石灰石/石灰—石膏濕法脫硫漿液溢流問題研究

在石灰石/石灰—石膏濕法脫硫系統(tǒng)運行過程中,常常會有吸收塔液位顯示正常卻發(fā)生溢流的現(xiàn)象。當(dāng)漿液溢流嚴重時,如果脫硫控制系統(tǒng)未及時監(jiān)測到并采取有效措施,吸收塔液位就無法維持在設(shè)計水平,會帶來脫硫效率、石膏品質(zhì)等方面的問題,對FGD裝置的穩(wěn)定運行十分不利。
1. 漿液溢流成因
吸收塔漿液溢流主要是泡沫引起的“虛假液位”造成的。氣泡或泡沫會導(dǎo)致吸收塔內(nèi)漿液不均勻,而漿液密度計取樣來自吸收塔底部,底部漿液密度大于氧化區(qū)上部漿液密度,使得儀表顯示值偏低。引起吸收塔溢流的原因主要有:
(1)吸收塔漿液中有機物含量增加。鍋爐燃燒不充分或在運行過程中投油,飛灰中部分未燃盡物質(zhì)(包括碳顆粒或焦油)隨煙氣進入吸收塔,使吸收塔漿液中的有機物含量增加,發(fā)生皂化反應(yīng),在漿液表面形成油膜,被氧化風(fēng)機鼓入的高壓空氣“壓迫” 導(dǎo)致溢流。
(2)吸收塔漿液中重金屬含量增加。鍋爐尾部除塵器運行狀況不佳,煙氣粉塵濃度超標,含有大量惰性物質(zhì)的雜質(zhì)進入吸收塔后,致使吸收塔漿液重金屬含量增高;石灰石含有的微量金屬元素(如Cd、Ni等)、濕式球磨機的鋼球磨損等也會引起吸收塔漿池中重金屬元素的富集。重金屬離子增多會使?jié){液表面張力增加,從而在漿液表面產(chǎn)生泡沫。起泡不僅會抬升吸收塔液位,吸收塔還會由于虹吸作用而發(fā)生溢流。
(3)石灰石成分因素。石灰石遇稀醋酸、稀鹽酸、稀硝酸發(fā)生泡沸,高溫條件下分解為氧化鈣和二氧化碳。石灰石中含有MgO,如果MgO含量超標不僅影響脫硫效率,與SO2-4反應(yīng)會產(chǎn)生大量泡沫。如果石灰石成分發(fā)生某種變化,在吸收塔漿池中產(chǎn)生某種天然無機發(fā)泡劑,如NaHCO3、Al2(SO4)3等, 混合在一起會發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生大量的CO2氣體。
(4)在FGD系統(tǒng)運行過程中,如果停運氧化風(fēng)機或啟動漿液循環(huán)泵,則吸收塔漿液的氣液平衡會被破壞,導(dǎo)致吸收塔漿液大量溢流。對于固定管網(wǎng)式氧化風(fēng)機,因其空氣孔朝下,氧化風(fēng)機處于開啟狀態(tài)時,泡沫被鼓入的氧化空氣吹破; 氧化風(fēng)機停運時,大量泡沫生成,致使吸收塔溢流。例如:江蘇利港發(fā)電廠4號吸收塔正常運行液位約10. 5m,溢流口標高11. 7m,強制氧化方式為固定式空氣噴射器, 2007-05-02,運行的氧化風(fēng)機因故障需檢修,停運后發(fā)現(xiàn)吸收塔液位不斷升高, 10min后液位達到12. 4m,吸收塔溢流口有大量漿液溢出;利港發(fā)電廠5號吸收塔的正常運行液位約11. 3m,溢流口標高 12. 75m,強制氧化方式為攪拌器加空氣噴槍組合,2007-07-05,啟動備用循環(huán)漿液泵3min后,發(fā)現(xiàn)吸收塔溢流口有大量溢流漿液,而吸收塔液位顯示值仍在11. 1m左右。
(5)溢流管設(shè)計不合理,產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)虹吸現(xiàn)象,只要吸收塔內(nèi)液位高于溢流液的終點液位就會連續(xù)溢流。虹吸現(xiàn)象是液態(tài)分子間引力與位差造成的,利用液柱壓力差,使液體上升再流到低處。由于管口液面承受不同的大氣壓力,液體會由壓力大的一邊流向壓力小的一邊,直到兩邊的大氣壓力相等,容器內(nèi)的液面變成相同高度,液體才會停止流動。
(6)吸收塔補充水水質(zhì)達不到設(shè)計要求, COD、BOD等含量超標。
(7)FGD脫水系統(tǒng)或廢水處理系統(tǒng)不能正常投入,致使吸收塔漿液品質(zhì)逐漸惡化。
2. 漿液溢流的危害
