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石灰石-石膏湿法脱硫中吸收塔浆液起泡原因分析及处理措施

2019-08-10

:在石灰石-石膏湿法脱硫中,吸收塔浆液溢流是较为常见的现象,它会对脱硫系统的正常运行造成较大危害,如果不能采取适当的预防和处理办法,甚至会导致诸如增压风机叶片损坏等重大事故。通过分析石灰石-石膏法中吸收塔浆液产生溢流现象的各种原因,提出防止和解决吸收塔浆液溢流的方法,保证脱硫系统的正常运行。玻璃钢风阀

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根据国家环保总局统计,2006年我国SO2排放量达2588×104t,居世界首位[1],由此引发的酸雨等环境问题日益显现。近年来,随着火电行业的迅猛发展以及我国环境保护制度的逐渐健全规范,烟气脱硫系统能否正常投入,稳定运行已成为火电企业非常关注的问题。在现有各种脱硫方法中,石灰石-石膏法因为技术成熟,脱硫效率高等显著优点而被广泛采用。

吸收塔浆液因为起泡而导致溢流是石灰石-石膏法脱硫运行中常见的问题之一。由于吸收塔液位多采用装在吸收塔底部的压差式液位计测量,FGD-DCS(脱硫控制系统)显示的液位是根据差压变送器测得的差压与吸收塔内浆液密度计算得来的值,而吸收塔内真实液位——由于气泡、或泡沫引起的“虚假液位”远高于显示液位,再加上底部浆液扰动泵脉冲扰动或搅拌器搅拌、氧化空气鼓入、浆液喷淋等因素的综合影响而引起液位波动,从而导致吸收塔间歇性溢流。因此当吸收塔浆液起泡溢流严重时,如果DCS上无法及时监测并采取有效措施就会导致事故发生。

正常情况下,吸收塔浆液溢流后通过吸收塔溢流管进入吸收塔区排水坑,再经由地坑泵打回吸收塔重复使用,不会造成其它后果。但是,当吸收塔浆液溢流量较大时,浆液不能通过溢流管及时输送,就会进入到原烟气烟道中,从而引发各种事故或影响正常运行,主要危害归纳如下:

(1)溢流浆液进入烟道中,浆液中的硫酸盐和亚硫酸盐随溶液渗入防腐内衬及其毛细孔内,当水分逐渐蒸发,浆液中的硫酸盐和亚硫酸盐析出并结晶,随后体积发生膨胀,使防腐内衬产生应力,尤其是带结晶水的盐,在干湿交替的作用下,体积膨胀高达几十倍,应力更大,导致严重的剥离损坏。浆液还会沉积在未作防腐的原烟道中,产生烟道垢下腐蚀,减短了烟道的使用寿命和检修周期,影响脱硫系统正常运行。

(2)溢流浆液通过烟道,到达增压风机出口,在运行操作人员没有及时发现的情况下,溢流浆液猛烈冲击正在运行的风机叶片,造成严重的损害,甚至是叶片断裂,致使增压风机停运,脱硫系统被迫退出运行。如果系统不设置旁路烟气挡板,则主机也被迫停运,计一次非停,损失严重。增压风机停运后必须检修,如需更换叶片则周期较长,严重影响了脱硫系统的正常运行。在不设GGH的脱硫系统中,上述情况发生的可能性更大。

(3)吸收塔出现起泡溢流后,吸收塔运行液位被迫降低,脱硫反应氧化效果不能保证,浆液中亚硫酸盐含量逐渐增高,致使浆液品质恶化。

(4)浆液起泡严重时,石膏排除泵入口浆液泡沫增加,泵出口压力降低,无法正常排除石膏,致使浆液密度逐渐上升,液位难以控制。

(5)浆液溢流到烟道后,烟道积灰逐渐严重,烟道阻力增加,影响锅炉的安全运行。

泡沫由于表面作用而生成,是气体分散在液体中的分散体系,其中液体所占体积分数很小,泡沫占很大体积,气体被连续的液膜分开,形成大小不等的气泡。泡沫的产生是由于气体分散于液体中形成气-液的分散体,在泡沫形成的过程中,气-液界面会急剧地增加,因而体系的能量增加,其增加值为液体表面张力γ与体系增加后的气-液界面的面积A的乘积为γ×A,应等于外界对体系所作的功。

若液体的表面张力γ越低则气-液界面的面积A就越大,泡沫的体积也就越大,这说明此液体很容易起泡。当不溶性气体被液体所包围时,形成一种极薄的吸附膜,由于表面张力的作用,膜收缩为球状形成泡沫,在液体的浮力作用下气上升到液面,当大量的气泡聚集在表面时,就形成了泡沫层。

吸收塔浆液中的气体与浆液连续充分地接触,由于气体是分散相(不连续相),浆液是分散介质(连续相),气体与浆液的密度相差很大,所以在浆液中;泡沫很快上升到浆液表面,此时如浆液的表面张力小,浆液中的气体就冲破液面聚集成泡沫。

由此可见,泡沫的产生必须具备3个条件:只有气体与液体连续又充分地接触时,才能产生泡沫;当气体与液体的密度相差非常大时,才能使液体中的泡沫能很快上升到液面,久而久之就形成泡沫;表面张力愈小的液体愈易起泡。

