石灰石-石膏湿法烟气脱硫浆液起泡溢流研究

王瑶瑶 包文运 高良敏 刘 璐 向朝虎 司家济

(1.安徽理工大学地球与环境学院， 安徽 淮南 232001；2. 大唐环境产业集团股份有限公司特许经营分公司， 南京 211106)

石灰石-石膏湿法烟气脱硫浆液起泡溢流研究

王瑶瑶1包文运2高良敏1刘 璐1向朝虎2司家济1

(1.安徽理工大学地球与环境学院， 安徽 淮南 232001；2. 大唐环境产业集团股份有限公司特许经营分公司， 南京 211106)

石灰石-石膏湿法烟气脱硫运行中，常会出现吸收塔浆液起泡溢流现象。吸收塔浆液起泡溢流现象不仅会降低脱硫效率，污染周围环境，而且还会造成周围设备的腐蚀，严重时整个脱硫系统将停运并置换吸收塔内的浆液。本文对吸收塔浆液溢流的现象、危害、起泡机理、原因等进行了分析，并对影响溶液起泡特性的因素进行归纳总结，提出了解决吸收塔浆液起泡溢流的对策。

石灰石-石膏法脱硫；浆液；起泡溢流

近年来火电行业的快速发展以及我国环境保护和节能减排制度的健全和规范，火力发电厂烟气脱硫系统是否能正常稳定运行，已经是火电部门非常重视的问题[1-2]。目前石灰石-石膏湿法烟气脱硫(FGD)技术被广泛应用在火电企业的烟气脱硫中，该法脱硫效率高、技术成熟、能耗低[3-5]。石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺核心部位为吸收塔，必须确保吸收塔脱硫效率≥95%，SO2等污染物应达到环保排放要求。常采用测量吸收塔浆液两点处的压强差与浆液的密度，用这两个参数计算得出吸收塔液位值。若吸收塔内的浆液发生起泡，吸收塔内真实液位将会由泡沫引起 “虚假液位”，高于显示液位。再加上氧化空气鼓入、搅拌器搅拌、底部浆液泵脉冲扰动和浆液喷淋等因素的综合影响而引起液位波动，从而造成吸收塔内浆液间歇性溢流[1]。吸收塔浆液起泡溢流主要是由于烟气成分、工艺水质、锅炉燃烧状况、入炉煤煤质、石灰石粉成分及粉煤灰等因素的影响，致使吸收塔浆液顶部泛起大量粘性泡沫，液位显示正常但会从吸收塔的溢流管道或者从吸收塔排水坑溢流[6]，且溢流出的浆液主要为灰黑色的泡沬。图1、2为溢流出的泡沫和烘干的泡沫。

图1 溢流泡沫

图2 烘干泡沫

在起泡初始阶段，若脱硫控制系统没有能够立即监测，且未用合理可行的方法来抑制起泡的恶化，溢流泡沫不会自动消失，起泡程度会愈加严重，随着起泡现象的加重，由间断性的溢流变成了连续性的溢流[7]。浆液起泡溢流将带来吸收塔液位无法在正常设计值范围之内；漫溢的泡沫污染吸收塔周围环境，同时还造成浆液浪费，脱硫效率降低、石膏质量下降、增压风机或GGH(气气换热器)正常运行受到威胁等问题，影响了脱硫系统的稳定和安全运行。

本文就吸收塔起泡溢流进行了全面分析及探讨，包括起泡溢流现象、起泡机理、危害、原因分析、解决对策及影响溶液起泡特性的因素和消泡剂的作用原理。

1 吸收塔浆液起泡现象及其危害

1.1 虚假液位

吸收塔浆液溢流，浆液内部起泡，但是浆液的液位却显示为正常，产生的泡沫造成“虚假液位”[8]，导致浆液从吸收塔的入口烟道处四处溢流。

1.2 浆液起泡

随着起泡现象的严重，塔内浆液将从吸收塔内溢流。溢流大部分情况下都发生在溢流管处与吸收塔入口烟道内。溢流的泡沫大多为浓黑或灰黑色，少数为浅棕色。当泡沫流入地沟后，泡沫不容易破碎，流动性变差[9]。

1.3 浆液起泡溢流的危害

吸收塔浆液溢流量较大时，将会使脱硫效率降低，达不到脱硫效率标准值。而溢流出来的浆液，如不及时处理，就会对脱硫系统正常运行造成危害[7]：

(1)吸收塔浆液溢流时，会造成浆液中毒。

(2)溢流浆液进入烟道中，当水分逐渐蒸发，体积发生膨胀，导致带有结晶水的盐产生严重的剥离损坏。

(3)溢流浆液通过烟道，到达增压风机出口，迫使增压风机停止运转，脱硫系统将被迫停止运行[10]。

(4)脱硫液氧化效果不佳，浆液品质恶化，造成浆液中毒。

(5)浆液溢流到烟道后，会减小烟道的流通面积，浆液干燥使烟道积灰逐渐严重，烟道阻力增加，影响锅炉的安全运行。

2 吸收塔浆液起泡机理

吸收塔内的气体有两个来源，一为氧化亚硫酸盐时提供的氧化风量，二为经过除尘后的烟气进入吸收塔。由于气体与浆液间有一定的密度差，已经形成的泡沫由于浮力作用上升至浆液表面。若此时浆液的表面张力较小，泡沫在搅拌器、氧化风及浆液喷淋的作用下不易破灭，则泡沫易集聚。

