脫硫吸收塔溢流管道的優(yōu)化改造

史傳紅，周桂萍

（1.華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204；2.國網(wǎng)技術(shù)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250002）

脫硫吸收塔溢流管道的優(yōu)化改造

史傳紅1，周桂萍2

（1.華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204；2.國網(wǎng)技術(shù)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250002）

脫硫吸收塔漿液起泡溢流是煙氣脫硫（FGD）系統(tǒng)運(yùn)行中的常見問題，嚴(yán)重影響脫硫系統(tǒng)的可靠性。闡述造成吸收塔溢流的原因及溢流后對脫硫系統(tǒng)的影響，分析總結(jié)原始吸收塔溢流管道的結(jié)構(gòu)及在實際運(yùn)行中存在的問題，并對溢流管道實施優(yōu)化改造。經(jīng)過近兩年的現(xiàn)場驗證，有效解決了脫硫吸收塔起泡溢流問題，保證了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

煙氣脫硫（FGD）；漿液起泡溢流；溢流管道；優(yōu)化改造

0 引言

石灰石-石膏濕法脫硫工藝在火電廠燃煤機(jī)組普遍采用，隨著國家《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃2014—2020》及超低排放標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行，大部分電廠都進(jìn)行了煙氣脫硫設(shè)施的提效改造，改造后系統(tǒng)的性能和出力滿足了超低排放的要求，但要實現(xiàn)二氧化硫的超低達(dá)標(biāo)排放，脫硫設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要，這就對脫硫設(shè)施的穩(wěn)定性和可靠性提出了更高的要求［1-2］。吸收塔漿液起泡溢流是濕法脫硫系統(tǒng)運(yùn)行中的常見問題，如果不能采取有效預(yù)防和處理措施，就會造成運(yùn)行過程中的超標(biāo)排放，污染周邊設(shè)施和環(huán)境，嚴(yán)重時會因漿液倒流導(dǎo)致增壓風(fēng)機(jī)葉片損壞等重大事故，帶來極大的安全和環(huán)保隱患。預(yù)防和控制吸收塔起泡溢流，有多種方案和措施，通過對原始溢流管道的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)合實際運(yùn)行中存在的問題，提出優(yōu)化改造方案并實施，消除了原始溢流管道結(jié)構(gòu)上存在的不合理因素，提高了對吸收塔起泡溢流的防范和控制能力，同時有效解決了溢流管道的堵塞等安全隱患。

1 吸收塔溢流成因及影響

吸收塔漿液溢流主要有兩大因素，一是運(yùn)行人員操作調(diào)整不到位，或吸收塔液位測量表計不準(zhǔn)確，造成實際液位升高，發(fā)生溢流；二是吸收塔內(nèi)漿液中泡沫引起的“虛假液位”造成。脫硫設(shè)施運(yùn)行過程中發(fā)生的溢流，大多是由于第二種因素造成。

吸收塔內(nèi)漿液產(chǎn)生泡沫溢流的主要原因有［3］：1）鍋爐燃燒不充分或在運(yùn)行過程中投油，飛灰中部分未燃盡物質(zhì)（包括碳顆粒或焦油）隨煙氣進(jìn)入吸收塔，使吸收塔漿液中的有機(jī)物含量增加；2）煙氣粉塵中Al2O3和Fe2O3、石灰石含有的微量金屬元素如Cd、Ni等、濕式球磨機(jī)的鋼球磨損等也會引起吸收塔漿池中金屬元素的富集。金屬離子增多會使?jié){液表面張力增加，從而在漿液表面產(chǎn)生泡沫；3）石灰石中含有MgO含量若超標(biāo)不僅影響脫硫效率，還與SO2-4反應(yīng)會產(chǎn)生大量泡沫。酸不溶物含量偏高也會隨粉塵在吸收塔內(nèi)聚集；4）溢流管設(shè)計不合理，產(chǎn)生虹吸、堵塞等現(xiàn)象；5）工藝水來源，如果工藝水來源為機(jī)組循環(huán)冷卻塔排污水，需確認(rèn)其緩蝕阻垢劑和殺菌劑的使用情況；若為城市中水，需確認(rèn)COD含量［4］；6）FGD脫水系統(tǒng)或廢水處理系統(tǒng)不能正常投入，致使吸收塔漿液品質(zhì)逐漸惡化；7）在FGD系統(tǒng)運(yùn)行過程中，氧化風(fēng)機(jī)停運(yùn)或啟動漿液循環(huán)泵，會破壞吸收塔的氣液平衡，導(dǎo)致吸收塔漿液大量溢流。