泡沫中的起泡呈多面体形,在多面体的液膜交界处,液膜是弯曲的,弯曲液面压力差的存在加速了气泡间平液膜向边界处的排液作用,使液膜变薄,当液膜厚度低于临界值时破裂。但当溶液中具有表面活性物质或起泡物质时,泡沫体系不稳定性减弱,液膜修复能力增强,阻止了液膜进一步变薄,使液膜保持一定的厚度。

纯净的液体起泡性只与其表面张力有关,但是由于纯净液体起泡后,液膜之间能相互连接,使形成的气泡不断扩大,最终破裂。因此,纯净的液体不能形成稳定的泡沫,吸收塔浆液起泡是由于系统中进了其它成分,增加了气泡液膜的机械强度,亦即增加了泡沫的稳定性,最终导致起泡溢流现象的产生。具体引起起泡溢流的原因归纳如下:

(1)锅炉在运行过程中投油、燃烧不充分,未燃尽成份随锅炉尾部烟气进入吸收塔,造 成吸收塔浆液有机物含量增加。

(2)锅炉后部除尘器运行状况不佳,烟气粉尘浓度超标,含有大量惰性物质的杂质进入吸收塔后,致使吸收塔浆液重金属含量增高。重金属离子增多引起浆液表面张力增加,从而使浆液表面起泡。

(3)脱硫用石灰石中含过量MgO(起泡剂),与硫酸根离子反应参生大量泡沫(泡沫灭火器利用的是这个原理)。

(4)脱硫装置脱水系统或废水处理系统不能正常投入,致使吸收塔浆液品质逐渐恶化。

(5)锅炉燃烧情况不好,飞灰中有部分碳颗粒或焦油随烟气进入吸收塔。

(6)运行过程中出现氧化风机突然跳闸现象,吸收塔浆液气液平衡被破坏,致使吸收塔浆液大量溢流。

吸收塔浆液一旦出现起泡溢流现象后,必须及时采取妥善的处理方式,以免造成严重事故。处理方法:一是要消除已经产生的泡沫;二是要通过运行方式的调整,缓解起泡溢流现象;三是要控制进入吸收塔的各种可能引起吸收塔浆液起泡的物质。具体实施方法如下:

(1)从吸收塔排水坑定期加入脱硫专用消泡剂。在吸收塔最初出现起泡溢流时,消泡剂加入量较大,在连续加入一段时间后,泡沫层逐渐变薄,减少加入量,直至稳定在一定加药量上。经过试验得出,需要指出的是消泡剂不能随便乱加,常用于水处理的有机硅消泡剂不适用与脱硫浆液的消泡环境。

所以添加普通的有机硅消泡剂不仅仅消泡效果不理想,而且由于用量大而增加运营成本。另外,应利用脱硫专用消泡剂具有抑制泡沫再生特性,根据吸收塔起泡的情况每天适当的加入消泡剂以抑制泡沫再生。

(2)在可以暂时忽略脱硫效率的条件下,停运一台浆液循环泵以减小吸收塔内部浆液的扰动,同时减少浆液供给量。因为浆液循环量大时,浆液起泡性强。浆液循环量加大,每个分子所具有的动能加大,因而其克服内部引力,实现表面增大的可能性大,即起泡性增强。

(3)在可以保证氧化效果的前提下,适当降低吸收塔工作液位,减小浆液溢流量,防止浆液进入吸收塔入口烟道。

(4)降低排除石膏时的吸收塔浆液密度,加大石膏排除量,保证新鲜浆液的不断补入。

(5)坚持脱硫废水的排放,从而降低吸收塔浆液重金属离子、Cl-、有机物、悬浮物及各种杂质的含量,保证吸收塔内浆液的品质。

(6)严格控制脱硫用工艺水的水质,加强过滤和预处理工作,降低COD、BOD。同事严格控制石灰石原料,保证其中各项组分(如MgO、SiO2等)含量符合实际要求。

(7)制定严格的运行制度。在主机投油或除尘装置出现故障时,要及时通知脱硫运行人员。如果投油时间较短或除尘装置能较快修复,可采用暂时打开旁路烟气挡板,调小增加风机叶片的运行方式,更大程度减少进入到脱硫系统的未燃尽成份或飞灰。如投油时间较长或除尘装置处理周期较长,则必须将脱硫系统退出运行。

(8)运行过程中要注意氧化风机的运行状况,保证备用设备处于良好的备用状态,一旦运行风机出现问题停运,及时启动备用设备,以免发生虹吸现象,造成大量浆液溢流,引发安全事故。

(9)加强吸收塔浆液、废水、石灰石浆液、石灰石粉和石膏得化学分析工作,有效监控脱硫系统运行状况,发现浆液品质恶化趋势,及时采取处理手段。

(10)一旦发生浆液起泡溢流现象,定期打开烟道底部疏水阀疏水,防止浆液到达增压风机出口段。同时定期对吸收塔液位进行标定,保证DCS显示值的正确性。注意吸收塔入口处烟气温度,如果出现温度突然大幅降低的情况,说明浆液大量溢流进入烟道,要及时采取处理方法(如停用增压风机)。

(11)如果采取多种处理方法,并有效地控制工艺水、石灰石原料的品质,且脱水系统、废水系统投运正常,但吸收塔浆液仍旧经常溢流就要考虑倒空吸收塔内的浆液(可以将塔内浆液先打入事故浆液箱中),重新上浆。

总之,吸收塔浆液因起泡而溢流是石灰石-石膏法脱硫中常见的问题之一,对系统的稳定运行有很大危害,必须加以重视,一旦出现起泡溢流现象要及时采取妥善处理办法,保证系统安全、稳定运行。


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