烟气湿法脱硫吸收塔浆液起泡影响因素分析及控制措施.docx

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1、烟气湿法脱搬收塔浆液起泡影响因素分析及控制措施摘要烟气湿法脱硫系统运行过程中，由于脱硫剂成分、烟气组份、工艺水质以及设备、工艺设计等因素的影响，导致吸收塔浆液形成大量粘性泡沫，造成浆液溢流等运行问题，给系统稳定运行、石膏品质和脱硫效率等带来影响。该文就烟气湿法脱硫起泡溢流的影响因素进行分析，并提出控制措施及建议。关键词：烟气；湿法脱硫；浆液；起泡；溢流；影响因素；控制措施目录摘要11 .引言22 .泡沫产生的机理和影响因素23 .浆液起泡溢流影响因素分析23.1. 概述23.2. 入口烟气43.3. 设备扰动434脱硫剂成分原因63.3.1. 石灰石63.3.2. 窑灰脱硫剂中存在较高含量的助

2、磨剂等表面活性组分73.3.3. 窑灰脱硫剂中含有较高含量的金属离子等组分83.5. 烟气组份原因93.6. 工艺水水质原因103.7. 工艺设计原因123.7.1. 氧化风设计不合理123.7.2. 溢流管设计不合理134 .控制措施及建议145 .结束语161 .引言目前，随着国家对矿山开采的限制以及优质石灰石存量的减少，很多工厂不得不使用低品位石灰石，其含硫量达0.2%2.0%不等，造成窑尾烟气中SO2排放浓度超标，部分企业甚至达到3 000mg/Nm3左右高排放浓度。为解决SO?超标问题，很多工厂参照火力发电厂利用石灰石石膏法脱硫技术来解决。在工厂湿法脱硫工艺中，脱硫剂大多采用余热锅炉

3、或窑尾收尘器下窑灰制成浆液后输送至吸收塔；且烟气原/燃料品种多，成分复杂，特别是还涉及部分协同处置生活垃圾、污泥等生产线，导致烟气成分更为复杂。在湿法脱硫系统运行过程中，导致湿法脱硫吸收塔浆液起泡和溢流的原因也更为复杂。本文从工厂脱硫剂的成分、烟气组份、工艺水质、原燃料成份等方面阐述了烟气湿法脱硫吸收塔起泡溢流的原因，并提出控制措施和建议。2 .泡沫产生的机理和影响因素泡沫是气泡分散在液体中所形成的彼此之间以液膜隔离的多孔膜状多分散体系。一般情况下，泡沫是热力学不稳定体系，液体中的泡沫由于重力的作用能够自动逸出，溶液起泡的原因主要有3个方面：浆液中含有类似表面活性剂的成分，例如异曝挫琳酮；(2

4、)溶液中产生气体或者进入空气，例如氧化空气的鼓入；机械扰动，例如循泵的扰动等。研究表明，泡沫稳定性的影响因素有：表面张力、溶液表面孰度、溶液泡沫双气液界面结构液膜弹性、气体通过双气液界面结构液膜的扩散、双气-液界面结构表面电荷的影响、溶液中杂质分子结构的影响等。其中，最主要的2个因素是气泡表面张力和溶液表面粘度，表面张力越小、溶液表面粘度越大，则越容易形成泡沫，因此要使泡沫破裂就需要增大其表面张力、减小表面粘度。3 .浆液起泡溢流影响因素分析3.1. 概述泡沫的稳定性是影响吸收塔浆液起泡的主要原因，可以从2个方面分析：一是进入吸收塔中的物质，主要包括石灰石、工艺水和烟气等；二是设备扰动，包括浆

5、液循环泵、氧化风机启停的扰动以及托盘或湍流装置的影响。本文对某1000 MW燃煤机组脱硫系统进行了长期跟踪监测，对入口烟气、工艺水、石灰石化验指标进行分析，结合氧化风机、浆液循环泵等设备对浆液的扰动影响，详细地分析了吸收塔浆液起泡溢流的影响因素。由于进入烟气脱硫吸收塔的气体中含有不溶性气体，在气体与浆液充分接触的过程中，这些不溶性气体被浆液包围，烟气和浆液形成的气一液界面，在巨大的表面张力作用下形成球状气泡；大量气泡在气一液密度差的作用下迅速上升到浆液池表面，形成一层泡沫。如果这种泡沫越多，表面张力就越大，表面张力增加，势必导致气泡不易破碎，进而引起浆液池表面泡沫层增厚，出现严重的虚假液位，情

