重金属对烟气脱硫浆液起泡的影响研究

陈晨+包文运+高良敏+郭学涛+向朝虎

摘 要：石灰石-石膏湿法烟气脱硫中，吸收塔浆液起泡溢流十分常见，对于脱硫系统的稳定运行有很大影响。通过对马鞍山当涂火力发电厂和陕西彬长火力发电厂的工艺水、吸收塔浆液和飞灰进行采样并分析，探究了重金属含量对于泡沫形成的影响。

关键词：湿法脱硫；漿液起泡；重金属

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.215

1 引言

我国煤产量位居世界第一，电力工业主要以煤炭为主，而煤燃烧后释放的SO2会对环境造成危害，所以近年来，火电企业对于烟气脱硫系统的正常运行也是越来越重视，其中石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术被广泛运用。由此而带来的吸收塔浆液起泡而导致的溢流也成为了运行中常见的问题之一。

了解泡沫的成因，从而消除泡沫，是解决浆液溢流问题的根本。本文通过对起泡严重的陕西彬长电厂以及起泡和未起泡的马鞍山当涂发电厂采集的工艺水、飞灰以及吸收塔浆液的重金属含量进行测定，并作出对比分析，探究重金属含量对于泡沫形成的影响。

泡沫由表面作用力形成，是气体在液体中的多项分散体系[1，2]。泡沫的发泡性与稳定性是其最重要的两个性质[3]。纯净的液体是不能形成稳定的泡沫的[4]，吸收塔浆液起泡是因为混入一些其它物质，导致气泡液膜的机械强度变大，增强了泡沫稳定性，最终才会导致起泡溢流[5]。而重金属的含量增加便会起到这个作用。浆液中含有一些类似表面活性剂的成分，而表面活性剂的分子结构对泡沫的稳定性有较大的影响，憎水链越长，气体扩散速率越慢，泡沫就越稳定[6]。但扩散只是其中一个方面，它在泡沫排液时几乎可以忽略，最终形成黑膜（Black Flim）时才对泡沫的稳定性起决定作用[7]。刘恒华对脱硫吸收塔起泡浆液进行分析时发现起泡浆液上的一层黑色物质会形成泡沫，并且重金属或有机物的增加会使浆液发生皂化反应，形成油膜，造成浆液起泡。浆液中这些类似表面活性剂的成分，会导致溶液起泡，而重金属等物质的含量对气泡液膜的机械强度的增加又有一些贡献度，最终形成多面体的泡沫，当达到这个条件时，低表面张力便会有助于泡沫的稳定。

2 实验

2.1 采样

2016年4月7日，于严重起泡的陕西彬长电厂采集了工艺水和#1吸收塔浆液，2016年4月7日和9日采集了烟道飞灰样品。2016年6月17日，于马鞍山当涂电厂采集了工艺水、吸收塔浆液和烟道飞灰样品，采样前吸收塔浆液发生起泡现象，但经过处理后，于采样当日，起泡现象已得到解决。2016年8月24日，马鞍山当涂电厂发生起泡现象，于当日采集了吸收塔内循环浆液。三次采样时，液体样品均加酸至样品pH<2.0。

2.2 实验室分析

将样品带回实验室，立即进行了分析。将固体样品在102℃下烘干，磨细并通过200目的筛网，然后称取固体飞灰样品0.5000g于坩埚内，并依次加入10mLHF，5mLHNO3，5mLHClO4，加盖冷消解过夜。第二天进行热消解，将溶液用电热板加热，从160℃每半小时逐渐升温到210℃，温度高后要将坩埚边的残渣用残留酸液清洗下来，待残留液近干，无黑色残留物，消解成功，等残渣完全蒸发干至无白烟冒出，取下冷却，然后加入5mL2mol/LHNO3溶解残渣，转移定容至25mL容量瓶，再摇匀后转移到待测瓶内。液体样品直接转移至待测样瓶内即可。待测样瓶中溶液经0.45μm滤膜过滤，然后上机，样品的重金属测定于铂金埃尔默公司生产的ICP-MS上进行，采用十九种金属元素混标，制作标准曲线，相关系数均优于0.999，能测定出Li，Be，Ti，V，Cr，Mn，Co，Ni，Cu，Zn，As，Se，Sr，Mo，Cd，Sb，Tl，Pb等十八种元素的含量。

3 数据分析

陕西彬长电厂起泡严重两个工艺水样为平行样，未起泡的工艺水样是在马鞍山当涂电厂上午、下午的两个样，这两组样品的比较可以得出工艺水的水质变化对浆液起泡的影响。陕西彬长电厂吸收塔浆液采样时未加酸处理，导致实验数据出现波动及不稳定现象，所以利用2016年8月24日马鞍山当涂电厂当日起泡时的浆液与2016年6月17日该电厂未起泡时的浆液作对比分析。

（1）起泡严重的陕西彬长电厂的工艺水中的重金属明显比马鞍山当涂电厂未起泡的工艺水中的大；可初步得出工艺水中的重金属影响了浆液起泡的结论。（2）陕西彬长电厂起泡严重的飞灰样中的重金属明显比马鞍山当涂电厂未起泡的飞灰样中的大。（3）马鞍山当涂电厂起泡严重的吸收塔浆液样中的重金属明显比该电厂未起泡的吸收塔浆液样中的大。

4 结论

（1）工艺水的水质变化大，是导致起泡、不起泡的间断变化的原因之一；（2）对比图1、2、3可初步判断，，重金属的超标为起泡的原因之一，浆液中重金属初步判断主要来源于工艺水和飞灰；（3）重金属数据缺少对比数据，暂时不能确定哪种重金属或者重金属含量多少会影响到浆液起泡。但是可以确定吸收塔浆液中重金属含量增加，是浆液起泡的原因之一。

参考文献：

[1]Garrett P R.Defoaming theory and industrial application [M].Insurfactant science series，1993（45）：1-113.

[2]赵国玺.表面活性剂物理化学[M].北京：北京大学出版社，1991，419-421.

[3]唐金库.泡沫稳定性影响因素及性能评价技术综述[J].舰船防化，2008（04）：1-8.

[4]夏俊兵.对碱液起泡问题的初步探讨[J].齐鲁石油化工，2000，28

（04）：294-295.

[5]禾志强，田雁冰，沈建军等.石灰石-石膏法脱硫中浆液起泡研究[J].电站系统工程，2008，24（04）：25-26，34.

[6]唐金库.泡沫稳定性影响因素及性能评价技术综述[J].舰船防化，2008（04）：1-8.

[7]Hedreul C， Frens G. Foam stability. Clloids and Surfaces A：Physicochem. Eng. Apects， 2001（186）： 73.

基金项目：中国大唐集团公司科学技术项目“火力发电厂脱硫吸收塔起泡机理研究”（DTEG-KY-2016-10）

作者简介：陈晨（1990-），男，安徽淮南人，硕士研究生在读，主要从事水控制研究。