石灰石—石膏法脱硫吸收塔浆液起泡问题分析_孙跃.pdf

■ 综合利用 石灰石石膏法脱硫吸收塔浆液起泡问题分析 孙 跃 大唐桂冠合山发电有限公司, 广西 来宾 546100 摘 要 针对火力发电机组脱硫吸收塔大量起泡问题, 从燃煤灼烧后的煤灰成分、 石灰石 成分、 脱硫塔浆液以及泡沫成分等方面进行对比分析, 确认脱硫浆液起泡的根本原因是有机物 CODCr含量偏高, 通过调整运行方式并采取应对措施解决了该问题。 关键词 燃煤发电; 脱硫浆液; 泡沫; 石灰石; 煤灰; 成分分析; 电除尘 中图分类号 X701. 3 文献标识码 A 文章编号 1005-8397202011-0082-03 收稿日期 2020-06-03 DOI 10. 16200/ j. cnki. 11-2627/ td. 2020. 11. 022 作者简介 孙 跃1987, 男, 辽宁阜新人, 2010 年毕业于东北电力大学应用化学专业, 工学学士, 大唐桂冠合山发电有限公司发电 部副主任, 工程师。 引用格式 孙 跃. 石灰石石膏法脱硫吸收塔浆液起泡问题分析 [J]. 煤炭加工与综合利用, 202011 82-84. 大唐桂冠合山发电有限公司 3 号机组为 670 MW 超临界燃煤机组, 于 2011 年 12 月投产。 3 号机组脱硫装置由上海中芬新能源投资有限公司 提供, 采用日本三菱公司的 U 型液柱塔技术。 满 负荷工况下, 在脱硫系统入口 SO2浓度为 12 405 mg/ m3标态、 干基、 6O2 的情况下, 要求脱 硫效率达到 98. 4, SO2排放浓度不超过 200 mg/ m3标态、 干基、 6 O2。 目前, 依据 GB 132232011 火电厂大气污染物排放标准 要 求, 公司 SO2浓度排放标准为小于 400 mg/ m3 标态、 干基、 6O2。 石灰石石膏法脱硫流 程是燃烧后的烟气经过电除尘器除尘后进入脱硫 吸收塔, 烟气中的 SO2与吸收塔中的石灰石浆液 发生反应, 达到脱除烟气中 SO2的目的。 3 号机组脱硫吸收塔运行过程中发现较为严 重的起泡溢流现象, 浆液泡沫大量从溢流口溢出 如图 1 所示。 泡沫呈灰白色并夹杂有黑色漂 浮物随溢流浆液流动, 严重影响脱硫装置的经济 安全运行。 1 浆液起泡原因分析 1. 1 浆液起泡原因概述 浆液起泡主要是由于表面活性分子降低了水 的表面张力所引起, 而固体杂质增加了溶液的粘 图 1 浆液溢流出的泡沫情况 度, 从而使得泡沫更加稳定持久。 脱硫浆液所产 生的泡沫要比纯净液体产生的泡沫稳定得多, 寿 命也长得多, 形成气泡的胶状表面层提高了液膜 的弹性, 其可以是可溶物, 也可以是不溶物。 作 为不溶物的固体杂质很大程度上增加了液膜的粘 度, 从而克服了液体的重力, 使形成的气泡壁厚 度保持稳定, 其泡沫的寿命也得以延长。 同理, 气泡中水分的挥发降低了泡沫的稳定性, 从而导 致泡沫破裂和干涸。 因此, 气泡的表面弹性和表 面粘度是影响泡沫稳定性的两个重要因素。 脱硫塔浆液起泡是由于系统中进入了其他成 分, 增加了气泡液膜的机械强度, 亦即增加了泡 沫的稳定性, 最终导致起泡溢流现象的产生。 引 起浆液起泡溢流的原因可归纳如下 28 煤炭加工与综合利用 COAL PROCESSING 2锅炉后部除尘器运行状况不佳, 烟气粉 尘浓度超标, 进入脱硫塔后, 致使脱硫塔浆液重 金属含量增高; 3脱硫用石灰石中含过量 MgO起泡剂, 与硫酸根离子反应产生大量泡沫; 4脱硫用工艺水水质达不到设计要求如 中水, CODCr、 BOD 超标; 5脱硫装置脱水系统或废水处理系统不能 正常投入, 致使脱硫塔浆液品质恶化; 6锅炉燃烧情况差, 飞灰中有部分碳颗粒 或焦油随烟气进入吸收塔; 7 运行过程中出现氧化风机突然跳闸现 象, 脱硫塔浆液气液平衡被破坏, 致使脱硫塔浆 液大量溢流。 