內漿液密度恒定。通過向塔內加入石灰石漿液，維持塔釜漿液的pH值穩定，保證脫硫效率。

1.2 項目設備、煤質參數

項目的鍋爐參數和煤質資料見表1和表2，煙氣脫硫除塵裝置參數詳見表3。

表1 鍋爐參數表

續表

表2 鍋爐煤質資料表

表3 脫硫除塵裝置參數表

脫硫塔漿液起泡溢流現場照片見圖2。

圖2 脫硫塔漿液起泡溢流到地溝情形Fig.2 Slurry of desulfurization tower bubblingand overflowing to trench

2 脫硫漿液起泡的影響

2.1 漿液溢流危及鍋爐系統安全

脫硫漿液起泡時，吸收塔真實液位高于液位計顯示液位，從吸收塔溢流口不停溢出，同時吸收塔密度計也失準。操作人員若發現不及時，沒有及時采取措施控制吸收塔液位高度，漿液有倒灌到進口煙道和引風機的風險，造成鍋爐緊急停爐和設備損壞的風險[1]。

2.2 脫硫效率下降

由于漿液中含有大量氣泡，循環泵出力下降，表現在循環泵電流比正常運行低10%～20%，循環泵流量的下降導致脫硫效率下降，出口SO2排放濃度超標。為了保證脫硫效率，循環泵開啟臺數增加，漿液的擾動也會加大，導致起泡情況加劇，形成惡性循環。

2.3 漿液循環泵發生氣蝕

由于吸收塔液位降低，并且漿液中存在氣泡，循環泵入口吸入氣泡，導致循環泵發生氣蝕，設備出力下降，同時設備故障增加[1]。

2.4 漿液起泡通常伴隨漿液中毒

脫硫漿液起泡通常是由于漿液中飛灰、油污、有機物增多導致，當這些雜質累積到一定程度，會造成漿液中毒，發生包裹脫硫劑現象，并抑制石灰石漿液的溶解，同時還出現石膏氧化困難，漿液pH值居高不下，脫硫效率急劇下降，脫硫系統無法正常運行[2-4]。

3 漿液起泡原因分析

3.1 鍋爐摻燒煤氣站中間灰

煤氣化車間氣化爐產生的粗煤氣經兩級換熱后，經過袋式除塵器過濾的細小顆粒物為中間灰，由倉泵系統送往電廠鍋爐進行燃燒，中間灰摻燒量7 t/h，中間灰含碳量70%，揮發份1%，熱值6 200 kcal/kg，粒徑90%過300目。

中間灰集中進入爐膛燃燒，由于粒徑細且輕，在爐內停留時間短，難以被旋風分離器分離返料，加上中間灰揮發分很低致燃點升高，中間灰未完全充分燃燒(圖3)。因此造成進入尾部受熱面的飛灰含碳量高，飛灰顏色發紅(圖4)，經檢測飛灰含碳量高達15%[6-7,9]。

隨煙氣進入脫硫系統的飛灰在脫硫塔漿液中累積，有機物濃度增加，發生皂化反應，產生一種油膜。漿液因此含有類似起泡劑的表面活性成分，使氣泡數量增加，氣泡表面張力減小，穩定性(自修復能力)增強，氣泡不易破滅[5,11-12]。

圖3 煤氣發生爐粉煤灰Fig.3 Coal ash from gas producer

圖4 燃煤鍋爐飛灰Fig.4 Coal fired boiler fly ash

3.2 脫硫工藝水源

脫硫工藝用水水源是來自電廠工業水池。從黃河取水站取水后輸送到電廠原水箱，添加PAC絮凝劑，經過沉淀池沉淀去除污泥后進入工業水池。另外黃河水源中細菌和藻類相對較多，會添加殺菌滅藻劑和阻垢劑，經檢測有機物濃度過高，COD達230 mg/L。

脫硫工藝水源中由于添加化學處理藥劑以及COD濃度相對較高，化學藥劑和有機物起到了表面活性劑的作用，降低了脫硫漿液的表面張力，使吸收塔極易起泡且泡沫非常穩定[5，10-12]。

4 解決措施

4.1 調整鍋爐運行工況

由于煤氣站產生的中間灰必須通過鍋爐來摻燒，因此可以通過調整鍋爐燃燒工況來進行調整。

(1)盡量提高爐膛溫度，縮短碳顆粒在爐膛內的燃盡時間，使更多的碳顆粒能一次燃盡[6-8]。

(2)適當增加二次風量、二次風壓和播煤風，使二次風的穿透濃度能到達爐膛中心的缺氧區域，可以保證顆粒經過該區域能夠正常燃燒，使爐內煙氣得到比較強烈的混合和攪拌，有利于顆粒的燃盡[7-9]。

通過以上兩項措施，摻燒的中間灰得到相對充分燃燒，飛灰含碳量降低到5%以下，減少了進入脫硫塔漿液中的飛灰含碳量。

4.2 添加消泡劑

吸收塔漿液起泡嚴重時，脫硫漿液循環泵電流下降10%左右，采取添加消泡劑措施。添加的消泡劑為聚二甲基硅氧烷乳液，是一種疏水類的有機硅物料，主要成分為二甲基硅油，無毒無味，具有生理惰性、良好的化學穩定性，電絕緣性和耐候性、疏水性好，并具有很高的抗剪切能力，消泡劑添加量為每天25 kg[10,12-14]。

加入后循環泵電流恢復到正常水平，吸收塔漿液溢流情況也得以減輕，脫硫效率恢復。添加消泡劑措施可以緩解起泡，但不能從根本上消除吸收塔內有害物質。由于消泡劑本身也是化學物質，在添加消泡劑的同時，注意加大廢水外排，避免藥劑累積過多[2,15]。

4.3 增加脫硫廢水外排或進行漿液置換

增加脫硫廢水外排，補充新鮮工藝水，可以減少吸收塔內引起漿液起泡雜質的累積，從而減輕漿液起泡情況。

當漿液起泡或者漿液中毒嚴重時，嚴重影響出口SO2排放濃度指標時，需要快速進行漿液置換，通過石膏排出泵將脫硫漿液排放到事故漿液池中，補充新鮮水進行置換恢復。待脫硫系統恢復正常后，再將事故漿液池中的漿液打回吸收塔中緩慢消化掉。

4.4 處理結果

吸收塔漿液起泡危害巨大，通過以上幾項措施，脫硫塔漿液起泡問題可以得以控制和解決。處理前后對比詳見表4。

表4 脫硫系統改造處理前后對比運行情況對比表

5 總結

本項目脫硫吸收塔漿液起泡原因主要是鍋爐摻燒煤氣站的中間灰未能充分燃燒，以及脫硫工藝用水中含有大量有機物起到表面活性劑的作用。解決此類問題一方面需要從源頭即控制進入脫硫塔入口的煙塵、水中雜質濃度來解決，另一方面通過添加消泡劑和加大廢水外排來解決。改造后的脫硫系統不再出現起泡、溢流問題，脫硫效率由97.2%提升至99%，循環泵電耗量由380 kW·h降低至316 kW·h，脫硫石膏含水率由16%降低至9.5%，因此本項目改造方案是可行的。