6、况严重时，常会有携带着大量灰黑色泡沫的浆液从吸收塔溢流口流出，见图1所示。吸收塔浆液起泡的原因主要是由于系统中混进了其它成分，增加了起泡液膜的机械强度，即增加了液膜的稳定性。图1脱硫吸收塔浆液溢流图结合烟气生产线工艺特点，从进入吸收塔的脱硫剂窑灰、窑尾烟气、工艺水及工艺设计方面分析总结得出造成浆液起泡的原因主要有以下几点。3.2. 入口烟气入口原烟气对吸收塔浆液有着直接的影响，烟尘、重金属等超标可能会引起浆液中毒、起泡等现象。例如锅炉投油或者燃烧不充分时，烟气中会含有未燃烬的碳粒进入吸收塔，使得吸收塔浆液中的有机物含量增加引起起泡。锅炉除尘器运行不佳会造成烟气中粉尘浓度增加，其中的重金属物质、

7、02。3和Fe2（）3等会增加吸收塔浆液的粘度,甚至发生皂化反应，在浆液表面形成油膜，引起吸收塔浆液起泡并增加泡沫的稳定性。2017年1月，该机组脱硫吸收塔浆液发生较严重的起泡溢流现象，期间石灰石质量合格，工艺水水质稳定，吸收塔发生起泡溢流现象，将吸收塔液位降低2m后溢流现象减弱但仍有较多泡沫。分析其原因，发现此段时间锅炉在高负荷情况下（大于900MW）, FGD入口含氧量仅为3%左右，煤粉可能并未完全燃烧。FGD入口烟尘浓度在9.1417.89mg/Nm3左右，而FGD出口烟尘在1.873.45mg/Nm3左右，可见吸收塔浆液捕集了大量的烟尘。而高负荷下烟尘中含有较多的未燃烬的碳粒、AI2O

8、3和Fe2O3,其中AI2O3和FezCh为非结晶的细小颗粒，这些颗粒通过石膏旋流器后,绝大多数返回吸收塔本体，使得吸收塔本体中的烟尘不断聚集，大大提高了浆液的粘度，增强了泡沫的稳定性，最终造成吸收塔浆液起泡溢流。在主机调整电除尘运行状况后，入口烟尘在4.345.47mg/Nm3,吸收塔浆液起泡溢流现象有所缓解。这充分说明烟气成分是影响吸收塔浆液起泡的一个重要因素。在国内发生的吸收塔浆液起泡事件中，由除尘器效果不佳造成的重金属、颗粒物聚集超标现象很普遍。3.3. 设备扰动吸收塔相关设备启停造成的扰动往往会加剧已起泡浆液的溢流。针对该机组脱硫吸收塔浆液起泡的情况，运行人员在操作方式上进行了优化，

9、具体设备操作见表lo其中，A组数据表示低负荷下氧化风机启停对相关参数的影响；B组数据表示连续负荷变化下浆液循环泵启停对相关参数的影响。表1设备操作对吸收塔浆液溢流影响负荷八IR衣解液位夜薄液位/m化奴僦浆液循环泉0停送流压差入11烟气庆力液位Mm（僧部-戏都）519.410.9110 180ABK167.66ft9.22.03A9.450（停运）ARK160.5636.90.61519.4X.799.560（停心）KBE160.0652.90. 57811.08.51I0JS10 047AHE232.11 149-7I.M557.9.7310.639 789HCD192.277000.9060

10、2.79.7310.5X9 55XM：l)94X.00.X5679. I9.7711.49M；l 2S2.41 244.41.72W. 59.7611.499 910MU：I256.51 227.41.73B723.99.63IL459 945BCD . E*296. S1 W.7l.2777.49. &S11.59!0 1412X2.81 MS. 51.74K74. 29.6011.349 7*7ARCE301.31 M2.91.74999.79.7011.469 7X5ABCKAI9.42 86.91.76917.59.2311.039MI6263.51 MS-5I.SOMl. 29.15

