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1、火电厂石灰石/石灰石膏湿法烟气脱硫浆液溢流问题的研究吕宏俊 （宇星科技发展（深圳）有限公司，广东 深圳 518057）摘要：在火电厂石灰石/石灰石膏湿法脱硫系统中，吸收塔浆液溢流是FGD系统运行过程中常见的问题之一，它对FGD系统的稳定运行非常不利。文章系统分析了吸收塔浆液溢流的成因，介绍了浆液溢流对FGD系统运行的危害，提出了吸收塔浆液溢流的预防和处理措施，这对火电厂FGD系统的正常运行具有非常重要的指导和借鉴意义。关键词：湿法烟气脱硫；浆液溢流；真实液位；虚假液位；消泡剂Study on Slurry Overflowing of Limestone-gypsum Wet Flue Gas
2、 Desulfurization System Operating in Power PlantLv Hongjun ( Universtar Science &Technology (Shenzhen) CO., LTD., Shenzhen 518057, Guangdong )Abstract: The slurry overflowing was one of very common phenomenon which had severe disadvantage to the regular and stable operation of Limestone-gypsum Wet F
3、lue Gas Desulfurization System. The paper systematically analyzed the forming cause of slurry overflowing in absorber, introduced the damage of slurry overflowing to FGD system operation and presented some measures to prevent and handle slurry overflowing, which had significantly instructional and r
4、eferenced value for the proper operation of FGD system.Keyword: Wet Flue Gas Desulfurization; Slurry Overflowing; Real Liquid Level; False Liquid Level; Deformer随着工程减排、结构减排和监管减排三大措施逐步发挥效益，2007年我国二氧化硫排放量达2468.1104t，比2006年下降了4.7%；燃煤脱硫机组建成并投入运行345台、装机容量1.2亿千瓦，脱硫机组装机容量达到2.66亿千瓦，火电机组脱硫比例由2007年的32提高到48 中华
5、人民共和国环境保护部.中国环境状况公报(2007年) J.环境经济,2008(9):1032。因此，烟气脱硫系统的高效、可靠、稳定运行是火电企业日益关注的重大问题。在现有各种脱硫方法中，石灰石/石灰石膏法因其技术成熟、脱硫效率高等特点而被广泛应用于火电厂烟气净化处理。在FGD系统的运行过程中，会发生吸收塔液位测量值显示正常，吸收塔却发生溢流的现象。由于吸收塔液位是根据安装在吸收塔底部的压差式液位计测量得来（或FGD-DCS显示的液位值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），并不是吸收塔内浆液的真实液位。真实液位由于泡沫引起的“虚假液位”远高于其显示液位，再加上底部浆液循环泵脉冲
