FGD系统脱硫塔溢流案例分析及控制措施

摘 要： 在FGD系统中，吸收塔浆液溢流是较为常见的现象，它对FGD系统的安全稳定运行非常不利。通过运行实践案例，分析产生溢流的原因，提出解决吸收塔浆液溢流的办法，保证系统的安全稳定运行。

关键词： FGD；吸收塔；泡沫；溢流；原因；控制措施

0 引言

为积极响应国家发展和改革委员会、环境保护部和国家能源局于2014年9月联合印发的《煤电节能减排升级与改造行动计划》。减少烟气污染物排放量，持续提高公司竞争力，浙江大洋生物科技集团股份有限公司热电分厂于2016年1月起进行了《热电锅炉尾气深度清洁化治理改造项目》，项目完成后使烟气污染物排放浓度基本符合燃气机组排放限值。项目采用石灰石-石膏脱硫工艺以减少二氧化硫的排放，根据实际运行情况看，脱硫效率高，能满足超低排放要求限额。

在FGD系统运行中，吸收塔中的液位是影响系统整体安全和经济运行的重要因素之一。尤其是高液位发生溢流的情况，不但使得系统偏离设计要求运行，致使脱硫效率降低，溢流浆液也将造成环境污染，而且可能使浆液进入氧化风管、烟道等，轻则造成氧化风机、引风机阻力增大，增加电能消耗，重则造成风机损坏，影响FGD系统及锅炉正常运行。

本文主要结合浙江大洋生物科技集团股份有限公司热电分厂FGD在运行过程中出现的非正常溢流现象，分析原因并提出控制措施。

1 FGD概况

1.1工艺概况

浙江大洋生物科技集团股份有限公司现有两台35吨/小时循环流化床燃煤锅炉，一用一备，共用一套FGD脱硫设备，未设烟气旁路和GGH。通过引风机将经布袋除尘器除尘后烟气送至吸收塔，烟气与由上而下喷出的雾态的石灰石浆液逆向接触，从而吸收烟气中的SO2生成CaSO3，并在吸收塔内被氧化风机鼓入的大量空气氧化成CaSO4，进而生成石膏（CaSO4·2H2O）。脱硫后的烟气经两层除雾器除去水雾，温度50℃左右，接近饱和状态，进入湿式电除尘器，确保烟囱入口固体颗粒物浓度小于5mg/Nm3，后排放至大气。

吸收塔直径为φ3.6m，高度为26.13m，钢结构圆柱体，内衬玻璃鳞片衬里，由下而上分别为循环区、吸收区、除雾区、除尘区，塔体主要设备包括4台浆液循环泵、2台氧化风机、2台石膏排出泵、3台搅拌机。

1.2运行概况

按照设计要求，吸收塔正常液位要求控制在7.8-8.5米（DCS显示值0.8-1.5米），溢流液位为9.5米。正常运行根据需要，循环泵一般3用1备或2用2备，氧化风机1用1备，搅拌机3台常运，能满足锅炉可控负荷范围内二氧化硫排放控制值小于35mg/Nm3的要求。

2 吸收塔浆液溢流现象案例

例举我司实际运行过程中发生的溢流情况的典型案例。

案例一：切换锅炉或锅炉短时间停运后重新投运需投油助燃（我公司循环流化床锅炉采用床下点火方式）时，在点火投油后，布袋除尘器旁路运行，操作人员按要求启动3台循环泵，此时吸收塔内液位在控制要求内，期间进行正常除雾器的清洗，液位未出现异常，而巡检人员发现现场溢流管有浆液溢流，且能明显观察到浆液表面有一层黑色油装物质，未避免浆液进入烟道或氧化风管中，紧急启动石膏排出泵排浆至应急事故池的同时，检查工艺水系统，同时对液位计进行冲洗并通知仪表人员到场检查，未发现工艺水系统有阀门内漏至吸收塔现象，也可基本排除液位计故障原因，直至排出大量浆液至事故池后，溢流现象才消失，期间液位显示有突降现象。

