循環流化床鍋爐吸收塔漿液起泡現象分析及處理

車 凱 ,潘建文 ,耿印良 ,張 靜 ,牛向楠 ,侯海萍

(1.國網河北省電力有限公司電力科學研究院,河北 石家莊 050021;2.河北華電石家莊熱電有限公司,河北 石家莊 050041)

濕法煙氣脫硫技術(FGD)以技術成熟、運行狀況穩定、成本低廉、效率高等優點,成為目前單項技術中脫硫工藝應用最廣的技術,在FGD 工藝中,因石灰石成分、工藝水水質等原因[1-2],容易產生泡沫溢流現象,從而導致脫硫效率降低、石膏品質下降[3]。

目前,大多數電廠主要采用加入脫硫專用消泡劑、降低吸收塔的工作液位等措施來解決脫硫塔起泡問題,但這些措施不能從根本上解決問題[4]。因此,針對循環流化床鍋爐吸收塔漿液起泡現象進行了現場分析診斷,并對吸收塔中的漿液、溢出物、入塔工藝水進行了采集化驗,分析并探討了漿液中化學需氧量(COD)、總磷和飛灰含量對火力發電廠脫硫漿液起泡的影響,以尋求解決吸收塔漿液起泡的技術途徑,從而確保脫硫系統的高效穩定運行。

1 機組概況及吸收塔起泡溢流的過程

某電廠為2臺200 MW 循環流化床機組,汽輪機為德國阿爾斯通公司生產的DKEH-IND31高壓、雙缸反動式、雙抽汽機組;發電機為德國阿爾斯通公司生產的50WX23Z-109 型空冷發電機;4臺鍋爐為東方鍋爐廠生產的DG410/9.81-9型循環流化床鍋爐。在爐內進行一級脫硫,每臺爐后再配備一套石灰石-石膏濕法脫硫系統,采用一爐一塔,引增合一、無GGH、無旁路的配置方式。1號鍋爐除塵系統采用2+2 電袋除塵器,2號鍋爐除塵系統采用1+3電袋除塵器。

2020年7月10日,脫硫系統工藝水源由深井水改為南水北調地表水。2020年7月13日開始1號、2號吸收塔出現了漿液起泡溢出現象。泡沫呈現黑色粘稠狀,事后電廠運行人員對吸收塔進行了添加消泡劑,暫時控制住了泡沫溢出情況,但遺留問題仍間斷出現。脫硫系統溢流情況見圖1。

圖1 脫硫系統溢流情況

2 吸收塔起泡溢流的原因分析

泡沫是氣泡分散在液體中所形成的彼此之間以液膜隔離的多孔膜狀多分散體系[5]。一般情況下,漿液起泡的原因主要有3個方面:漿液中含有類似表面活性劑的成分,例如COD、異噻唑啉酮等;溶液中產生氣體或者進入空氣,例如氧化空氣的鼓入;機械擾動,例如循泵的擾動等[6]。泡沫的穩定性是影響吸收塔漿液起泡的主要原因,可以從2個方面分析:一是進入吸收塔中的物質,主要包括石灰石、工藝水和煙氣等;二是設備擾動,包括漿液循環泵、氧化風機啟停的擾動以及托盤或湍流裝置的影響[7]。

2.1 飛灰及石灰石品質分析

為了分析起泡原因,對起泡前后一定時間段的入爐煤、飛灰、石灰石粉品質等進行了統計對比分析。如表1、2所示,對近期入爐煤和石灰石粉檢驗結果進行統計分析發現,溢流發生前后,2臺機組入爐煤和石灰石粉沒有明顯變化。經詢問現場運行人員,近期未發現入爐煤和石灰石粉等原料有異常情況。同時對1個月內飛灰中碳含量檢驗結果統計分析發現(見表3),1號、2號機組飛灰中平均碳含量分別達到10.57%和9.42%。循環流化床鍋爐燃燒不充分是導致飛灰中碳含量較高的主要原因。大量的飛灰在經過脫硫系統時,會被吸收塔內漿液沖刷捕獲,飛灰中有未燃盡的碳顆粒隨煙氣進入吸收塔內。