可以得出，吸收塔浆液形成泡沫的三个条件：气体与液体间连续的接触；液体的表面张力较小；气液的密度差较大[2]。

正常运行的吸收塔中，在搅拌器、喷淋浆液及氧化风的共同作用下，纯净的浆液表面会存在少量起泡，只不过在起泡过程中，泡沫的液膜越来越薄，当液膜的厚度低于临界值厚度时将自然破裂[9]，吸收塔浆液起泡，浆液成分复杂，混入表面活性物质或起泡物质时，增加了气泡液膜强度和厚度，增强了泡沫的稳定性，从而导致浆液起泡溢流现象的产生。

3 影响溶液起泡特性的因素

3.1 影响溶液起泡能力的因素

影响溶液起泡能力的因素有：表面张力和溶液浓度。

3.1.1 表面张力

溶液的表面张力较小，此时形成的泡沫体积较小，泡沫的表面积小，故气-液体系的能量增加相对较少，泡沫破灭时气-液体系的能量下降的也相对较少。表面张力小有助于泡沫的形成，且生成泡沫表面积固定时，做的功少；表面张力大，泡沫易破灭。

3.1.2 溶液浓度

溶液浓度与浆液的起泡能力有关，随着溶液浓度的增加，溶液的起泡能力也增加。当溶液的浓度达到一定值时，起泡的能力达到最高并趋于不变[11]。

3.2 影响溶液泡沫稳定性的因素

影响泡沫稳定性的因素有：表面张力、溶液的表面黏度、溶液泡沫双气-液界面结构液膜的弹性和扩散、双气-液界面结构表面电荷和溶液中杂质分子结构。

3.2.1 溶液的表面张力

表面张力越大，气泡半径越大，液膜的厚度越薄，越易破灭。降低了表面张力减少了气-液表面的自由焓，对泡沫的形成稳定性有一定的促进。沈峥[11]对不同的表面活性剂的溶液的表面张力、表面黏度和泡沫寿命进行了实验，证明了表面张力不是泡沫稳定性的决定性因素。

3.2.2 溶液的表面黏度

液膜的强度是泡沫稳定性的主要因素，而表征液膜强度的参数为表面黏度。由曲彦平[12]的实验可以得出：溶液的表面黏度越大，泡沫的寿命越长，即稳定性越好。反之，泡沫的寿命短，稳定性降低。

3.2.3 溶液泡沫双气-液界面结构液膜的弹性和扩散

溶液泡沫液膜弹性，是指当泡沫在受到外力影响，造成局部变形后的自我修复能力。形成泡沫的液膜弹性愈大则液膜自我修复能力愈强，泡沫愈不易破裂。

溶液泡沫双气-液界面结构液膜的扩散，在溶液中形成大小不一的气泡之间会有压力差的作用，气泡相对较小时将会使气体向气泡相对较大扩散，致使小气泡越来越小直到消失；而大气泡因为扩散而接收到了气体，起泡的体积越来越大，越来越不稳定。

3.2.4 双气-液界面结构表面电荷

当双气-液界面结构表面带有同种电荷，液膜变薄到一定程度时，同种电荷间会产生相互排斥的力，会抑制液膜变薄，避免气泡破灭。

3.2.5 溶液中杂质分子影响

当溶液中混入表面活性剂物质时，会在双气-液界面相互作用和聚集，集聚物之间会产生互斥力，防止液膜变薄，使泡沫趋于稳定状态。

4 吸收塔浆液起泡原因分析

吸收塔浆液起泡的原因主要考虑的是：工况、烟气成分、工艺水水质、石灰石成分。

4.1 烟气成分

烟气成分中主要考虑烟气中的有机物或者重金属含量增加，导致浆液中的有机物与重金属含量的增加。锅炉燃烧运行过程中，投加的油或者煤未完全燃烧，就会有部分还未被完全燃烧的碳颗粒或焦油等随烟气的流动进入吸收塔浆液内。吸收塔中的有机物在浆液中不断积累富集，会引起皂化反应并形成油膜；如果除尘器的除尘效果不好，会使得烟气中惰性物质增多，烟气与浆液反应后，在浆液中的重金属含量增加，随着时间而富集，这些重金属在浆液表面增加了其表面张力，继而影响了浆液的起泡[10]。

4.2 石灰石成分

石灰石中MgO自身可以作为脱硫添加剂，但是若石灰石中的MgO含量偏高，不但会影响石膏的凝结与脱水，还会与硫酸根离子反应生成大量的泡沫，这也是泡沫灭火器的原理[9]。

4.3 工艺水水质

工艺水与磨好的石灰石原料通过一定的固液配比形成石灰石浆液，即为新鲜浆液。如果工艺水中化学需氧量(COD)、生化需要量(BOD)等含量超标，将会使浆液的品质恶化，也会导致浆液起泡现象。

