吸收塔浆液浓度对脱硫系统安全、经济运行的影响.doc

吸收塔浆液浓度对脱硫系统安全、经济运行的影响1 吸收塔浆液浓度高容易引起石膏结垢 吸收塔浆液浓度一般按设计控制在 2025左右，但是现场由于种种原因控制不到位，如：石膏排出泵故障、石膏旋流站故障、真空皮带脱水系统故障、水平衡控制不好、石膏品质较差难以脱水等种种原因造成石膏排出困难，因而吸收塔浆液浓度升高，有的吸收塔浆液浓度甚至高达 50以上。还有的电厂吸收塔浆液密度计频繁损坏或堵塞，造成运行过程中无法准确观测浆液密度，从而无法准确的进行石膏排出，也会造成吸收塔浆液浓度升高。 吸收塔浆液浓度升高后会给脱硫系统带来一系列的影响，下面简单的进行分析。溶解是指溶液中的固体离解成离子的过程，沉淀是指溶液中的离子结合成固体的过程。 一种物质在浆液中是溶解还是沉淀取决于溶液中该种物质的离子组分及离子组分浓度。 例如对于石膏来说，其沉淀速率的快慢受如下因素影响：Rg = kaCV (RSG 1)其中： Rg :石膏沉淀速率 K:速率常数 a: 每单位重量石膏的活性表面积 C: 石膏固体的浓度 V: 反应槽体积 RSG: 石膏相对饱和度 从石膏沉淀速率来看，石膏浓度直接与沉淀速率成正比，但石膏能不能沉淀，还取决于石膏的相对饱和度 RSG。当吸收塔的石膏浆液中的 CaSO42H2O 过饱和度大于 1 时，石膏就开始沉淀，但此时沉淀优先在自己的晶种上沉淀。但当过饱和度大于或等于 1.4 时，溶液中的 CaSO4 就会在吸收塔内各组件表面析出结晶形成石膏垢。石膏过饱和度 为Ca2+、SO42-和H2O2的乘积与 Ksp（石膏浓度积常数）的比值。石膏过饱和度越大，结垢形成的速度就越快，仅当过饱和度1.4 时才不容易在吸收塔内各组件表面析出结晶形成石膏垢。要使石膏过饱和度1.4，需适当地设计吸收塔内石膏浆液浓度、液气比和提高氧化率。日本三菱的试验认为液气比越小，石膏过饱和度越高，使石膏过饱和度1.4 的最低液气比为 11。2 吸收塔浆液浓度高会引起很多系统问题 2.1 对设备、管道及电耗的影响 当浆液浓度升高时，造成密度大、循环泵电流增加、电机线圈温度升高，从而造成循环泵、石膏排出泵等工作负荷增大，电耗增加。浆液浓度升高后对循环泵、石膏排出泵、吸收塔搅拌器、浆液循环管道、石膏排出管道等冲刷、磨损增加。 2.2 对石膏脱水、废水系统的影响 2.2.1吸收塔浆液浓度高，造成石膏旋流站底流必然增高，相应的会增加真空皮带脱水机的负荷。如果浓度过高，会造成石膏脱水效果不好，脱出的石膏含水率高。 2.3 对喷淋管组的影响 当吸收塔浆液浓度高到一定程度时， 烟气中携带的石膏会沉积在最上层喷淋管上，造成最上层的喷淋管承重增加。中下层的喷淋管由于有上面的喷淋冲刷，一般不会沉积石膏。还有吸收塔浆液浓度升高后也容易在喷淋管组内部形成沉积， 喷淋管组内部沉积后，造成喷淋管组喷淋通流量不够，或者喷淋管喷淋的覆盖面积不够，影响吸收塔的脱硫效率。因此在循环泵停运时，必须用清水将循环泵和喷淋管组进行冲洗。如果喷淋管组的管道或喷嘴堵塞后，还会造成循环泵的阻力增加，循环泵对喷淋管组的压力增大。