1. 2 调查方案 针对该机组脱硫吸收塔的浆液起泡溢流现象, 结合浆液起泡的原因制定调查方案 采用排除法 逐一对进入吸收塔的物质包括工艺水、 石灰石以 及燃煤产物进行分析, 从而确定起泡的根本原因。 2 分析步骤 2. 1 脱硫系统工艺水、 石灰石质量分析 根据 Q/ CDT 207 00022010 中国大唐集 团企业标准石灰石石膏法脱硫系统定期工作指 导意见, 对脱硫系统工艺水、 石灰石进行分析 化验, 与标准值进行对比, 脱硫系统工艺水、 石 灰石成分分析分析结果见表 1 和表 2。 表 1 脱硫系统工艺水分析结果 检测项目化验数据标准要求 pH7. 926. 59. 0 Cl-/ mgL -1 30. 8≤300 悬浮物/ mgL -1 6≤1000 CODCr/ mgL -1 2. 3≤30 表 2 石灰石分析化验结果 检测项目化验数据标准要求 CaCO3/ 98. 00≥90 MgO/ 0. 23≤2 SiO2/ 0. 14≤2. 05 Fe2O3/ 0. 021. 50 Al2O3/ 未检出1. 00 由表 1、 表 2 中数据可知, 易造成浆液起泡 的工艺水中 CODCr浓度、 石灰石中氧化镁含量均 满足 DL/ T 51962016 火力发电厂石灰石石 膏湿法烟气脱硫系统设计规程 中相关要求, 说 明脱硫系统工艺水和石灰石的质量不会导致浆液 起泡溢流的问题。 2. 2 掺烧粉煤灰分析 近期该机组入炉煤进行了粉煤灰掺烧, 其他 入炉 煤 煤 质 未 变 化, 取 样 化 验 粉 煤 灰 灰 分 75. 38, 掺烧比例约 3。 粉煤灰灰分含量较 高, 会导致锅炉产灰量增加, 可能引起电除尘出 口粉尘浓度增加, 进而导致吸收塔粉尘含量增 加。 对掺烧前后电除尘出口粉尘浓度监测结果见 表 3。 表 3 电除尘出口粉尘浓度监测结果 检测项目检测时间浓度值检测标准 粉尘浓度/ mgL -1 掺烧前 31. 45 26. 39 掺烧后 40. 88 38. 16 HJ 762017 从表 3 中可以看出, 电除尘出口粉尘浓度在 掺烧粉煤灰后增加了 10 mg/ L 左右, 粉尘通过电 除尘进入吸收塔, 导致吸收塔粉尘含量增加。 为了探讨掺烧粉煤灰后是否有更多的有机物 进入吸收塔从而导致此次吸收塔浆液起泡溢流现 象, 对掺烧粉煤灰前后锅炉飞灰进行取样分析, 测定其中可燃物含量, 掺烧粉煤灰前后锅炉飞灰 可燃物对比情况见表 4。 从表 4 中可以看出, 掺 烧粉煤灰后的锅炉飞灰可燃物增加约 0. 42。 表 4 掺烧粉煤灰前后锅炉飞灰可燃物对比情况 工况取样时间含量/ 平均值/ 检测标准 掺烧前 3 月第一周0. 74 3 月第二周0. 85 3 月第三周0. 82 3 月第四周0. 79 0. 80 掺烧后 5 月第一周1. 28 5 月第二周1. 10 5 月第三周1. 29 5 月第四周1. 19 1. 22 DL/ T 567. 62016 通过上述数据分析得出, 掺烧粉煤灰后产生 的不利影响有两个方面 一是会增加锅炉产灰 量, 导致电除尘器入口粉尘浓度增加, 在电除尘 出力不变的情况下通过电除尘进入吸收塔的粉尘 38 2020 年第 11 期孙 跃 石灰石石膏法脱硫吸收塔浆液起泡问题分析 含量随之增加; 二是影响煤粉燃尽率, 导致飞灰 中可燃物增加, 进而造成进入吸收塔内有机物含 量增加。 