脱硫吸收塔浆液起泡原因分析与处理

苏幕怀

摘要:针对潮州某发电公司1000MW直流炉烟气脱硫系统出现严重浆液溢流、起泡的问题，分析了其产生及危害及原因。结果表明:锅炉掺烧的中间灰未充分燃烧，飞灰中含碳物质及重金属在吸收塔浆液中富集引起，是引发浆液起泡的主要原因。通过改进锅炉运行工况、上煤方式、添加消泡剂以及吸收塔浆液置换后，锅炉飞灰含碳量降至 5%以下，循环泵电流恢复正常水平，脱硫效率从 96.6%提升至 98.9%，脱硫效果恢复至正常水平。

关键词:吸收塔；脱硫效率 ; 发黑起泡

1 石灰石 / 石膏湿法烟气脱硫的原理和工艺流程

锅炉来的全部烟气先进电除尘器除去大量烟尘后出来的原烟气经引风机、增压风机升压后进入吸收塔，而石灰石浆液则从吸收塔底部的浆液循环泵泵入安装在塔顶部的喷嘴中喷出，上升的烟气与沿喷雾塔下落的石灰石浆液接触。烟气中的 SO 2 溶入水溶液中，并被其中的碱性物质中和，从而使烟气中的硫脱除。烟气经循环石灰石稀浆的洗涤，可将烟气中 96%以上的硫脱除。同时还能将烟气中近100%的HCl除去。而石灰石浆液中的碳酸钙则与二氧化硫和氧（氧化风机提供的氧）发生反应，最终生成石膏，部分石灰石浆液和石膏浆液被收集在吸收塔底部，并再次被浆液循环泵循环至喷淋层，循环喷淋浆液不仅用于吸收烟气中的 SO2 同时还用来冷却烟气。在烟气离开吸收塔前，通过吸收塔顶部的除雾器，从饱和烟气中脱除携带的水滴，最终烟气经吸收塔顶部出口排出，经过净烟道进入烟囱后排放至大气。而多余的石膏则在吸收塔底部溶液中析出。石膏浆液由吸收塔石膏排出泵抽出，经旋流器分离、脱水皮带脱水后进入石膏库，然后再通过石膏车运走。

2 脱硫浆液起泡的影响

2.1浆液溢流危及锅炉安全运行

当脱硫浆液起泡时，吸收塔真实液位高于差压式液位计显示液位，此时脱硫浆液伴随大量泡沫从吸收塔溢流口不停溢出，同时吸收塔密度计也失准。若操作人员发现不及时，没有采取得当措施控制吸收塔液位，此时有浆液倒灌到进口烟道和增压风机的风险，严重时将造成锅炉紧急停炉和设备损坏的风险 。

2.2 脱硫效率下降

由于浆液中含有大量气泡，会导致循环泵出力下降，表现在循环泵电流比正常运行时偏低，循环泵的出口压力及流量也会随之下降，脱硫效率同步下降，出口 SO 2 排放浓度有超标风险。为了兼顾脱硫效率，增加循环泵开启台数，会导致浆液的扰动加大，起泡情况则会加剧，形成恶性循环。

2.3 浆液循环泵发生气蚀

由于吸收塔液位降低，并且浆液中存在气泡，循环泵入口吸入气泡，导致循环泵发生气蚀，设备出力下降，同时设备故障增加  。

2．4 浆液起泡通常伴随浆液中毒

脱硫浆液起泡通常是由于浆液中烟尘、重金属离子、有机物、油增多导致，当这些杂质累积到一定程度，会造成浆液中毒，发生包裹石灰石的现象，并抑制石灰石在浆液中的溶解，同时还出现亚硫酸钙氧化困难，浆液pH 值居高不下，脱硫效率急剧下降，脱硫系统无法正常运行。

3 浆液起泡原因分析

为确认浆液起泡原因，分析泡沫组分，取溢流浆液泡沫，烘干成固体粉末，进行扫描电镜及元素分析，结果如图1所示。

（a）                               （b）

图1 SEM电镜图

图1为溢流浆液泡沫SEM照片中间部分是晶体平铺的形态，晶型呈现棱柱状或条状，根据比例尺(图中右下角)可知，其尺寸大于30μm，据此判断溢流浆液主要组分为石膏，同时可以观察到石膏晶体表面附着大量细微颗粒，形态不一，其粒径为亚微米级。

为进一步确认溢流浆液泡沫的组分，对SEM照片中选择某一区域（如图2所示）进行能谱分析，具体结果见图3、表1。

图2 能谱选择区域

图3 EDS能谱结果图

表1 eZAF Smart Quant Results

序号	元素	质量分数（%）	原子比（%）	误差率（%）
1	C	7.50	12.62	15.46
2	O	49.54	62.60	10.06
3	F	2.89	3.08	29.56
4	Mg	2.81	2.34	9.28
5	Al	1.22	0.92	10.63
6	Si	2.16	1.55	8.01
7	S	12.07	7.61	3.76
8	Ca	16.83	8.49	3.09
9	Fe	1.06	0.38	22.96
10	Cu	3.92	0.40	36.53