6、扰动以及吸收塔侧进式搅拌器搅拌、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，使得FGD-DCS显示的液位值严重失真，从而导致吸收塔的间歇性溢流。当吸收塔浆液溢流严重时，脱硫控制系统如果无法及时监测并采取有效措施，会使吸收塔液位无法维持在原设计水平，相应带来脱硫效率、石膏品质等方面的波动，这对FGD装置的稳定运行十分不利。1 溢流成因吸收塔溢流主要是由泡沫引起的“虚假液位”造成的。吸收塔内浆液起泡不可避免：强制鼓入的氧化空气从浆液中下部进入并向上溢出会制造出泡沫（氧化空气中含有大量的，本身就是很好的发泡材料）；吸收塔在喷淋浆液的过程中也在制造泡沫；吸收塔补充水如果含有有机物、盐类等杂质
7、、氧含量较大，也会使浆液中含有大量的气泡或泡沫。气泡或泡沫的存在造成吸收塔内浆液的不均匀性，由于浆液密度表计取样来自吸收塔底部，底部浆液密度大于氧化区上部浆液密度，造成仪表显示值偏低，最终导致吸收塔浆液溢流现象的产生。引起吸收塔溢流的原因主要有： 吸收塔浆液中有机物含量的增加。锅炉燃烧不充分或在运行过程中投油，飞灰中部分未燃烬物质（包括碳颗粒或焦油）随烟气进入吸收塔，使吸收塔浆液中的有机物含量增加，发生皂化反应，在浆液表面形成油膜，被氧化风机鼓入得高压空气“压迫”所致。 吸收塔浆液中重金属含量的增加。锅炉尾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
8、液重金属含量增高；石灰石含有的微量金属元素（如、等）、湿式球磨机的钢球消耗等也会引起吸收塔浆池中重金属元素的富集。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。起泡不仅会抬升吸收塔液位，吸收塔也会由于虹吸作用而发生严重的溢流。 脱硫剂石灰石的成分因素。石灰石遇稀醋酸、稀盐酸、稀硝酸发生泡沸，高温条件下分解为氧化钙和二氧化碳。石灰石中含有，如果含量超标不仅影响脱硫效率，与反应在反应池中会产生大量泡沫。如果石灰石成分发生某种变化，在吸收塔浆池中产生某种天然无机发泡剂（如碳酸氢钠，硫酸铝），碳酸氧钠和硫酸铝溶液混合在一起，就会产生大量的气体： FGD系统运行过程中，停运氧化风机或启动浆液循
9、环泵时，吸收塔浆液气液平衡被破坏，会导致吸收塔浆液大量溢流。对于固定管网式氧化风机，空气孔朝下，氧化风机处于开启状态时，泡沫被鼓入的氧化空气吹破，氧化风机停运时，大量泡沫生成，致使吸收塔溢流。江苏利港电厂4号吸收塔正常运行液位约10.5m，溢流口标高11.7m，强制氧化方式为固定式空气喷射器，2007年5月2日，运行的氧化风机因故障需检修，停运后发现吸收塔液位不断升高，10min后液位达到12.4 m，同时吸收塔溢流口有大量浆液溢出；5号吸收塔正常运行液位约11.3m，溢流口标高12.75m，强制氧化方式为搅拌器加空气喷枪组合式，2007年7月5日，启动备用循环浆液泵3min后，发现吸收塔溢流
10、口有大量溢流浆液，而吸收塔显示液位仍为11.1m左右 孙旭峰,倪迎春,彭海.烟气脱硫装置安全经济运行的分析及措施J.电力科学与工程,2008,24(5):14。 溢流管设计不合理，产生虹吸现象。这时只要吸收塔内液位高于溢流液的终点液位，就会连续的溢流。虹吸现象是液态分子间引力与位差能造成的，利用液柱压力差，使液体上升再流到低处。由于管口液面承受不同的大气压力，液体会由压力大的一边流向压力小的一边，直到两边的大气压力相等，容器内的液面变成相等高度，液体才会停止流动。 吸收塔补充水水质达不到设计要求，COD、BOD等含量超标。 FGD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。
11、2 溢流危害FGD系统正常运行情况下，吸收塔溢流出的浆液通过溢流管排入吸收塔区地坑，再由地坑泵打回吸收塔重复使用，这对整个FGD系统的运行不会造成影响。如果FGD系统运行不当（如锅炉在FGD运行过程中投油、烟气中粉尘含量过大等），致使吸收塔浆液中含有较多有机物、重金属离子、盐类和其它组分，这会增加气泡液膜的机械强度和泡沫的稳定性，增强浆液表面的张力，使得无论是氧化风机鼓入的空气产生的气泡还是循环浆液喷淋下的浆液被烟气托浮，都使得在吸收塔内存在着常规液位计不能真正反映其存在高度的泡沫层，即产生“虚假液位”。这会造成两个严重后果。一方面，会使浆液从吸收塔溢流管大量涌出，FGD系统运行严重恶化。另一