总之综合上述几个原因：浆液浓度高后浆液的重量会增大，浓度高容易造成石膏在最上层喷淋管沉积，浓度高同时还会造成喷淋管内石膏沉积，循环泵对喷淋管的压力大等。由于上述几种原因的综合作用导致喷淋管组承载力加大，当承载力大到一定程度后，会导致喷淋管组坍塌。喷淋管上堆积石膏过多造成石膏喷淋管组坍塌2.4 对循环泵入口滤网及循环泵的影响 石膏浓度超过了石膏的过饱和度，造成石膏在塔壁、塔底、循环泵入口滤网等部位大量沉积，慢慢的，尤其是循环泵入口滤网，石膏大量沉积，堵住了循环泵的入口滤网，见下面照片。循环泵入口滤网堵住后，循环浆液量下降，从而循环流量减少，造成循环泵容易气蚀，循环泵气蚀后容易造成循环泵叶轮损坏，再加上浆液的腐蚀，使循环泵叶轮损坏很快。循环泵入口滤网堵塞加上叶轮损坏，造成浆液循环量下降，循环量下降后，液气比降低，脱硫效率降低，液气比降低后，按照日本三菱的试验结论，液气比越低，石膏过饱和度越高，越容易造成石膏在各处沉降，从而造成恶性循环，问题越来越严重。图一、循环泵入口滤网堵塞图二、循环泵叶轮气蚀、腐蚀循环泵气蚀还容易引起循环泵震动，循环泵震动又会带动循环管道震动、带动循环泵入口滤网震动，循环泵堵塞后，还会造成循环泵入口滤网差压大，循环泵滤网在承受压力较大的情况下加上震动，当承受力达到一定极限时会出现损坏。循环泵入口滤网坏后，破碎的碎片会通过循环泵进入循环管道，破坏循环管道衬胶，再加上循环管道震动，衬胶更容易脱落。循环泵入口滤网碎片加上衬胶碎片又容易堵塞喷淋管组喷嘴，引起更大的系统问题。循环泵入口滤网损坏 2.5 浆液浓度高对除雾器、入口烟道和 GGH 的影响吸收塔浆液浓度高，容易造成石膏沉积，石膏不但容易在吸收塔内沉积，同时也容易随着烟气在除雾器、入口烟道和 GGH处沉积，从而造成整个烟气系统阻力增大，电耗增加，频繁的进行除雾器、入口烟道及 GGH 冲洗，一方面增加电耗，同时也增加水耗，这与目前国家提出的节能减排严重背道而驰。另外频繁的进行冲洗，导致的后果是水平衡不好控制，各个浆液罐不是溢流就是液位太低，给运行调整带来很大困难。 除雾器上的石膏沉积GGH 上的石膏沉积3 吸收塔浆液浓度高与其他因素混在一起，问题更为严重。 3.1 浆液浓度高与氧化效果不好 吸收塔浆液氧化不充分，造成浆液中亚硫酸钙含量高，亚硫酸钙比较粘，比较粘的亚硫酸钙如果再加上石膏浓度高，其结果石膏更容易在四处沉积，上面章节 2 介绍的情况都会发生，而且情况会更为严重。当然如果亚硫酸钙浓度高到一定程度，还会引起吸收塔浆液亚硫酸钙中毒。 3.2 浆液浓度高与浆液中 AIF3、CaF2含量高 浆液中氟离子含量高， 再加上 FGD 入口粉尘含量高等造成浆液中 AIF3、CaF2含量高，而 AIF3、CaF2比较粘，这时如果吸收塔浆液浓度高后会造成石膏更容易沉积、粘结，严重时会吸收塔浆液会形成 AIF3中毒。 3.3 浆液浓度高与 PH 值控制过高 3.3.1浆液浓度高加上 PH 控制过高导致堵塞喷嘴 浆液中 PH 值控制过高，会导致浆液中 CaCO3 含量超标，碳酸钙本身微溶于水，但在酸性条件下溶解度增大，碳酸钙本身也是非常粘的浆液，容易四处粘结，这时遇上吸收塔浆液浓度高，也会造成石膏四处沉积、粘结。