吸收塔發(fā)生溢流時，一是運(yùn)行人員首先要保證系統(tǒng)內(nèi)其他設(shè)備的安全，正常的運(yùn)行調(diào)整受到嚴(yán)重影響，一般情況下無法滿足達(dá)標(biāo)排放的要求；二是發(fā)生溢流的同時，吸收塔液位波動，漿液品質(zhì)惡化，氧化風(fēng)機(jī)方式調(diào)整，供漿量控制等，大大增加了達(dá)標(biāo)排放的難度；三是溢流嚴(yán)重時，有可能發(fā)生漿液倒流的現(xiàn)象，沿吸收塔入口煙道倒流至增壓風(fēng)機(jī)（或引風(fēng)機(jī)），造成風(fēng)機(jī)振動大、葉片斷裂等故障，機(jī)組被迫降負(fù)荷或停機(jī)。

2 改造前脫硫吸收塔溢流管道結(jié)構(gòu)

脫硫吸收塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了防止塔內(nèi)液位過高，威脅其他設(shè)備的安全，在吸收塔允許的最大液位標(biāo)高位置，設(shè)置了溢流管道。主要作用是控制吸收塔液位，防止?jié){液從原煙道中溢出影響上游設(shè)備，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。輔助作用是運(yùn)行中可以通過溢流排放的方式，將吸收塔內(nèi)漿液表面堆積的雜質(zhì)外排。溢流管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要有圖1所示3種模式。

圖1 改造前脫硫吸收塔溢流管道結(jié)構(gòu)

華電濰坊發(fā)電有限公司2015年完成了4臺機(jī)組脫硫設(shè)施的提效改造，改造方案為增加二級串聯(lián)吸收塔。吸收塔溢流管道的以上3種結(jié)構(gòu)均有實例，本文涉及的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和說明，均以華電濰坊發(fā)電有限公司的脫硫設(shè)施為例。

圖1（a）中，一級吸收塔設(shè)計溢流高度為12.5 m，溢流管口位置設(shè)計在塔體6.5 m標(biāo)高位置，溢流管道頂部與大氣連通，防止溢流時產(chǎn)生虹吸。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是塔內(nèi)部分結(jié)構(gòu)簡單，利用漿液實現(xiàn)煙氣與大氣的密封，且密封段長，不會發(fā)生煙氣泄漏。缺點是實際運(yùn)行中極易發(fā)生起泡溢流現(xiàn)象，泡沫為黑褐色，分析原因為脫硫工藝水取自循環(huán)水排污水，因COD成分在吸收塔內(nèi)不斷積累、分解、甚至碳化致漿液顏色變深。這些有害物質(zhì)極易聚集在吸收塔漿液液面，超出臨界膠束濃度后即形成黑褐色泡沫溢出［5］。

圖1（b）中，一級吸收塔設(shè)計溢流高度為15.7 m，溢流管口位置即在塔體15.7 m標(biāo)高位置，位于正常運(yùn)行液位上部，為防止煙氣泄漏，溢流管道出口插入吸收塔地坑，形成水封。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點的是塔內(nèi)和塔外部分的結(jié)構(gòu)都相對簡單，且完全密封。缺點是在實際運(yùn)行中，溢流管道下部很容易被堵塞，且無法及時發(fā)現(xiàn)，存在重大安全隱患。

圖1（c）中，二級吸收塔設(shè)計溢流高度為11.5 m，塔壁溢流管口也設(shè)計在11.5 m標(biāo)高位置，但該結(jié)構(gòu)溢流管道與煙氣間的密封方式，為在吸收塔內(nèi)設(shè)置下彎管道，插入吸收塔液位以下1.5 m處，溢流管道在塔外的最高點與大氣連通，防止溢流時產(chǎn)生虹吸。此結(jié)構(gòu)的一個不合理因素，是對吸收塔的液位要求較高，運(yùn)行液位偏低時會因塔內(nèi)壓力高發(fā)生溢流，運(yùn)行液位接近8 m時，煙氣會直接泄漏。

圖1（a）、圖1（c）兩種結(jié)構(gòu)，實際運(yùn)行中還與吸收塔內(nèi)的煙氣壓力有關(guān)，如GGH、除霧器堵塞比較嚴(yán)重時，煙風(fēng)阻力增大，吸收塔內(nèi)的煙氣壓力高，作用于吸收塔漿液表面，造成吸收塔溢流的概率大大增加。

3 改造后脫硫吸收塔溢流管道結(jié)構(gòu)