在FGD系統(tǒng)正常運行的情況下,吸收塔溢流出來的漿液通過溢流管排入吸收塔區(qū)地坑,再由地坑泵打回吸收塔重復(fù)使用,這對整個FGD系統(tǒng)的運行不會造成影響。如果FGD系統(tǒng)運行不當(dāng),如鍋爐在FGD運行過程中投油、煙氣中粉塵含量過大等,使吸收塔漿液中含有較多有機物、重金屬離子、鹽類和其他組分,這會增加氣泡液膜的機械強度和泡沫的穩(wěn)定性,增強漿液的表面張力。這時,無論是氧化風(fēng)機鼓入空氣產(chǎn)生的氣泡,還是噴嘴噴淋下的漿液,均能被煙氣托浮,產(chǎn)生“虛假液位”。
總的來說,吸收塔漿液溢流的危害主要有:
(1) FGD系統(tǒng)運行惡化。溢流漿液量較大時, 漿液從脫硫反應(yīng)塔的溢流管大量涌出,吸收塔液位在短時間內(nèi)急劇下降,液面無法維持原設(shè)計水平,使得脫硫效率降低。脫硫反應(yīng)的氧化效果不能夠得到保證,致使?jié){液中亞硫酸鹽的含量逐漸增高,石膏品質(zhì)惡化,這對脫硫裝置的穩(wěn)定運行十分不利。而溢出的漿液在FGD系統(tǒng)四周大量漫流,嚴重污染機組設(shè)備和廠區(qū)環(huán)境。
(2) FGD系統(tǒng)設(shè)備損壞。如果“虛假液位”過高,溢流漿液甚至?xí)�倒流至增壓風(fēng)機出口。在運行操作人員沒有及時發(fā)現(xiàn)、增壓風(fēng)機沒有跳閘的情況下,溢流漿液猛烈沖擊正在運行的風(fēng)機葉片,造成葉片斷裂,致使增壓風(fēng)機停運,進而脫硫系統(tǒng)被迫停運。如果系統(tǒng)不設(shè)置旁路煙氣擋板,則主機也將被迫停運,計一次非停,損失嚴重。增壓風(fēng)機停運后必須檢修,如需更換葉片則周期更長,嚴重影響了脫硫系統(tǒng)的正常運行。
(3)煙道防腐層破壞與腐蝕。溢流漿液進入煙道,漿液中的硫酸鹽和亞硫酸鹽隨漿液滲到防腐層表面的毛細孔內(nèi)。當(dāng)水分逐漸蒸發(fā),漿液中的硫酸鹽和亞硫酸鹽析出并形成結(jié)晶鹽,同時體積膨脹,使防腐材料產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,致使其脫皮、疏松或裂縫損壞。帶結(jié)晶水的鹽,在干、濕交替的環(huán)境下,體積可以增加幾倍甚至幾十倍,應(yīng)力更大,會導(dǎo)致嚴重的剝離損壞。而且,漿液還會沉積在未防腐的原煙道中,產(chǎn)生煙道垢下腐蝕,縮短煙道的使用壽命和檢修周期,影響機組正常運行。
(4)煙氣系統(tǒng)積灰、堵塞。溢流漿液在吸收塔入口形成大量的石膏垢,會造成煙道積灰、阻力增加,還會造成GGH換熱面堵塞,影響FGD系統(tǒng)和鍋爐的安全運行。江蘇華電揚州發(fā)電有限公司配套的石灰石—石膏簡易濕法脫硫裝置在機組停運檢修期間,對吸收塔入口檢查時發(fā)現(xiàn)有大量的石膏結(jié)垢,同時部分漿液進入GGH,將GGH低部密封水槽堵死, 嚴重時造成GGH換熱面的堵塞。
(5)液位控制困難。吸收塔內(nèi)漿液起泡嚴重時,石膏排出泵入口漿液泡沫增加,泵出口壓力降低,無法正常排出石膏,致使吸收塔內(nèi)漿液密度逐漸上升,液位難以控制。
3. 漿液溢流的預(yù)防與處理
3. 1 預(yù)防措施
(1)調(diào)整吸收塔液位。確定合理的吸收塔運行液位,減小漿液溢流量,防止?jié){液進入吸收塔入口煙道。隨著吸收塔內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的不斷進行,漿液的濃度會不斷上升。因此,應(yīng)定期對液位計進行校對,根據(jù)吸收塔漿液密度來調(diào)整DCS液位顯示值,保證脫硫控制系統(tǒng)顯示值的正確性。同時,控制吸收塔內(nèi)實際液位僅高于塔體溢流口高度,防止煙氣泄漏。如天津大港電廠2號FGD系統(tǒng)投產(chǎn)后發(fā)生多次吸收塔溢流,采取的措施就是將吸收塔液位穩(wěn)定在一個比較低的水平,定期校對DCS液位和就地顯示, 停運相關(guān)設(shè)備前、后密切監(jiān)視吸收塔狀況[。
