燃煤发电机组脱硫塔浆液起泡问题分析及应对措施

毛文利，李辉，陈彪

（国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

发电技术

燃煤发电机组脱硫塔浆液起泡问题分析及应对措施

毛文利，李辉，陈彪

（国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

分析了燃煤机组取消脱硫旁路后脱硫塔浆液起泡的现象及危害，研究了脱硫浆液的起泡机理。在分析脱硫塔起泡原因的基础上，提出了解决吸收塔浆液起泡溢流问题的技术措施，解决了火电机组取消脱硫旁路烟道后的起泡问题。

湿法脱硫；浆液起泡；溢流；消泡剂

燃煤发电机组的脱硫塔浆液起泡是指在石灰石-石膏湿法脱硫系统的运行过程中，出现吸收塔液位显示正常但浆液溢流的现象。这种现象在取消脱硫旁路的机组上更易出现。在起泡的初期，如果脱硫控制系统未能及时监测并采取有效措施抑制起泡现象的发展，随着起泡现象的加重，将带来脱硫效率降低、石膏品质下降、增压风机或GGH（气气换热器）的运行安全受到威胁等问题，影响了脱硫系统的稳定和安全运行。

以下结合某大型火力发电厂取消脱硫旁路后在吸收塔浆液起泡问题上的处理经验，就吸收塔起泡溢流的原因及解决办法进行了探讨。

1 吸收塔起泡现象及其危害

1.1 出现虚假液位

吸收塔是湿法脱硫系统的核心装置，吸收塔内发生起泡现象最明显的特征是吸收塔液位显示正常，但吸收塔溢流管处出现明显的外溢。吸收塔液位大多采用装在吸收塔底部的压差式液位计测量，吸收塔液位根据差压变送器测得的差压与吸收塔内浆液密度计算得到：

式中：H为吸收塔液位；H0为压力变送器至塔底高度；P1为压力变送器测量值；ρ1为测量处浆液密度值，一般取石膏排出泵管路上的密度仪数值。

可以看出，起泡时因压力变送器测量位置在起泡位置之下，其测量的压力值P1并无变化，但此时H0高度以上的浆液密度值却远小于石膏排出泵管路的上密度的测量值，所以吸收塔显示的液位小于实际液位，从而造成虚假液位。

1.2 塔内浆液溢流

当脱硫塔运行中出现起泡现象导致实际液位变化时，运行人员很难及时察觉，随着起泡现象的加强，塔内浆液将从吸收塔内溢流。溢流大都发生在两个部位，其一是溢流至吸收塔入口烟道内，若此处设置了GGH，浆液起泡溢流严重时，部分浆液溢流至GGH侧，可观察到GGH差压明显升高的趋势；其二是从吸收塔溢流管处大量溢出。对浙江省内多台机组起泡时的泡沫现场取样发现，溢流的泡沫大多为浓黑或灰黑色，当含泡沫的浆液溢流至吸收塔区域地沟后，泡沫不易破碎，流动性较差。

1.3 浆液起泡溢流的危害

浆液起泡是脱硫反应过程中的一种异常工况。一旦浆液的起泡条件满足时，若运行人员不能及时发现并进行调整，将导致大量的浆液外溢至入口烟道内，影响增压风机或GGH的运行安全。当浆液从吸收塔溢流管大量涌出后，吸收塔的有效液位在短时间内急剧下降，液面将无法维持原设计水平，使得脱硫效率降低，脱硫反应的氧化效果得不到保证，致使浆液中亚硫酸盐的含量逐渐升高，石膏品质恶化。表1为某发电厂吸收塔浆液起泡后浆液品质化学分析结果。

表1 吸收塔浆液起泡后浆液化学分析结果

从化验结果看出，吸收塔内浆液品质恶化趋势显著，杂质和石灰石含量较高，氧化效果不佳，硫酸盐含量下降，同时由于起泡时石膏排出泵出口压力降低而不能有效工作，塔内浆液密度逐渐升高。现场观察发现：塔内浆液直接打至皮带机上进行脱水时，可明显见到一层泡沫，石膏的脱水效果也较差。

2 吸收塔起泡机理

吸收塔在运行过程中，一方面为保证亚硫酸盐足够的氧化率，需要强制鼓入氧化风；另一方面，塔内浆液的逆喷淋是一个强烈的液气接触过程，这给塔内泡沫的产生提供了外部条件。当运行过程中产生泡沫的内部化学条件成立时，气体将分散于液体中形成气-液分散体。因此，当吸收塔内不溶性气体被液体包围时，将形成一种极薄的吸附膜，由于表面张力的作用，膜将收缩为球状而形成具有一定体积的泡沫。由于气体与浆液的密度相差很大，已形成的泡沫在液体浮力的作用下很快上升到液面。若此时浆液的表面张力较小，由于在液体强烈的紊流作用下，浆液中的气体也冲破液面而聚集成泡沫。