4.4 工况

工况主要为运行中鼓入的氧化风量调节，鼓入的氧化风量主要是将亚硫酸盐氧化成硫酸盐形成石膏，其风量值由所燃烧的煤含硫量计算获得。当氧化风量不足时，浆液中的亚硫酸盐含量过高，影响石膏的品质；当氧化风量过高，则多余的以气泡的形式溢流至浆液的表面，为浆液起泡创造了有利的气体条件。

工况的另一方面，氧化风机的瞬时停运，会使浆液的液面稳定被打破，从而造成大量的浆液溢流。

5 吸收塔浆液溢流的解决对策

吸收塔浆液一旦起泡溢流后，要立即采取适当的解决方法，避免造成事故。处理方法有：

(1)在未起泡前，严格控制进入吸收塔内各种会引起浆液起泡的物质；

(2)在起泡时，通过调节运行工况减缓浆液起泡的现象；

(3)在起泡时，消除已经产生的泡沫。

5.1 起泡前的吸收塔浆液管理

(1)严格控制石灰石原料中各组分的质量百分比，每车石灰石原料应先进行化验，满足碳酸钙、氧化镁、二氧化硅含量的最高或最低限制，才允许进入石灰石料仓。

(2)严格控制工艺水的水质，每周进行一次工艺水的水质化验，主要关注工艺水中COD、BOD、氯离子、Ca2+、Mg2+含量。加强工艺水的处理，如过滤、沉淀。

(3)增强吸收塔浆液、石灰石浆液、废水、石灰石粉、石膏、烟气中飞灰的化学分析工作，通过化验结果来有效的控制运行状况。发现浆液品质恶化，如氯离子高于设计值，及时采取处理手段。

(4)制定严格的运行制度。加强燃烧系统的调整，使煤能够完全燃烧，避免飞灰中含碳量超标；在主机投油时，严格控制油类进入烟气系统，出现故障时，及时通知脱硫运行人员。

(5)坚持脱硫废水的定期排放。若脱硫废水回流至吸收塔浆液，就会造成重金属、有机物、氯离子及各种杂质的进一步富集，使浆液品质恶化，引起浆液起泡溢流。脱硫废水可以通过一定的处理手段，使其达到工艺水的使用要求，循环利用。

(6)用物料平衡核算氧化空气用量，避免吸收塔中有富余的空气量以气泡形式溢流至浆液表面，导致浆液起泡溢流[6]。

5.2 起泡后的吸收塔浆液管理

(1)起泡后，降低吸收塔浆液的液位，不仅可以减少被污染的浆液的置换量，还可以使吸收塔内有足够的空间减缓浆液泡沫溢流至吸收塔外，减缓周围设备的损坏。

(2)密切注意氧化风机的使用状态，保证备用设备状态良好。一旦发生氧化风机停运，立即换备用的氧化风机。

(3)置换吸收塔浆液，注入新鲜石灰石浆液。不过这种方法只有在其他方法已经不能有效控制浆液的溢流时采用的手段，主要因为置换浆液耗时大，过程繁琐，整个脱硫系统得停运。

(4)加入专用脱硫消泡剂。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或完全退出消泡剂的使用[10]。

6 结语

石灰石-石膏湿法烟气脱硫运行中，常会出现吸收塔浆液起泡溢流现象。吸收塔浆液起泡溢流现象不仅会降低脱硫效率，污染厂区环境，而且还会造成设备的腐蚀，严重时整个脱硫系统将停运并置换吸收塔内的浆液。对于浆液起泡溢流，要根据浆液起泡的原因来采取预防手段，一旦出现浆液溢流现象，要及时通知脱硫运行人员，采取有效措施减缓起泡溢流或者消除已经产生泡沫，确保整个烟气脱硫系统安全、稳定的运行。

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A study on serous bubbles overflows in limestone-gypsum wet flue gas desulfurization technology

Wang Yaoyao1, Bao Wenyun2, Gao Liangmin1, Liu Lu1, Xiang Zhaohu2, Si Jiaji1

(1.School of Earth and Environment, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001;2.Datang Environment Industry Group Co., Ltd. Nanjing, 211106, China)

During the operation of the limestone-gypsum wet flue gas desulfurization, bubble overflow in slurry from absorption tower is frequently witnessed. This phenomenon may decrease efficiency of the desulfurization and pollute the surrounding environment; or, it may cause corrosion of surrounding equipments; and in the worst case, it may cause the shut-down of the whole desulfurization system for replacing the slurry in the absorption tower. This paper reports results from an analysis on the phenomenon of bubble overflow in slurry from absorption tower and its hazards, the foaming mechanism of bubble overflow and the causes of bubble overflow; and summarizes the factors affecting foaming characteristics, and finally puts forward the solutions for dealing with the problem.

the limestone - gypsum desulphurization; slurry; foam overflow

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)

2016-12-07;2017-02-21修回

王瑶瑶(1993-)，女，安徽黄山人，在读研究生，研究方向：水污染控制，Email:fswangyaoyao@163.com

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