針對以上3種吸收塔溢流結(jié)構(gòu)在實際運(yùn)行中存在的問題，逐項進(jìn)行了分析對比，本著提前防范、有效控制的原則，對溢流管道進(jìn)行優(yōu)化改造。

優(yōu)化改造主要解決以下問題：1）消除吸收塔內(nèi)液位和壓力變化的影響；2）解決溢流管道運(yùn)行中的堵塞問題；3）實現(xiàn)塔內(nèi)漿液表面雜質(zhì)的外排；4）運(yùn)行期間能夠檢查試驗，確保溢流管道暢通。

經(jīng)過多次試驗和改進(jìn)，最終確定了改造方案，如圖2所示，并利用停機(jī)檢修機(jī)會進(jìn)行了改造，改造方案的具體內(nèi)容為：1）取消塔內(nèi)下彎管道；2）溢流管口設(shè)置在塔壁最高液位標(biāo)高位置，溢流管道直接引至地面；3）在距地面2 m以下區(qū)域，設(shè)置溢流管道的“S”型密封裝置，防止煙氣外漏；4）在“S”型密封裝置中，設(shè)置排空閥和沖洗水。

圖2 改造后脫硫吸收塔溢流管道結(jié)構(gòu)

該裝置具有以下特點：1）結(jié)構(gòu)簡單，取消了塔內(nèi)部及塔外排空部分；2）可靠性高，溢流管口位置即為吸收塔最高液位，高于此液位直接溢流，不會因表計原因造成液位升高；3）排除了吸收塔內(nèi)液位和壓力的影響，設(shè)置的“S”型密封裝置，不受塔內(nèi)液位的影響，塔內(nèi)壓力的影響可以通過調(diào)整“S”型密封裝置后部彎頭的豎直段高度來調(diào)整；4）實現(xiàn)了運(yùn)行期間的檢查，通過排空管道能在運(yùn)行過程中判斷溢流管道是否堵塞，并通過沖洗水進(jìn)行消堵處理；5）漿液表面雜質(zhì)外排，根據(jù)需要隨時可以通過排空管道排出漿液表面的雜質(zhì)，提高漿液品質(zhì)。

4 結(jié)語

針對濕法脫硫吸收塔溢流問題進(jìn)行了研究分析和優(yōu)化改造，從改造溢流管道設(shè)計結(jié)構(gòu)入手，有效地解決了吸收塔運(yùn)行過程中長期存在的溢流風(fēng)險，大大提高了脫硫設(shè)施的穩(wěn)定性和可靠性。在改造方案的設(shè)計中，同時考慮了使用操作的方便性，并消除了管道堵塞的安全隱患。改造方案經(jīng)近兩年的實際應(yīng)用，效果良好。運(yùn)行期間未發(fā)生過溢流現(xiàn)象，溢流管道運(yùn)行中的檢查確認(rèn)已列為定期工作，通過溢流管道的排空門來排放漿液表面雜質(zhì)，已成為檢查和改善漿液品質(zhì)的有效手段。

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［2］梁磊，馬洪玉，丁華，等.石灰-石膏法煙氣脫硫系統(tǒng)塔內(nèi)漿液pH 值及密度測量改進(jìn)［J］.中國電力，2012，45（9）：80-84.

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［5］賈西部，金萬元，李興華，等.石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)漿液起泡原因分析［J］.中國電力，2015，48（9）：157-160.

Optimal Transformation of the Overflow Pipeline of the Desulfurization Absorbing Tower

SHI Chuanhong1，ZHOU Guiping2
（1.Huadian Weifang Power Generation Co.，Ltd.，Weifang 261204，China；2.State Grid of China Technology College，Jinan 250002，China）

The slurry foaming and overflow in the desulfurization absorbing tower is a common problem in the operation of flue gas desulfurization （FGD）system，which seriously affects the reliability of the desulfurization system.The causes of overflow of the absorption tower and its influences on the desulfurization system are discussed in this paper.The problems of the original overflow pipeline design are addressed，analyzed and summarized and the optimization of the overflow pipeline is carried out.The problem of the slurry foaming and overflowing in the desulfurization absorbing tower are effectively solved suggested by the result of over two years of field verification.The improvement introduced in this paper is proved to be practical for enhancing the safety and stability of the system.

flue gas desulfurization （FGD）；slurry foaming and overflow；overflow pipeline；optimal transformation

X701.3

B

1007－9904（2017）10－0071－02

2017-07-11

史傳紅（1981），女，工程師，從事火電廠化環(huán)技術(shù)管理工作；周桂萍（1970），女，高級工程師，從事化環(huán)教育研究工作。