康秦豪

(中國大唐集團科學技術研究院有限公司西北電力試驗研究院，陜西 西安 710021)

1 概述

石灰石-石膏濕法脫硫是燃煤電廠用于控制SO2排放限值的主要脫硫工藝，因其具有脫硫效率高、工藝成熟、能耗低、可調節(jié)性強的技術特點[1-2]，而得到廣泛的應用。然而，隨著脫硫系統(tǒng)的長期運行，脫硫吸收塔內漿液品質會發(fā)生惡化，從而導致漿液起泡溢流的現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴重影響脫硫系統(tǒng)正常運轉。

漿液起泡對脫硫吸收塔系統(tǒng)帶來的危害有[3-5]：1)漿液起泡溢流，吸收塔液位被迫降低，造成脫硫反應氧化不足，漿液中亞硫酸鹽濃度升高，危害漿液品質，影響石膏結晶；2)影響石膏排出泵的正常工作，嚴重時會引起泵的損壞，同時提高了漿液密度，使液位上漲；3)溢流漿液進入煙道中，漿液中隨溶液滲入防腐內襯及其毛細孔內的硫酸鹽和亞硫酸鹽析出并結晶，體積膨脹，導致嚴重的剝離損壞；4)隨著吸收塔內泡沫的累積，泡沫層高度越來越高，易造成“虛假液位”，嚴重影響脫硫效率；5)泡沫溢流至增壓風機出口，沖擊風機葉片，使得風機因葉片磨損或斷裂而停運。此外，在裝有GGH系統(tǒng)時，溢流漿液通過煙氣入口進入GGH，引起GGH堵塞，影響GGH換熱效果，引起引風機和增壓風機電流升高，為了維持鍋爐爐膛負壓，被迫降低負荷；6)泡沫漿液溢流至吸收塔外部，造成機組設備運行環(huán)境以及廠區(qū)環(huán)境惡化。

因此，對燃煤電廠脫硫吸收塔漿液起泡問題的準確分析與診斷尤為重要。

2 漿液起泡機理

泡沫是氣相分散在液相中形成的多孔膜狀多分散體系[6]。通常，泡沫是熱力學不穩(wěn)定的體系。在一定條件下，泡沫體系在力學上平衡，雖然能夠保持穩(wěn)定存在，環(huán)境一旦細微變化，就可能失穩(wěn)破碎。因此，泡沫體系屬于假穩(wěn)狀態(tài)[2]。在濕法脫硫吸收塔中，氣體和漿液充分接觸，形成產(chǎn)大量泡沫，由于密度差的作用，氣泡上浮至漿液表面，在漿液表面聚集，形成穩(wěn)定泡沫[5]。這些泡沫能較穩(wěn)定存在的原因有：存在一些表面活性分子，降低了液體表面張力[7]；一些不溶性固體物質附著在液膜上，在一定程度上增加了液膜的黏度和機械強度[3]。隨著吸收塔內泡沫層和起泡漿液的連續(xù)溢出，漿液中的大量氣泡上升到漿液表面并富集形成泡沫，進而出現(xiàn)泡沫連續(xù)溢流的現(xiàn)象。

3 漿液起泡影響因素

由于石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)的復雜性，漿液起泡原因綜合起來可分為氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)因素以及設備故障與擾動因素。

3.1 氣態(tài)影響因素

煙氣、氧化風是主要的氣態(tài)影響因素：

1)煙氣中的煙塵、重金屬、鐵鋁的氧化物、殘?zhí)碱w粒和焦油等物質進入吸收塔內，提高了吸收塔漿液黏度，增強了泡沫穩(wěn)定性，其中焦油和殘?zhí)碱w粒還會提高吸收塔漿液中有機物濃度[8]，并且會發(fā)生皂化反應產(chǎn)生油膜[9]，吸收塔底部氧化風的鼓入易造成漿液起泡溢流現(xiàn)象。

2)脫硫系統(tǒng)原煙氣中硫分的波動會導致氧化風量不足或過量。氧化風量不足時，亞硫酸鹽含量超標，漿液黏度增加，易發(fā)生漿液起泡；相反，氧化風量持續(xù)過量，會使?jié){液中的氣-液界面面積逐步增大，氣泡量增多，造成漿液起泡溢流[6]。

3.2 液態(tài)影響因素

工藝水、脫硫廢水是主要的液態(tài)影響因素。

1)工藝水補充水中有機成分的積累導致COD、BOD超標，導致漿液惡化、顏色變深，黏度變大，氣泡穩(wěn)定不易消除；工藝水的補充水常來自由循環(huán)冷卻水，循環(huán)冷卻水中經(jīng)常會加入一些阻垢緩釋劑及以異噻唑啉酮為主要成分的殺菌劑，它們的加入不僅提高了漿液的COD當量，還具有表面活性劑的作用降低了漿液表面張力，使得漿液容易起泡，并且泡沫不易破碎，能長時間穩(wěn)定存在，加消泡劑只能在短時間內減弱漿液起泡程度，不能徹底消除此現(xiàn)象。

2)脫硫廢水品質對于吸收塔內漿液的品質影響很大，如果廢水系統(tǒng)未能正常運轉，將會使重金屬、氯離子、有機物、懸浮物及其他各種雜質大量富集，使得漿液品質逐漸惡化，加劇漿液起泡。