案例二：原运行2台循环泵（内部编号：2#、3#）进行正常脱硫工作，由于锅炉负荷增加，SO2排放值增大，操作人员准备启动第3台（1#）循环泵，启动后吸收塔液位DCS值发生不正常的“不降反升”现象，为排除液位计堵塞显示失真情况，操作人员到现场进行液位计冲洗，至现场发现溢流管口有浆液溢流，启动石膏排出泵紧急排浆，效果不明显。检查工艺水系统及新启用的（1#）循环泵冲洗水阀，排除工艺水内漏至脱硫塔的情况。停运（1#）循环泵后，溢流现象减弱并消失，重新启动（1#）后，溢流现象再次发生，为进一步排除由（1#）循环泵管路因素导致的溢流现象，采取停运（2#）循环泵，发现溢流现象也发生减弱并消失，启用（4#）循环泵，又发生溢流现象，停运（3#）循环泵，溢流现象减弱并消失。明确排除由于单台泵管路内漏导致的溢流。

案例三：脱硫塔3台循环泵运行，密度达（≥1180kg/m3）排浆脱水滤石膏要求，操作人员按要求启用石膏排出泵（内部编号：1#）进行脱水滤石膏工作，约10分钟后发现石膏排出泵出口压力变小（原0.7MPa降至0.2MPa），浆液流量急剧减少，且能从滤布上明显观察到浆液充满大量泡沫。关闭石膏排出泵稍后重启，发现石膏排出泵出口压力、旋流器压力和浆液流量恢复正常，约5分钟后又出现浆液流量急剧减少、石膏排出泵出口压力降低现象，如此重复。为排除由于管路堵塞情况造成的影响，操作人员打开工艺水泵对管路进行冲洗，后再次进行滤石膏工作，流量小、压力低现象仍存在。更换（2#）石膏排除泵后仍无效，随后通知机修人员对两台泵及进口管路、出口管路及相关阀门进行检查，结果泵无明显缺陷故障，管路没有堵塞，而排浆困难现象仍然存在。后停运靠浆液排出口侧4#循环泵及2#搅拌机后，排浆困难现象有所改善，在脫水真空过滤机滤布上可明显观察到浆液充满汽包。

3 吸收塔浆液溢流的原因分析

根据溢流发生时现象判断，基本确定溢流的原因在于吸收塔内浆液出现气泡或产生泡沫，引起“虚假液位”或发生虹吸现象。而塔底三台搅拌机搅拌、氧化空气鼓入、循环泵浆液喷淋等因素的综合影响加剧了液位波动和发生虹吸的概率。结合我公司脱硫系统吸收塔浆液溢流的现象，分析原因如下：

1）浆液有机物等杂质增加。泡沫是由于表面作用而生成，它的产生是由于气体分散于液体中形成气--液的分散体，在泡沫形成的过程中，气--液界面会急剧的增加。若液体的表面张力越低，则气--液界面的面积越大，泡沫的体积也越大。正常情况下吸收塔桨液受浆液循环、搅拌机搅拌、氧化空气鼓入，其产生的泡沫稳定性高，而理想状态下的吸收塔浆液可以设想为是一种纯净的液体，吸收塔装液泡沫丰富、泡沫单体细小的特性，确定了起泡是由于系统中进入了其它发泡性杂质成分，增加了气泡液膜的机械强度，最终导致起泡溢流现象的产生[1]。杂质混入的可能性一是当锅炉点火时大量投油，烟气中携带大量未燃尽成份，在与喷淋浆液逆向接触后被浆液吸收；二是机组启动初期煤粉燃烧不充分且布袋处于旁路运行状态，大量未燃尽成份随烟气在吸收塔内被洗涤；三是吸收塔长期运行过程中烟气所含惰性成份进入吸收塔并沉积，导致吸收塔浆液重金属含量增高，且重金属离子增多会引起浆液表面张力增加；四是石灰石中氧化镁随浆液进入吸收塔后与硫酸根离子反应，充当起泡剂角色；五是脱水系统废水长时间回收利用或废水排放系统未及时投运，使得浆液重金属不能及时排放，造成浆液重金属含量超标。

2）浆液循环泵、氧化风机等启停的影响。系统正常运行时吸收塔内形成气液平衡状态。在循环泵启停、氧化风机跳闸启动时，一定程度上加剧了吸收塔内的扰动或使吸收塔浆液气液平衡被破坏，加之若浆液品质不佳，将加剧吸收塔内气泡的生成。

3）工艺水水质影响。工艺水中的金属离子（Na、Mg）、氯离子（Cl）、悬浮物（SS）、化学需氧量（COD）会在脱硫吸收塔内形成碱性物质、结合物及粘性杂质，在吸收塔内浆液析出CO2及富有O2气体工况下，在扰动作用下形成大量泡沫[2]。通过对我公司工艺水水质的化验分析，基本能确定不是工艺水质影响。