2. 3 脱硫塔浆液及泡沫成分分析 为了明确导致起泡的主要物质, 对脱硫塔浆 液沉淀后上清液和沉淀物以及浆液泡沫分别进行 成分分析, 各成分分析结果见表 5、 表 6 及表 7。 表 5 脱硫浆液上清液分析结果 检测项目含量/ mgL -1 CODCr401. 2 Mg 2 2314 Cl-1334 F-35. 2 Al 3 0. 172 表 6 浆液沉淀层成分分析结果450 ℃灼烧 检测项目含量 SO3/ 52. 96 CaO/ 39. 81 P2O5/ 4. 15 SiO2/ 1. 32 MgO/ 0. 50 Al2O3/ 0. 40 Fe2O3/ 0. 11 K2O/ 0. 64 灼烧减量450℃ / 20. 23 表 7 浆液泡沫成分分析结果450 ℃灼烧 检测项目含量 SO3/ 51. 70 CaO/ 38. 43 P2O5/ 4. 18 SiO2/ 2. 48 MgO/ 1. 00 Al2O3/ 0. 87 Fe2O3/ 0. 22 K2O/ 0. 79 灼烧减量450℃ / 20. 36 由表 5表 7 可知, 容易引起浆液起泡和造 成浆液过度浓缩的 Mg 2 、 Cl-均在正常范围内。 但浆液中 CODCr含量明显偏高, 当浆液中 CODCr 浓度超过 300 mg/ L 时, 浆液易发生起泡现象。 另外, 浆液沉淀物 450 ℃ 灼烧减量为 20. 23, 明显偏高, 判断引起本次浆液严重起泡的原因为 CODCr含量偏高, 即烟气中过多的粉尘携带有机 物进入吸收塔。 3 分析结果 根据上述分析结果, 判定引起本次浆液起泡 的原因是烟气中大量的粉尘以及其携带的有机物 即未燃尽的煤进入脱硫塔, 造成脱硫浆液中粉 尘杂质偏多, CODCr含量增高, 液体表面张力下 降, 从而形成大量泡沫, 最后导致溢流。 4 应对措施 运行调整采取以下措施控制脱硫塔浆液 CODCr含量 1进行石膏脱水时增加脱硫废水处理量, 严格按标准脱硫塔浆液密度 1 1201 180 kg/ m3, 尽量靠近在密度值下限运行, 减少脱硫塔杂质累 积以及浆液浓缩; 2加强锅炉燃烧调整, 根据吸收塔情况及 时调整粉煤灰的掺烧量, 按设计要求控制锅炉飞 灰可燃物含量, 减少未燃尽的有机物; 3加强除尘器运行调整, 提高除尘效率, 监视电除尘出口粉尘浓度不能超过设计值。 经过调整后, CODCr含量逐渐降低, 吸收塔 泡沫开始减少, 约一星期后 CODCr含量降低到 100 mg/ L 以下时, 起泡现象几乎消失, 达到机 组安全经济运行的状态。 5 结 论 通过对浆液起泡现象的分析以及调整可以得 出 1浆液中 CODCr含量较高会导致浆液起泡, 大于 300 mg/ L 时比较明显; 2加强脱硫废水处理, 减少吸收塔中有害 杂质的累积, 可以改善起泡现象; 3为保证吸收塔安全运行, 应监视电除尘 出口浓度, 使其达设计值; 4 当飞灰可燃物升高时应关注吸收塔 CODCr含量, 避免起泡现象发生。 参考文献 [1] Q/ CDT 207 00022010. 石灰石-石膏法脱硫系统定期工 作指导意见 [S]. 北京 中国大唐集团企业标准, 2010. [2] DL/ T 5196-2016. 火力发电厂石灰石-石膏湿法烟气脱硫 系统设计规程 [S]. 北京 中国计划出版社, 2016. 48 煤炭加工与综合利用2020 年第 11 期