由此可见，吸收塔内泡沫的产生必须具备3个条件：气液充分并连续接触；气液的密度差别较大；表面张力较小。

事实上，在正常运行的吸收塔中，由于喷淋浆液、搅拌器和氧化风的共同作用，前2个条件一定满足，运行中表面仍然存在有少量起泡现象，只不过在起泡过程中，其液膜逐渐变薄，当液膜厚度低于临界值时自然破裂。但是当浆液中混入具有表面活性物质或起泡物质时，泡沫体系的不稳定性减弱，液膜修复能力增强，可以阻止液膜的进一步变薄。

所以，吸收塔浆液起泡的原因主要是由于系统中混进了其他成分，增加了起泡液膜的机械强度，即增加了液膜的稳定性。因此，分析这些导致液膜稳定性增强的成分对从根本上解决起泡问题至关重要。

3 脱硫塔起泡原因分析

3.1 塔内有机物含量增加

浆液中有机物含量增加导致塔内起泡的现象在取消脱硫旁路后出现较多，这类有机物的主要成分是飞灰中的未燃尽物质（大量惰性物质的杂质）和油类物质，其来源主要有两个方面：

（1）检修或实施取消旁路烟道的改造过程中，用石油类物质进行原烟道焊口的渗漏试验或采用煤油和润滑油的混合物在烟道内涂抹焊口后的残余物；

（2）取消脱硫旁路改造后，锅炉投油点火或运行中的投油助燃，使得未燃尽的油类物质随烟气进入吸收塔浆液中，从而在吸收塔内重金属离子逐渐富集的条件下发生皂化反应，最终导致泡沫的产生。

3.2 浆液中重金属含量增加

浆液中重金属含量的来源主要是脱硫工艺水或原烟气中的粉尘，实际运行中，发电厂对脱硫工艺水的品质控制一般较好，重金属来源主要是烟尘。

烟尘浓度高主要由锅炉尾部除尘器运行状况不佳所致，当除尘器的部分电场故障，或无脱硫旁路的机组大量投油点火后，一段时间内电除尘器的效率会有所下降，易导致进入吸收塔的烟气粉尘浓度超标，含大量惰性物质的杂质进入吸收塔溶解富集，使重金属含量增高，在大量惰性物质的作用下，浆液最终起泡溢流。

3.3 石灰石中镁盐含量过高

石灰石的成分影响起泡的主要因素是石灰石中MgO的含量。如果石灰石中MgO含量过高，不仅影响结晶和脱水，而且会与SO42-反应产生大量泡沫，这点与泡沫灭火器的原理相同。但MgO与Mg（OH）2自身可以单独作为脱硫剂使用，浆液中适当的MgO存在可具备有脱硫添加剂的功能，但浓度过高将对脱硫反应产生影响，这一情况采用外购石灰石粉时很容易出现。

某机组调试期间由于磨石粉厂还未及时投运，采用外购石灰石粉，表2是该机组发生浆液起泡现象后，对其外购石灰石粉进行化学成分分析的结果。

表2 起泡时石灰石化学成分分析结果%

3.4 运行控制因素

3.4.1 水质控制

吸收塔水质控制主要是对工艺水品质的控制和对脱硫废水处理系统的运行调节。在工艺水方面，若吸收塔补充的工艺水质达不到设计要求，COD（化学需氧量）和BOD（生化需氧量）等含量超标严重，运行中脱水系统或废水处理系统未能正常投入，将使吸收塔浆液品质恶化，同样易发生起泡现象。

3.4.2 氧化风量控制

一般运行中的氧化风量是根据脱硫设计煤种的硫分含量将HSO3-充分氧化成SO42-所需要的空气量加一定的裕量而确定的。当氧化风量不足时易导致亚硫酸盐含量严重超标，反之，若氧化风量超过实际需要量又缺乏有效调节手段时，这些富余的空气将以气泡的形式从氧化区底部溢流至浆液的表面，若此时停运浆液循环泵或开启氧化风机，则吸收塔浆液的气液平衡会被破坏，导致吸收塔浆液大量溢流。

4 浆液起泡溢流的应对措施分析

4.1 主要应对措施

吸收塔浆液起泡后，通常的处理办法有两种，其一是进行大量的浆液置换，这种方式耗时且浪费大量浆液和工艺水；其二是添加脱硫专用消泡剂。无论哪种办法都耗时较长，且整个处理过程中脱硫效率均难以达标。因此，对浆液起泡溢流问题，尤其是对取消脱硫旁路的机组而言，最佳的解决方式是从运行调节和监控手段上进行预防。