(2)控制吸收塔補水。嚴格控制吸收塔補充水水質(zhì),加強過濾和預(yù)處理,降低其COD、BOD含量, 使補充水的參數(shù)指標處于設(shè)計值范圍之內(nèi)。FGD系統(tǒng)正常運行時,吸收塔補水主要來源于除霧器沖洗水,少量來自攪拌器、漿液泵、循環(huán)泵等設(shè)備的機封冷卻水和漿液管路沖洗水。還應(yīng)確保除霧器沖洗水量達到規(guī)程要求,防止除霧器結(jié)垢;在滿足泵和攪拌器運行需要的前提下盡量減少機封冷卻水量;嚴格控制漿液管線的沖洗水量,沖洗出水只要達到澄清就停運,防止過多的水進入吸收塔。此外,除霧器沖洗是消除泡沫的有效手段,水噴淋可減少泡沫積累。因此,除霧器沖洗可在保證液位的前提下少量多次,或者在呼吸孔噴水打散泡沫,防止泡沫溢出。
(3) 控制漿液和廢水品質(zhì)。將石灰組分(如MgO、SiO2等)控制在要求范圍內(nèi),加大石膏漿液排出量,降低排石膏時的吸收塔漿液密度,保證新鮮漿液的補入。同時,加強吸收塔漿液、廢水、石灰石漿液、石灰石粉和石膏的化學(xué)分析工作,有效監(jiān)控脫硫系統(tǒng)運行狀況,發(fā)現(xiàn)漿液品質(zhì)有惡化趨勢應(yīng)及時采取處理措施。按照系統(tǒng)運行要求排放脫硫廢水,以降低吸收塔漿液中重金屬離子、Cl-、有機物、懸浮物及各種雜質(zhì)的含量,保證塔內(nèi)漿液的品質(zhì),減少泡沫的形成。
(4)核算氧化空氣用量。設(shè)計時根據(jù)物料平衡關(guān)系計算和校核氧化空氣用量,避免漿液中的剩余空氣以氣泡的形式從氧化區(qū)底部溢至漿液表面,導(dǎo)致吸收塔漿液泡沫的增加。
(5)加強氧化風(fēng)機運行管理。FGD系統(tǒng)運行過程中,檢查氧化風(fēng)機的運行狀況,保證備用氧化風(fēng)機處于良好的狀態(tài),一旦運行風(fēng)機停運,要保證能夠及時啟動備用風(fēng)機,以免發(fā)生虹吸現(xiàn)象而造成大量漿液溢流。
(6)改進溢流管設(shè)計。對于因溢流管虹吸而造成的吸收塔溢流,設(shè)計時可在溢流管****點加裝對大氣的排放直管來破壞虹吸現(xiàn)象。
(7)主機運行管理。在主機投油或除塵裝置出現(xiàn)故障時,及時通知脫硫運行人員。如果投油時間較短或除塵裝置能較快修復(fù),可采用暫時打開旁路煙氣擋板,調(diào)小增壓風(fēng)機葉片開度的運行方式,****程度地減少進入到脫硫系統(tǒng)的未燃盡成分或飛灰。如投油時間較長或除塵裝置處理周期較長,則FGD系統(tǒng)必須停運。
3. 2　處理措施
(1)添加脫硫?qū)Ｓ孟�泡劑。抑制吸收塔溢流的有效手段是向吸收塔區(qū)地坑定期加入脫硫?qū)Ｓ孟�泡�?如有機硅消泡劑) 。在吸收塔出現(xiàn)起泡溢流初期,消泡劑加入量較大,在連續(xù)加入一段時間后,泡沫層逐漸變薄,可減少加入量,直至達到穩(wěn)定的加藥量。需要指出的是,消泡劑只能暫時緩解,不能根本解決吸收塔漿液起泡問題,一旦停止加入消泡劑,吸收塔漿液有可能重新出現(xiàn)起泡溢流現(xiàn)象。
(2)調(diào)整漿液循環(huán)泵。在可以暫時忽略FGD系統(tǒng)脫硫效率的條件下,停運1臺漿液循環(huán)泵以減少漿液循環(huán)量、減小吸收塔內(nèi)部漿液的擾動。
(3) FGD系統(tǒng)運行管理。一旦發(fā)生漿液溢流現(xiàn)象,應(yīng)打開煙道底部疏水閥進行疏水,防止?jié){液溢流至增壓風(fēng)機出口段。檢查吸收塔入口煙氣溫度,如果出現(xiàn)溫度突然大幅降低的情況,說明漿液大量溢流進入煙道,要及時采取處理措施。
(4)換置漿液。如果已有效地控制了工藝水品質(zhì)、石灰石漿液品質(zhì),且石膏漿液脫水系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)運行正常,但吸收塔漿液仍然經(jīng)常性溢流,就需要倒空吸收塔內(nèi)的漿液,重新上漿。
4. 結(jié)語
吸收塔漿液溢流是火電廠石灰石/石灰—石膏濕法脫硫系統(tǒng)常見的問題之一,對FGD系統(tǒng)的穩(wěn)定運行非常不利。因此,在FGD系統(tǒng)運行過程中,應(yīng)適時監(jiān)控吸收塔漿液狀況,一旦出現(xiàn)漿液溢流,及時采取如降低吸收塔漿液液位、減小漿液供給量、調(diào)整漿液循環(huán)泵、加脫硫?qū)Ｓ孟�泡劑JY-4010\JY-806等有效措施來確保FGD系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。