4 控制措施

为避免吸收塔出现溢流造成事故的情况，一是要有预防措施，二是要有处理措施。

4.1预防措施[3-5]

1）合理控制吸收塔液位。根据设计及操作规程要求将吸收塔内浆液液位控制在规定要求范围内，每班交接班后对液位计进行正确冲洗，定期校准仪表以确保DCS系统显示值的可靠性和正确性。

2）控制浆液和废水品质，并控制石灰石组分（如MgO、SiO2 等）在要求范围内，同时加强吸收塔浆液、废水、石灰石浆液和石膏的化学分析工作，有效监控脱硫系统运行状况，发现浆液品质有恶化趋势应及时采取处理措施。

3）加强氧化风机运行管理。FGD系统运行期间，检查氧化风机的运行状态，保证备用氧化风机处于良好的状态，运行风机故障停运后要及时启用备用风机，以免发生虹吸现象，造成大量浆液溢流。

4）制定严格的运行制度。每班对浆液密度、PH进行取样比对，并根据浆液色泽初步判断浆液品质。在锅炉点炉投油或除尘器旁路运行时，运行人员应积极采取措施，如加强废水排放、进行滤石膏工作、增加石灰石浆液的投入等尽量保证吸收塔浆液品质。如在取样或脱水时发现浆液泡沫较多，可考虑从滤液回收池加入适量消泡剂以抑制泡沫生成。

5）坚持脱水系统废水的排放，从而降低吸收塔浆液重金属离子、氯离子、有机物、悬浮物及各种杂质的含量，保证吸收塔内浆液的品质。

6）注意吸收塔入口处烟气温度，如果出现温度突然大幅下降的现象，考虑浆液是否大量溢流进入烟道，并采取紧急排浆等应急措施，同时加强对引风机的检查和监视，必要时联系锅炉岗位紧急停炉处理[5]。

7）现溢流管采用倒“U”型布置设计，且在管最高处设置了排空口，为进一步消除泡沫防止发生虹吸，建议在溢流管上部排空口设置冲洗水管，一方面可以防止排空口堵塞，另一方面可以消除泡沫量。

4.2处理措施

1）在满足脱硫效果的前提下，停运一台浆液循环泵以减小吸收塔内部浆液的扰动。浆液循环量加大，每个分子所具有的动能加大，因而其克服内部引力，实现表面增大的可能性大，即起泡性增强。

2）在可以保证氧化效果的前提下，打开石膏排出泵至应急事故池，适当降低吸收塔工作液位，减小浆液溢流量，防止浆液进入吸收塔入口烟道。

3）适当加长脱水系统工作时间，加大石膏排出量，降低吸收塔内浆液密度，保证新鲜浆液的不断补入。

4）出现“案例三”情况时，说明吸收塔内浆液品质较差，可采取停运一台浆液循环泵或暂时关停靠排出管底阀侧的搅拌机，同时打开冲洗水阀，确保石膏排出泵压力，防止汽蚀损坏石膏排出泵。尽可能加长脱水时间。

5）如采取以上措施后仍无法消除气泡溢流情况，应考虑置换浆液。

5 结语

FGD系统吸收塔溢流对系统运行危害很大，必须及时处理。在日常运行中，应实时监控系统数据变化，及时分析数据变化原因，如发现液位异常或出现溢流情况，应及時采取有效措施。

通过运行经验，如严格按照操作规程要求运行，并采取以上预防和处理措施，气泡溢流现象是可预防可控制的，目前我司FGD系统运行良好，溢流现象基本可防可控，保证了系统安全稳定运行。

参考文献

[1]禾志强，田雁冰，沈建军等.石灰石-石膏法脱硫浆液起泡研究[J].电力科技与环保，2008， 24（4）：11-13.

[2]李孝刚.脱硫吸收塔起泡溢流现象分析[J]. 中文信息，2014（11）.

[3]王宇. 关于火电发电厂脱硫吸收塔的常见故障以及发展措施探讨[J].中国科技博览，2015（30）：94-94.

[4]吕宏俊. 石灰石/石灰-石膏湿法脱硫浆液溢流问题研究[J]. 电力科技与环保， 2009，25（6）：22-24.

[5]吴昊. 吸收塔浆液起泡的管理[J]. 广州化工， 2015（18）：139-140.

作者简介：饶卫康 浙江大洋生物科技集团股份有限公司 热电分厂 负责热电厂生产管理及技术管理工作。