由图3、表1结果可知，溢流浆液泡沫中主要元素为Ca、S、O、C、Mg、Al、Si、F。主要化学组分为CaSO4、CaCO3、Al2O3、SiO2、CaF2，依据元素质量分数结果，C元素含量为7.50%，结果异常偏高。

由于溢流浆液泡沫中含C元素组分主要以CO32-形式存在，为排除CO32-含量的影响，对此进行化验，CO32-含量为8.48%，以C元素计约为1.02%。据此可判断溢流浆液泡沫中碳元素含量大于6%，结合原子比分析可知，溢流浆液泡沫中碳元素主要以碳单质形式存在。

根据X射线荧光光谱分析检测结果，溢流泡沫固体物质和浆液固体物质中含有一定浓度的SiO

2、Al2O3、Fe2O3，主要来源于浆液表面漂浮的细微粉尘。

当烟尘进入浆液后，粒径较大的颗粒物受重力影响会沉降到浆液内部，随浆液参与循环并最终排浆脱水掺入石膏；粒径较小的细微颗粒会首先漂浮在浆液表面，然后在喷淋浆液的作用下进入浆液中，当浆液表面存在泡沫时，细微粉尘会被泡沫吸附，又会增大泡沫的机械强度从而使得泡沫更加稳定。

浆液中的重金属组分主要来源于烟尘颗粒物，在煤燃烧过程中，多种重金属元素会挥发并进入烟气，相当一部分重金属会富积在烟尘中，最终随烟尘进入吸收塔。重金属会改变浆液表面张力，导致气泡液膜的机械强度变大，增强了泡沫稳定性，最终导致起泡溢流。

4 异常问题分析总结

综合分析，从潮州电厂脱硫系统的运行情况和浆液样品、溢流物质检测结果来看，脱硫浆液起泡溢流、呈现黑色的主要原因为飞灰中含碳物质及重金属在吸收塔浆液中富集引起。

锅炉锅炉飞灰中的未燃尽颗粒物主要为亚微米级颗粒，难以被电除尘器捕集、脱除，随烟气进入吸收塔内，细微颗粒会悬浮于脱硫浆液表面，呈现黑色。在氧化风及搅拌作用下，脱硫浆液表面产生的非稳态泡沫由于不断吸附细微颗粒，改变泡沫的表面张力，增大泡沫的机械强度从而使得泡沫趋向稳定。

同时，燃煤产生的多种重金属元素，随颗粒物进入烟气，并在脱硫浆液中富集，使得液膜表面张力增大，增加了泡沫的稳定性。

浆液泡沫浮于浆池表面，无法随着浆液排出泵进入脱水系统，且溢流浆液进入地坑后仍会随着地坑泵循环重新进入脱硫塔内，导致起泡浆液在吸收塔内不断富集。

此外由于脱硫系统溢流管最高处与脱硫原烟道接近，当浆液起泡溢流时，若发现不及时，溢流浆液则会进入原烟道，影响脱硫系统的运行。

5  解决措施

5.1 调整锅炉运行工况

由于飞灰中含碳物质的产生是由于锅炉燃烧不充分，因此可以通过调整锅炉燃烧工况来进行调整。

(1)尽量提高炉膛温度，缩短碳颗粒在炉膛内的燃尽时间，使更多的碳颗粒能一次燃尽  。

(2)适当增加二次风量、二次风压和播煤风，使二次风的穿透浓度能到达炉膛中心的缺氧区域，可以保证颗粒经过该区域能够正常燃烧，使炉内烟气得到比较强烈的混合和搅拌，有利于颗粒的燃尽。

（3）调整配煤方案，控制入炉灰分在炉膛设计值之下，能够有效控制烟气中的飞灰极大程度被电除尘器捕集。

通过以上三项措施，能够使掺烧的中间灰得到相对充分燃烧，控制飞灰含碳量降低到 5%以下，减少了进入脱硫塔浆液中的飞灰含碳量。

5.2 添加消泡剂

吸收塔浆液起泡严重时，脱硫浆液循环泵运行电流一般会下降 10%~20%左右，此时可采取添加消泡剂的措施。消泡剂添加量为每天每班10 kg  。加入消泡剂后循环泵电流能够缓慢恢复到正常水平，吸收塔浆液溢流情况也可以得到减缓，脱硫效率逐渐恢复。虽然添加消泡剂可以缓解起泡，但不能从根本上消除吸收塔内有害物质。由于消泡剂本身也是化学物质，在添加消泡剂的同时，应注意加大废水外排，避免药剂累积过多。

5.3增加脱硫废水外排或进行浆液置换

增加脱硫废水外排，补充新鲜工艺水，可以减少吸收塔内引起浆液起泡杂质的累积，从而减轻浆液起泡情况。当浆液起泡或者浆液中毒严重时，严重影响出口 SO 2 排放浓度指标时，需要快速进行浆液置换，通过石膏排出泵将脱硫浆液排放到事故浆液池中，补充新鲜水进行置换恢复。待脱硫系统恢复正常后，再将事故浆液池中的浆液打回吸收塔中缓慢消化掉。

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