3.3 固態(tài)影響因素

石灰石中存在的一些成分以及設備自身帶有的成分進入漿液也會加劇漿液起泡。

1)石灰石中鎂離子的溶解度高于鈣離子，石灰石中氧化鎂含量過高時，與硫酸根和亞硫酸根反應產(chǎn)生大量溶解性鹽，增加了漿液中的溶解鹽濃度，進而提高形成泡沫的彈性，增強了泡沫的穩(wěn)定性；石灰石中的惰性成分分散于吸收塔漿液中，引起吸收塔漿液惡化，同時易增加漿液黏度和泡沫穩(wěn)定性，使泡沫不易消散；吸收塔漿液中大量氧化鋁、微量金屬元素的存在，也會增強氣泡的機械強度，提高泡沫穩(wěn)定性。

2)此外，設備長期運行會造成設備磨損，帶出的金屬元素等雜質滲入石灰石漿液，例如濕磨機中鋼球磨損帶出的鉻、鎳等金屬元素會嚴重影響石膏漿液的品質。

3.4 設備擾動與設備故障

設備啟停帶來的擾動以及設備故障因素也會引起漿液起泡溢流，氧化風機或漿液循環(huán)泵的頻繁啟停因素和除霧器堵塞都會加劇漿液起泡。

1)吸收塔內為正壓，如果氧化風機在運轉時驟停，勢必會導致液位的不穩(wěn)定，易出現(xiàn)虹吸現(xiàn)象，引起漿液與泡沫層的溢流。

2)漿液循環(huán)泵是影響吸收塔內的漿液擾動的主要設備，運行漿液循環(huán)泵的切換、頻繁啟停以及設備故障，也會擾亂氣液兩相的平衡，使得漿液起泡更容易發(fā)生。

3)除霧器堵塞時，除霧器堵塞會阻礙除霧器沖洗水進入到吸收塔漿液內，引起漿液密度、黏度升高，生成的泡沫不易消除，進而造成漿液起泡溢流。

4 漿液起泡問題診斷方法

漿液起泡問題應從氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)、設備擾動等方面進行分析，找出最主要的原因，這樣才能對癥下藥、治根治本。

1)監(jiān)測脫硫出入口煙塵濃度，若出脫硫出口煙塵濃度較入口有明顯降低，則吸收塔內漿液中可能積累了大量煙塵，導致漿液惡化而起泡。提高除塵器除塵效率、降低脫硫入口粉塵濃度，若漿液起泡狀況明顯改善，則說明煙塵中有害成分的累積是漿液起泡的主要原因。

2)化驗工藝水水質，分析其COD、Cl-、Mg2+、酸不溶物等關鍵性指標是否異常，判斷工藝水的有機物積累、離子濃度、不溶物對吸收塔漿液有無影響。

3)對石灰石、石膏、漿液成分的化驗分析，重點關注Mg2+、F-、Cl-、酸不溶物等成分含量是否超標，以分析出漿液起泡的原因。

4)對吸收塔所配氧化風機、漿液循環(huán)泵、除霧器等工作、運行情況進行考察，以判斷是否因為設備運行操作不當引起漿液品質惡化，從而導致漿液起泡。

5 某廠漿液起泡問題分析實例

某電廠2號機組為600 MW亞臨界燃煤空冷機組，脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法液柱塔工藝。該廠2號機組于2020年5月5日啟機，5月22日漿液起泡嚴重。

在此次起泡事故前，其設備運行狀況良好，氧化風機與漿液循環(huán)泵未有頻繁啟停、電流波動大的狀況，除霧器兩側壓差較低，機組運行平穩(wěn)，并且脫硫出入口粉塵質量濃度變化量<5 mg/m3，需要對相關樣品進行采樣分析，進一步診斷漿液起泡的原因。起泡漿液相關樣品采樣分析結果列于第55頁表1。

分析表1中的數(shù)據(jù)得出的結論如下：

表1 2號機組起泡漿液相關物質采樣分析結果

1)工藝水中氯離子濃度偏高，使得進入吸收塔漿液的氯離子不斷富集，造成吸收塔漿液品質惡化，增加了漿液起泡風險。

2)石灰石中有效成分含量偏低，雜質成分MgO、SiO2、Fe2O3含量較高，特別是MgO含量超標，導致漿液中大量鎂離子與硫酸根和亞硫酸根反應產(chǎn)生溶解性鹽，增加了漿液中的溶解鹽濃度，使?jié){液黏度升高，提高了泡沫彈性。并且石灰石細度不合格，提高了吸收塔漿液的黏度，增強了生成泡沫的穩(wěn)定性。因此石灰石品質及細度不合格為此次事故的主要原因。

3)吸收塔漿液中的Si、Mg、Al、F、Fe等元素含量過高，漿液品質惡化，產(chǎn)出石膏中的CaSO4·2H2O偏低。并且由于石灰石漿液細度不合格，石膏中出現(xiàn)了大量的CaCO3，進而導致石膏含水率過高，嚴重影響真空脫水皮帶機脫石膏的工作，造成吸收塔漿液密度升高而易發(fā)生漿液起泡。

該廠隨后更換了石灰石粉來源，漿液起泡現(xiàn)象得到了明顯遏制。

6 結語

石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)的運行中吸收塔漿液起泡溢流，嚴重影響脫硫系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。文中介紹了漿液起泡機理，分析了漿液起泡的影響因素，提出了切實可行的診斷方法，并通過實例準確分析出了漿液起泡原因，驗證了診斷方法的可靠性。