【技术汇】脱硫塔浆液起泡的危害、原因及消泡方法
作者 | 孙江颖
北京国电龙源环保工程有限公司
摘 要：通过长期对某发电机组脱硫系统运行情况的监测，总结出了吸收塔浆液起泡溢流等现象产生的原因，并就这些原因，有针对性地提出了相应的预防和缓解方案。在正常工况的基础上，最大限度地增加设备的使用寿命，从而保证脱硫系统的正常稳定运行。
关键词 ：脱硫系统 ；浆液起泡 ；浆液溢流 ；原因分析 ；危害 ；对策
石灰石 - 石膏湿法烟气脱硫工艺是目前电厂中技术相
对最成熟、应用最为广泛的烟气脱硫方法，被广泛应用于1000MW 燃煤发电机组。随着全球污染问题的日益严峻，我国不断地提高了大气排放标准，伴随着《燃煤电厂超低排放改造计划》实施的不断深入，脱硫系统稳定、高效的运行变得尤为重要，所以脱硫系统后续的发展方向必将沿着精细化、专业化发展。吸收塔浆液起泡往往会伴随着吸收塔溢流，造成吸收塔液位异常、环境污染及设备腐蚀等问题。基于此，本文简要阐述了脱硫系统中吸收塔产生泡沫的原因及影响因素，并提出具有针对性的预防及解决方法。
1 泡沫生成原因及影响因素
泡沫是气泡分散在液体中所形成的彼此之间以液膜隔离的多孔膜状多分散体系。正常情况下泡沫生成非常容易的原因有以下3个方面。第一个是浆液中含有表面活性剂或者类似活性剂的成分，而表面活性剂在工业中通常被用作起泡剂，因此，当浆液中含有表面活性剂或类似活性剂的成分，活性剂处于气体、液体分界面，通入空气后，气泡受到浮力影响，浮出水面后形成气泡。控制气体的进入不能可减少或消除气泡的产生，其原因是由于石灰石 - 石膏湿法脱硫工艺的原理。吸收塔中，吸收浆液的主要成分是石灰石，烟气中的 SO2和浆液中的 CaCO3在氧化空气的催化下，反应生成二水石膏，其反应如式（1）所示，二氧化硫被脱除，二水石膏经脱水装置后回收。因此受反应机理的影响，吸收塔内要吹入足量的氧化空气以保证脱硫系统的有效运行，空气的吹入导致了溶液气泡，此为第二个原因。第三个是机械搅动导致的气泡生成，吸收塔中部分旋转部件搅动浆液以及循环泵作用下的浆液均较容易产生气泡。
研究表明，泡沫稳定性的影响因素有 ：表面张力、溶液表面黏度、溶液泡沫双气 - 液界面结构液膜弹性、气体通过双气 -液界面结构液膜的扩散、双气 - 液界面结构表面电荷的影响、溶液中杂质分子结构的影响等。在烟气脱硫中，上述因素中公认的最主要的有2个，分别为气泡表面张力和溶液表面黏度。当表面张力越小，溶液表面黏度越大，泡沫越容易生成。因此增大表面张力和减小表面黏度即可解决泡沫易生成的问题。
2 吸收塔浆液起泡溢流原因分析
在分析吸收塔内浆液起泡溢流之前，首先应明确浆液泡直接导致了浆液溢流，因浆液起泡，工作人员无法准确获取浆液的准确位置，造成了吸收塔内出现虚假液位的问题。就目前的吸收塔液位获取方式来看，差压变送器测量计算法用的较多，其基本原理公式如式（2）所示。
式中，H 为吸收塔内浆液液位；p 为压力变送器的测量值；ρ 为取样处浆液密度 ；g 为重力常数。
使用此方法测量起泡的浆液液位，测量值和实际值可相差1~2m。其原因是由于浆液受自身重力的影响，浆液密度自上而下越来越大，但绝大部分工作人员目前的浆液取样位置都在浆液底部，而取样处密度较大，根据公式可知，计算液位势必会比实际液位低，最终造成浆液溢流问题的发生。由于浆液溢流的直接原因是由于浆液起泡，因此分析浆液起泡原因并针对这些原因，制订有针对性的措施，即可有效地预防及缓解浆液溢流。根据目前的运行情况进行分析，得出造成浆液起泡的原因主要有以下几个方面。
1）石灰石杂质偏多。如果石灰石中氧化镁的含量较高（一般正常使用的石灰石中氧化镁的含量在1% 左右），而镁离子的溶解度又高于钙离子，因此当镁离子进入浆液并溶于浆液中后，就会提高浆液中溶解盐的含量，从而导致浆液中新出现的气泡弹性更好，稳定性更佳，最终导致泡沫量的异常。
2）溢流管防虹吸门设计不符合使用标准，过小的防虹吸门不仅在溢流发生时无法有效破坏虹吸问题，而且容易阻塞管道，导致维护成本的增加。