4.2 运行调整措施

锅炉启动方式调节的主要目的，是避免锅炉点火启动阶段的飞灰和油污等物质过多地进入吸收塔，保证锅炉在油枪撤出后的正常运行。由于机组启动后浆液会被污染，因此在锅炉点火前，吸收塔尽量保持较低液位，一般以允许启动浆液循环泵即可，否则将加大浆液置换量。首台磨煤机投运后，需要至少投运电除尘器的1个电场，并对吸收塔浆液pH值的灵敏性进行监视。若pH值灵敏性变差，应尽早进行部分浆液置换。

运行中要严格控制吸收塔补水水质，加强过滤和预处理，降低COD与BOD含量，确保补充水的参数指标处于设计值范围之内。当发现塔内有泡沫时，应加强除雾器的冲洗，水喷淋是消除泡沫的有效手段，可减少泡沫的积累。

4.3 改进吸收塔液位监测方式

采用差压式变送器和密度计组合测量的方式，在浆液起泡时均会出现“虚假液位”，使运行人员不能及时发现，从而对脱硫系统的安全运行造成较大威胁。因此，需要对液位的测量方式进行改进。改进的方法主要是在吸收塔的某高度处再加装1个压力变送器，如图1所示。

图1 吸收塔液位双重测量原理示意

由于浆液起泡时，石膏排出泵处的测量密度不能反映塔内真实密度，故用1个换算密度ρ′来表示起泡液位区的密度值：

式中：ΔP=P1-P2，ΔH=H1-H2.

则有吸收塔换算液位H′为：

由式（2）与（3）得：

可以看出，这种通过增加压力测点的方法得出的液位在吸收塔起泡时，可以反映塔内的真实液位，运行人员可以掌握塔内的实际液位情况，控制加入消泡剂的时间，从而节约运行成本，保证系统的安全与稳定。

实际操作中，将吸收塔石膏排出泵处测量得到的密度值与双重测量原理得出的换算密度值进行比较，当二者相差值≥20 kg/m3时，设置系统报警，提醒运行人员进行密度值和系统状态确认。

4.4 氧化风量校核

合适的氧化风量是避免运行中出现起泡现象的又一措施。在运行中，可以根据以下方法对当前吸收塔的氧化风量进行校核计算，及时调整氧化风的供应量。

根据设计理论，当原烟气中含氧量为4%～5%时，在吸收塔喷淋区域的氧化率为30%～40%。采用氧枪式氧化分布技术，在吸收塔浆池中氧化空气利用率c=25%～30%，因此，吸收塔内需要的氧化空气量Q及氧化空气理论供应量Qair的计算方法为：

根据以上公式计算出的氧化风量可以保证在锅炉负荷及燃煤含硫量变化的情况下，系统氧化风量的平衡。

4.5 添加脱硫专用消泡剂

消泡剂的添加方法是在发现起泡的当时即可通过区域浆池加入，还需要对塔内的浆液进行置换操作。由于现有商业消泡剂种类繁多，对各类起泡现象的应用效果也大不相同，在选用上必须有针对性，实际中可取溢流浆液进行小型试验后选定。一般无脱硫旁路系统的机组在启动过程中发生的吸收塔起泡现象，可直接采用有机硅类消泡剂进行消泡处理，效果较好。

值得注意的是，系统添加消泡剂只能暂时缓解，而不能根本解决吸收塔浆液起泡问题，一旦停止加入消泡剂，吸收塔浆液有可能重新出现起泡溢流现象。消泡剂的量不可过多，否则将会起反作用，助长泡沫的生长。

5 结语

脱硫塔浆液起泡问题跟脱硫系统的杂质和运行方式紧密相关，浆液起泡溢流后对GGH和增压风机的安全运行影响巨大，值得发电厂引起足够的重视。在脱硫旁路取消后，起泡几率将增加，需要从液位监测手段和运行方式上进行适当改进，才能降低系统起泡溢流的次数。

脱硫塔起泡后重要的是防止浆液倒灌入原烟气侧影响增压风机和GGH等设备，运行操作上可以停运1台浆液循环泵，或停运1台氧化风机，以减小吸收塔内部浆液的扰动，同时将塔内浆液打入事故浆液箱暂存，降低塔内杂质浓度。液位降低后，开启除雾器进行冲洗。实践证明，新鲜工艺水通过除雾器冲洗补入吸收塔具有良好的消泡效果。

[1]胡松如.脱硫系统取消旁路烟道后的问题及应对措施[J].浙江电力，2012，31（11）∶69-72.

[2]程永新.FGD系统中吸收塔浆液起泡溢流的原因分析及解决办法[J].电力科技与环保，2011（1）∶35-37.

（本文编辑：陆莹）

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，浙江宁波人，高级工程师，从事电力环保技术工作。