12、方面，由于烟气进口设计高度偏低、浆液粘度增加、氧化空气过量或氧化空气断面分配不均匀，一旦泡沫高度超过吸收塔烟气入口高度，都使得在烟气入口附近存在一个气液的动态平衡。泡沫层的浆液在重力作用下随时都有从烟气入口进入烟道进而流进增压风机（或GGH冷端）的趋势。当增压风机正常运行、旁路挡板关闭，进入吸收塔烟气的动力与浆液的重力处于平衡状态，浆液不会进入烟道，只有在烟道壁附近流体附着层有少量液体流入烟道。但是，当增压风机连锁保护跳闸，旁路烟道打开，此平衡不复存在。如果事前没有采取通过停运氧化风机、停运浆液循环泵、降低吸收塔内液位高度等措施来降低泡沫层的高度，势必会造成浆液溢流，严重的可能倒流至增压风机，
13、从而引发各种事故而影响FGD系统的正常运行。总的来说，吸收塔浆液溢流的危害主要有：FGD系统运行恶化。溢流浆液量较大时，浆液从脱硫反应塔的溢流管大量涌出，吸收塔液位在短时间内急剧下降，液面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不能够得到保证，致使浆液中亚硫酸盐含量逐渐增高，使石膏品质恶化，这对FGD装置的稳定运行十分不利。而溢出的浆液在FGD系统四周大量漫流，严重污染机组设备和厂区环境。 FGD系统设备损坏。如果“虚假液位”过高，溢流浆液甚至会倒流至增压风机出口，在运行操作人员没有及时发现、增压风机没有跳闸的情况下，溢流浆液猛烈冲击正在运行的风机叶片，造成叶片断裂等严重损害，
14、致使增压风机停运、脱硫系统被迫停运。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 禾志强,田雁冰,沈建军,赵全中.石灰石-石膏法脱硫浆液起泡研究J.电力环境保护, 2008,24(4):1113。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。 烟道防腐层破坏与腐蚀。溢流浆液进入烟道，浆液中的硫酸盐和亚硫酸盐随浆液渗到防腐层表面的毛细孔内，当水分逐渐蒸发，浆液中的硫酸盐和亚硫酸盐析出并形成结晶盐，同时体积膨胀，使防腐材料本身产生内应力，致使其脱皮、疏松或裂缝损坏。带结晶水的盐，在干湿交替的作用下，体积可以增加几倍或几十倍，应力更大，会导致严重
15、的剥离损坏 曾庭华,杨华,马斌等.湿法烟气脱硫系统的安全性及优化M.北京:中国电力出版社,2003。而且，浆液还会沉积在未作防腐的原烟道中，产生烟道垢下腐蚀，减短烟道的使用寿命和检修周期，影响脱硫系统正常运行。 烟气系统积灰、堵塞。溢流浆液在吸收塔入口形成大量的石膏结垢，会造成烟道的积灰严重、烟道阻力增加，还会造成GGH换热面的堵塞，影响FGD系统和锅炉的安全运行。江苏华电扬州发电有限公司配套的石灰石石膏简易湿法脱硫装置随机组停运检修期间，对吸收塔入口检查时发现有大量的石膏结垢，同时部分浆液进入GGH，将GGH低部密封水槽堵死，严重时造成GGH换热面的堵塞 居进.石灰石一石膏湿法脱硫系统运行中
16、存在的问题及探讨J.科技创新导报,2008(6):150151。 液位控制困难。吸收塔内浆液起泡严重时，石膏排出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。3 浆液溢流的预防与处理措施吸收塔一旦出现浆液溢流现象，必须及时采取妥善的预防和处理措施，以免造成严重事故。3.1预防措施 调整吸收塔液位。确定合理的吸收塔运行液位，减小浆液溢流量，防止浆液进入吸收塔入口烟道。随着脱硫塔内化学反应的不断进行，浆液的浓度会不断上升，因此需要配合浆液比重，定期对液位计进行校对，根据吸收塔浆液密度来调整FGD-DCS液位显示值，保证脱硫控制系统显示值的正确性。同时，控