表1 近期入爐煤檢驗結果 %

表2 近期石灰石粉檢驗結果 %

表3 2020年7月飛灰中碳含量檢驗結果 %

2.2 吸收塔溢出物分析

對吸收塔溢出物按煤的工業分析方法和煤中碳氫氮測定方法進行了化驗分析。結果如表4所示,吸收塔溢出物中大部分仍為水分,干燥基可燃物含量占比36.36%,干燥基碳含量達到了20.68%,表明溢出物中含有大量未燃盡碳和有機物,這與飛灰中碳含量較高結果相一致,由于有機碳顆粒相對密度較小,在塔內隨泡沫漂浮在液面上部。此外,根據對塔內漿液觀察發現,漿液內含有明顯的黑色碳顆粒懸浮物,說明該吸收塔內有機碳顆粒含量已達一定程度。

表4 吸收塔溢出物檢測結果

2.3 脫硫系統進塔工藝水及漿液分析

對脫硫系統進塔工藝水、5 天生化需氧量(BOD5)、COD、氨氮、總磷,吸收塔漿液中COD 等項目檢測,檢測結果見表5。工藝水是維持脫硫吸收塔水平衡最主要的因素,水質在一定程度上影響著吸收塔的漿液品質。由于廠內工藝水來源于南水北調地表水水源,因此將部分參數檢測結果與地表水Ⅴ類水標準限值對比發現(見表5),總磷(以P計)存在明顯超標現象。

表5 化學指標檢測結果

參照DL/T 5196-2016《火力發電廠石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統設計規程》中對脫硫工藝水水質的要求,一般要求COD 含量不宜超過30 mg/L。此外,部分研究結果表明[8],漿液中的COD 大于300 mg/L濃度時容易引起吸收塔漿液起泡溢流現象的發生。而本次檢測結果顯示脫硫系統進塔工藝水COD 質量分數為51 mg/L,已達到規程要求限值的170%,吸收塔漿液中COD 含量測試結果為258 mg/L,也已明顯偏高,由此分析入塔工藝水中COD 質量分數從而導致吸收塔內漿液COD 增高,是引起漿液起泡的原因之一。此外,水中磷質量分數超標不僅會使水體產生富營養化,水中微生物的急劇增長。還會使水體產生大量泡沫。分析結果表明脫硫系統進塔工藝水中磷質量分數達到了3.58 mg/L,超出地表水Ⅴ類水標準限值9倍。由此判斷,脫硫系統發生起泡溢流主要是由于更換含磷和COD 偏高的工藝水導致。

此外,漿液泡沫顏色偏黑,除了與漿液中含有大量的有機碳顆粒外,也與漿液中磷和COD 質量分數較高有關。水中攜帶的有機質在吸收塔內不斷累積、分解、甚至碳化,這些有害物質極易聚集在吸收塔漿液表面,超出臨界膠束濃度后即以泡沫的形式存在于吸收塔液面之上。

3 吸收塔起泡溢流的解決辦法

a.由于目前脫硫系統起泡溢流主要是由于更換的工藝水含磷和COD 偏高,建議對脫硫系統水源進行調整,或者對水源進行預處理,消除其對脫硫系統干擾,同時加強對水源監測,所測項目盡量全面,以保證對工業/工藝水水質做到精準判斷。進一步加強鍋爐燃燒調整,提高燃燒效率,減少飛灰含碳量。降低其對脫硫系統影響。

b.發現吸收塔大量起泡時,應第一時間降低吸收塔液位(可啟動脫水系統),并加入脫硫消泡劑[9]。需要指出的是,消泡劑只能暫時緩解,卻不能根本解決吸收塔漿液的起泡問題;一旦停止加入消泡劑,吸收塔可能重新出現起泡溢流現象。

c.定期沖洗溢流管、排空管、液位計[10]。定期檢查溢流管和高點的排空管,發現有堵塞現象或泡沫超過高點溢出時,沖洗一下,破壞虹吸現象,緩解溢流。定期對液位計進行沖洗,此外為保證液位計的準確性,應定期對液位計進行校驗。

4 結束語

以上結果表明,脫硫系統發生起泡溢流主要是由于更換含磷和COD 偏高的工藝水導致。泡沫呈現黑色粘稠狀,除了與漿液中含有大量的未燃盡的有機碳顆粒外,也與漿液中磷和COD 含量較高有關。一旦脫硫系統出現溢流現象,應及時分析原因,采取針對性的措施,確保FGD 系統的安全、穩定運行。加強脫硫系統日常的檢測分析和關鍵性指標控制,是根本上預防和控制起泡主要著手點。