11、to. IS10 093ARCK - 12I6.X1 199.21.03沱卞骂改口北卜月动一台牯见“ ”麦不工况卜停玷价M柒.从A组数据中可以看出，在负荷为519MW、3台循泵运行时吸收塔入口烟气压力为650Pa,塔内湍流压差为160Pa。当氧化风量停运后，吸收塔入口压力、湍流压差和底部液位无明显变化，但是吸收塔顶部液位却降低了 1.46m,液位差降低了 1.42m,同时观察到吸收塔溢流情况明显变少。而在负荷涨至811MW时,入口烟气压力增大了 496.8Pa湍流压差增大了 72.1Pa,重新启动氧化风机后，吸收塔顶部液位升高了 0.79m,液位差增大了 1.07m,吸收塔溢流加剧。这是因为吸

12、收塔顶部浆液主要是气液固三相状态，而在浆液起泡时气相分压较大，氧化风的鼓入极大地增加了上部浆液扰动，不仅导致浆液形成更多的泡沫，更使上部浆液中气相分压剧烈增加，导致上部压力变送器测量值增大，液位升高。同时，由于上部浆液密度较低，增加的压力足以使产生虚假液位的吸收塔上部浆液产生溢流。值得注意的是，氧化风机的启停并不会对入口烟气压力和湍流压差产生影响，因为氧化风量相对于烟气量来说非常少，所以在氧化风机启动时烟气压力的增加和湍流压差的增加是由锅炉负荷引起而不是氧化风机。从B组数据可以看出，在负荷连续上涨过程中，吸收塔入口烟气压力、湍流压差随之增大，吸收塔顶部液位也增大，但这种增大是缓慢的。在B组数据

13、中，注意到氧化风量不变的情况下循泵的启停直接影响到吸收塔入口烟气压力和湍流压差。例如，当启动A浆液循环泵时，吸收塔入口烟气压力增加了 296.4Pa湍流压差增大了 72.6Pa,顶部液位增加了 0.91m,液位差增加了 0.87m,此时观察到吸收塔溢流迅速增大。在停运A浆液循环泵后，吸收塔入口烟气压力降低了346.3Pa,湍流压差降低了 46.7Pa,顶部液位降低了 0.85m,吸收塔溢流相应减少。分析其原因，当循泵启动时，吸收塔底部液位降低，浆液通过喷淋层与通过湍流管栅的烟气逆流接触。在这个过程中，喷淋层的浆液会在湍流管栅上形成一层液膜，这层液膜对于提高吸收塔脱硫效率作用明显，但是却在一定程

14、度上增加了烟气阻力（200400Pa）,加上喷淋层产生的阻力（近似为入口烟气压力的增加）,烟气会在浆液上部和湍流层下部聚集压缩，造成此区域正压增大，导致吸收塔上部压力变送器测量值增大（顶部液位增大），由于上部浆液密度低，增大的正压导致已产生虚假液位的吸收塔大量溢流。3.4. 脱硫剂成分原因结合烟气生产工艺，其脱硫剂与火力发电厂不同的是多采用窑灰作为脱硫剂，窑灰中所含的有机助磨剂以及重金属等组分对起泡的影响分析如下：3.4.1. 石灰石进入脱硫吸收塔的物质，除了工艺水、烟气，还有一个最重要的物质就是石灰石浆液。石灰石浆液的品质不仅影响吸收塔脱硫效率，还在很大程度上影响吸收塔的浆液品质和石膏品质等。石灰石中的惰性成分以及湿式球磨机中钢球磨损带出的金属元素（Cd、Ni等）在一定程度上容易引起吸收塔浆液品质恶化，甚至会引起吸收塔起泡溢流。石灰石中AI2O3和微量金属含量过多也会在吸收塔中聚集，起到与烟尘超标同样的作用。另外，石灰石中MgO含量超标，往往会造成浆液起泡。由于镁离子的溶解度高于钙离子，浆液中适当的MgO将有利于提高脱硫效率，但石灰石中MgO含量过多不仅影响结晶和脱水，