燃煤電廠脫硫塔漿液起泡微觀表征分析研究

包文運，郭行義，向朝虎，吳 曄，郭學濤，高良敏，陳曉晴，王新富，查甫更

(1.大唐環境產業集團股份有限公司特許經營分公司，江蘇 南京211100；2.大唐環境產業集團股份有限公司馬鞍山項目部，安徽 當涂 243100；3.西北農林科技大學 資源環境學院，陜西 楊凌 712100；4.安徽理工大學 地球與環境學院，安徽 淮南 232001)

1 引言

煙氣脫硫技術是火電廠二氧化硫(SO2)排放控制的有效技術手段。其技術特點是脫硫效率高、工藝成熟、能耗低[1～3]，因此該技術方法運用極為廣泛。但在濕法煙氣脫硫技術的大量使用過程中，許多技術缺陷仍然需要改進：雖然燃煤電廠的部分吸收塔液位正常，但由于漿液起泡，形成了吸附塔溢流管漿液的溢流，這種現象將給脫硫系統的安全性和穩定性造成很大隱患[4]。因此，對于漿液起泡機理以及治理措施的研究已經逐漸成為重要課題，如何改進火電廠的工藝從而從根本上解決漿液起泡問題，對保證脫硫效率，順利完成脫硫指標具有重要意義。

國內對漿液起泡現象的研究主要處在分析脫硫塔漿液中的泡沫溢流現象的階段[6～7]，然后在綜合分析吸收塔中的鎂(Mg)元素、煙灰、工藝水源、脫硫廢水和氧化風量等變量因素[5～6]，在分析過程中綜合現場取樣觀測和實驗室測樣，統籌分析實驗結果[7]。在國外，探索發現起泡現象的解決方法則更受學術界歡迎，諸如對于各種消泡劑中消泡物質的消泡性能的研究等等[8～12]。

基于目前的研究方式和技術手段，對于漿液起泡現象的研究依然是宏觀分析泡沫成因和影響因素，缺乏利用現代化技術手段對泡沫形成機制進行微觀分析的思想。微觀分析已經逐漸成為現行國內外科學研究發展的主要手段,它能從微觀角度更好的詮釋泡沫的成因和理化性質。 因此，本文采用微觀分析方法，對起泡和未起泡的漿液進行統籌對比分析，并進行了對漿液起泡機理的微觀研究。

2 材料與方法

2.1 樣品的采集

根據發電廠實際起泡情況，當涂電廠、彬長電廠在吸收塔漿液起泡狀態下現場分別采集泡沫樣品。

2.2 技術手段

本文主要采用掃描電子顯微鏡、X射線散射技術和傅立葉變換紅外光譜(FTIR)等手段對礦漿和粉煤灰樣品進行了表征。采用島津XD-3A型X射線衍射儀，以CuKα(波長0.154 nm)為發射源，在5°～60°范圍內對樣品進行X射線衍射，管壓為40 kV，管流為100 ma。將樣品與磨碎的KBr粉末混合并壓縮成片劑。在美國費氏公司的NOVANANOSEM430掃描電子顯微鏡(SEM)上，用熱Nicolet 6700傅里葉變換紅外光譜儀在500～4000 cm范圍內進行了測量，將樣品固定在導電膠上，在15 kV的加速電壓下的詳細觀測樣品的形貌和微觀結構。

2.3 分析方法

(1)對樣品進行了XRD表征,分析了起泡,非起泡漿料和粉煤灰的結晶形態和晶格,以進一步闡明漿料的起泡機理。

(2)采用傅立葉變換紅外光譜(FTIR)對樣品進行測試分析,通過比較起泡、非起泡漿料和粉煤灰的官能團,進一步闡述起泡的原因和機理。

(3) 通過SEM分析起泡和未起泡狀態下的漿液和粉煤灰的形貌和表面特性。

3 結果與討論

相應的起泡及未起泡漿液的XRD特性如圖1所示。泡沫泥漿取自彬長電廠，未泡沫泥漿取自馬鞍山當涂電廠。由圖1可見，起泡、未起泡漿液在相同的掃描角度所呈現的峰值強度相同，通過XRD分析可知漿液中所包含的物質為SiO2、Fe2O3、CaSO4和CaO等。兩種漿液對比分析可知，所含的化學物質及晶體結構等基本一致。

圖1 漿液的X射線衍射圖

漿液的紅外光譜圖如圖2所示，分析圖2可得，發泡前后漿液的特征峰的位置和大小發生了部分偏移，但特征峰的峰值等變化幅度很小。通過3420 cm-1處-OH的拉伸振動，說明此處的羥基來源主要是漿液在干燥過程中結晶水的羥基，由此可以判斷漿液結構中的結晶水含量較高。1605 cm-1處對應的是C-O峰，1125 cm-1及490 cm-1處對應的是S-O的特征峰[13]。

起泡和未起泡漿液的不同放大倍數的掃描電鏡圖像如圖3所示，泥漿來源同上。由圖3分析易得，起泡漿液和未氣泡漿液的SEM圖相比，在形態結構上兩者存在較大的差異。起泡漿液的結構完整度較差，成層狀堆疊，以不規則的片狀結構無序排列，未起泡的漿液整體呈圓狀堆疊，結構完整度較好。通過對比可以說明，起泡漿液的原因是由漿液的微觀結構發生改變導致的，片狀結構的無序堆疊成層，破壞了原本結構的穩定性，層間作用力使完整結構分裂，繼而產生漿液起泡現象。

圖2 漿液的紅外光譜圖

4 結論

(1)起泡和未起泡漿液在顯微特性上有相似之處,如晶體形態、官能團等。但在形態結構上存在較大差異，起泡漿液的結構穩定性較差，存在使結構分裂的層間作用力。

圖3 不同放大倍數下漿液的掃描電鏡圖

(2)起泡漿液的結構成層狀堆疊，以不規則的片狀結構無序排列，漿液結構變成雜亂無序，相應的其結晶水的含量大幅度增加。