17、制吸收塔内实际液位仅高于塔体溢流口高度（控制液位在吸收塔溢流口至溢流排水口标高之间），防止烟气泄露。天津大港发电厂2号FGD系统投产后发生多次吸收塔溢流现象，采取的措施就是把脱硫塔稳定在一个比较低的液位水平，定期校对FGD-DCS液位与就地显示，停止相关设备前后密切监视脱硫塔状况 柳玉宾,李庆,曹志华.大港发电厂脱硫系统特点及常见问题对策J.华北电力技术,2007(8):14。 控制吸收塔补水。严格控制吸收塔补充水水质，加强过滤和预处理工作，降低COD、BOD含量，使补充水的参数指标在设计范围之内。FGD系统正常运行时，吸收塔补水主要来自除雾器冲洗水，少量来自搅拌器、浆液泵、循环泵等设备的机封
18、冷却水和浆液管路冲洗水。确保除雾器冲洗水量按照规程进行，防止除雾器结垢，在满足泵和搅拌器运行需要的前提下尽量降低机封冷却水量，严格控制浆液管线的冲洗水量，冲洗出水澄清就停运，防止过多水量进入吸收塔。此外，除雾器冲洗水是消除泡沫的有效手段，水喷淋可减少泡沫积累；因此，除雾器冲洗水可在保证液位的前提下多次少量，或者在呼吸孔加装喷水打散泡沫，防止泡沫溢出。 控制浆液与废水品质。控制石灰中各组分（如MgO、SiO2等）含量符合实际要求，加大石膏浆液排出量，降低排出石膏时的吸收塔浆液密度，保证新鲜浆液的不断补入。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
19、现浆液品质恶化趋势，及时采取处理手段。按照运行要求排放脱硫废水，以降低吸收塔浆液重金属离子、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，减小浆液泡沫的形成。 核算氧化空气用量。概念设计时根据物料平衡关系计算和校核氧化空气用量，避免浆液中含有过多剩余空气，以免富余的空气以气泡的形式从氧化区底部溢至浆液表面，从而造成浆液动态液位的虚假，导致吸收塔浆液泡沫的增加。 氧化风机运行管理。FGD系统运行过程中，检查氧化风机的运行状况，保证备用氧化风机处于良好的备用状态，一旦运行风机停运，要保证能够及时启动备用风机，以免发生虹吸现象而造成大量浆液溢流。如江苏利港电厂4号吸收塔浆液溢流问题的解决就
20、是通过启动备用氧化风机2。 溢流管设计改进。对于由于溢流管虹吸现象而造成的吸收塔溢流，设计时在溢流管最高点加装对大气的排放直管来破坏虹吸现象。 主机运行管理。在主机投油或除尘装置出现故障时，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，最大程度减少进入到脱硫系统的未燃烬成份或飞灰。如投油时间较长或除尘装置处理周期较长，则FGD系统必须停运。3.2处理措施2,3 添加脱硫专用消泡剂。抑制吸收塔溢流的有效手段是向吸收塔区地坑定期加入脱硫专用消泡剂（如有机硅消泡剂）。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
21、后，泡沫层逐渐变薄，减少加入量，直至达到稳定的加药量。需要指出的是，消泡剂只能暂时缓解，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。因为消泡剂一般也具有表面活性剂的一些特性，有些消泡剂本身就是表面活性剂。所以，消泡剂加多后可能起反作用。 调整浆液循环泵运行。在可以暂时忽略FGD系统脱硫效率的条件下，停运1台浆液循环泵以减少浆液循环量、减小吸收塔内部浆液的扰动。 FGD系统运行管理。一旦发生浆液溢流现象，打开烟道底部疏水阀疏水，防止浆液溢流至增压风机出口段。检查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。 重新换置浆液。如果采取多种处理方法，并有效地控制工艺水品质、石灰石浆液品质，且石膏浆液脱水系统、废水处理系统运行正常，但吸收塔浆液仍然经常性溢流就需要倒空吸收塔内的浆液（将吸收塔内的浆液打入事故浆液箱中），重新上浆。4 结论吸收塔浆液溢流是火电厂石灰石/石灰石膏湿法脱硫系统常见的问题之一，对FGD系统的稳定运行非常不利。因此，在FGD系统运行过程中，应实时监控吸收塔浆液状况，一旦出现浆液溢流，及时采取如降低吸收塔浆液液位、减小浆液供给量、调整浆液循环泵运行、加脱硫专用消泡剂等有效措施来确保FGD系统的安全、稳定运行。参考文献：