3）脱硫系统中废水清理不及时、不合理，导致了系统中循环水水质不达标，杂质较多。因此在条件允许或预算足够的情况下投入废水处理系统，废水经处理后达到国家排放标准后，定期外排。
4）除雾器出现堵塞故障，不能有效的消除泡沫。吸收塔内除雾器主要被用于烟气出口位置残留液体的吸除和一定的消除泡沫的作用，其原理是除雾器的冲洗水能在一定程度上压制和破坏泡沫，而控制了泡沫层的厚度，溢流现象即得到了很好的避免。因此当除雾器出现堵塞故障时，缺少了一股压制和破坏泡沫的力量，泡沫增大增厚，提高了浆液溢流的发生几率。
5）电除尘器末级除尘器振动频率也是影响浆液起泡的一大重要原因。由于电除尘器末端除尘器主要用来吸收细灰，细灰易飞扬，因此若电除尘器前后振打频率一样的话，极易造成细灰飞扬，不仅会导致烟气排放时粉尘超标，而且当大 量的粉尘进入吸收塔浆液中时，浆液表面张力变大，造成泡程学、信息反馈理论等方面应用到其中，以此构建一个完善的设备全周期的维修防护系统，为化工设备运行的稳定性和安全性提供了基础性的保障。沫厚度增加，提高溢流发生的概率。电除尘器前后端除尘器振打频率应有所差异，调整的标准具体根据生成石膏的品质及颜色进行调整。
6）脱硫系统正常运行时，由于反应机理，需要鼓入一定量的氧化空气，但氧化空气的量突然改变时极易造成浆液起泡，这种现象多发生于氧化风机突然跳闸时，跳闸后氧化风量骤减，打破了吸收塔内原有的气 - 液平衡，并由此造成浆液起泡，最终出现溢流问题。
7）燃煤锅炉中煤粉燃烧不充分时，就会有部分碳粉随着烟气进入吸收塔内，当进入吸收塔内的烟气中碳粉含量大于7%时，吸收塔内发生起泡溢流问题的频率就会大幅提高。
3 浆液起泡溢流的危害
1）当吸收塔内出现起泡问题时，随着气泡越来越多，导致形成泡沫层并越来越厚，势必会压缩吸收塔内浆液反应区的空间，增加了浆液脱硫的负荷，脱硫效率明显降低。单位体积内的浆液若长时间超负荷工作，势必会增加浆液中亚硫酸盐的浓度，而亚硫酸盐浓度的提高又会增加泡沫厚度，导致脱硫系统陷入死循环中。
2）当吸收塔内泡沫过多造成溢流问题时，吸收塔前后连接设备及管道均会受到腐蚀，当设备、管道长时间存在于腐蚀的环境中时，轻则磨穿管道，造成漏烟问题，重则造成前后设备的损坏，导致脱硫系统无法正常运转，最终造成停工停产。如溢流后会导致 GGH 无法正常对烟气进行换热处理，溢流严重时会堵塞 GGH，增加升压风机和引风机的工作负荷，最终会导致炉膛无法维持负压。
3）起泡溢流会使石膏排出泵工作时排出大量气泡，导致泵工作电流的不稳定，最终会造成该泵的损坏。
4 预防和缓解浆液起泡的措施
1）完善溢流管防虹吸门的设计，增大虹吸管道的直径，并增加冲洗管的设计。
2）选择停机维护时，更改排烟管道的倾斜度至一定程度，溢流发生时浆液可依靠自身重力流回至吸收内为宜。
3）烟道内加装冲洗水管道，最大限度地保护设备不受浆液的腐蚀。
4）吸收塔内用于补水的水质应严格把控，循环水应加强过滤 ；石灰石料中的 MgO 和 SiO2含量应严格把控，超标的石灰石料坚决不使用。
5）尽可能使吸收塔内所有补充用水都经过除雾器进入塔内 ；定期分析除雾器冲洗水压。
6）条件允许的情况下，废水系统应及时外排废水。
7）及时、准确地调整燃烧环境，定时清理磨煤机分离器，减少颗粒超大的煤粉进入燃烧室的概率。
8）氧化风机的运行状况应视吸收塔内反应情况而定，切不可长时间鼓入过量的氧化空气，结合最终石膏的成色确定氧化空气的需求量，从而制订合理的氧化风机启停时间。
9）吸收塔内各处浆液密度不同，为了使差压变送器测量法计算得到的数据更加接近真实值，取样处应从上至下多选几处。
10）若经过上述措施后浆液仍然起泡严重，最好的解决办法是更换部分浆液。
5 结语
研究表明，在石灰石 - 石膏湿法烟气脱硫工艺中吸收塔浆液起泡溢流不仅仅是由一个原因引起的，往往由多方面的因素造成的。当吸收塔内出现起泡溢流问题时，应及时、准确地分析出造成起泡溢流的原因，根据原因有针对性地制订应对措施，及时制止浆液溢流的持续发生，最大限度地保护连接管道及设备。
文章发表于《工艺与设备》
作者简介 ：孙江颖，主要从事电厂脱硫脱硝工作。