下面是堵塞喷淋管组喷嘴后引起系统恶化的一个例子。 一般情况下，石膏沉积在喷淋管组喷嘴处的概率很低，由于喷淋浆液一直冲刷的作用，即使浓度高时也不容易沉积，浓度高时石膏最多只会慢慢的在喷淋管组内沉积，石膏沉积后会导致循环泵阻力增加，循环浆液流量减少，慢慢的时间长以后最后也有可能在喷嘴处堵塞。但是浆液浓度高如果遇上氧化不好，或遇上ALF3浓度高后，会容易在喷嘴处堵塞。尤其是在浆液中碳酸钙含量高时，一是碳酸钙本身比较粘，二是碳酸钙能够与烟气继续反应，在反应过程中由于烟气温度较高，反应产生的石膏会快速析出，因此容易堵塞喷嘴。 喷淋管组喷嘴堵塞后，会造成液气比降低，脱硫效率下降，经过喷淋管组堵塞喷嘴的烟气温度较高，严重威胁喷淋管组后除雾器和净烟道的玻璃鳞片防腐，由于除雾器一般是 PP 材料的，耐温很差，因此，喷淋管组喷嘴堵塞后对除雾器影响很大。另外由于液气比降低，喷淋管组对烟气的降温幅度小，必然导致事故喷淋系统的大量喷水，由于喷淋系统的事故喷水是直接从工艺水来的，其结果必然是系统水平衡破坏，吸收塔液位升高，氧化风机出口阻力增大，对于鼓泡塔其增压风机阻力增大，在负荷不是很高时还容易引起增压风机失速。吸收塔液位不断上涨的压力还会导致吸收塔溢流，溢流后的浆液通过地沟排向地坑， 地坑中的浆液不能往吸收塔中排放，严重时会引起地沟溢流，弄得满地跑浆。喷淋管喷嘴被沉积的石膏堵塞3.3.2浆液浓度高加上 PH 控制过高导致堵塞循环泵入口滤网吸收塔浆液中 PH 值过高，石膏中含有大量碳酸钙吸收塔浆液中浆液浓度过高，PH 值控制过高，引起循环泵入口滤网堵塞。3.3.3浆液浓度高加上 PH 控制过高导致堵塞除雾器和 GGH如上面所述，喷淋管组喷嘴堵塞以后，被堵塞的喷嘴对烟气不能降温，在局部会形成烟气逃逸，如果除雾器内置，逃逸的烟气会很快到达除雾器，同时携带石膏浆液的烟气也会到达除雾器，由于 PH 值较高，石膏浆液中含有大量的石灰石，石灰石本身很粘，易粘在除雾器上，这时如果有高温烟气过来，会形成局部干湿界面，造成结垢，同时石膏中的石灰石也会和没有经过喷淋或经过很少喷淋的烟气中的二氧化硫反应，在除雾器上沉积下来。根据我们的经验，浆液浓度高加上控制的 PH 值高，很容易造成除雾器结垢堵塞，在这种情况下，冲洗的作用有限。例如有一个电厂，在我们的见证下，将除雾器清理的非常干净，而且按照我们要求定期冲洗，但启动后不到二十天，除雾器又堵的非常严重。现场停来下检查，发现浆液浓度很高，检查运行记录，发现 PH 值控制高达 6.3。完全清理后启动后不到二十天的除雾器 浆液浓度高加上 PH 值高，不仅让除雾器很容易堵塞，而且也很容易引起 GGH 堵塞，在 GGH 中由于高温原烟气和携带大量石灰石浆液的净烟气来回交换， 导致浆液中石灰石颗粒和烟气中的二氧化硫反应，结成很硬的垢，冲洗、清理起来更加困难。3.3.4浆液浓度高加上 PH 控制过高导致石膏脱水系统困难 浆液浓度高加上 PH 值高，还会导致石膏脱水困难。如果吸收塔浆液 PH 值控制过高，浆液中必然含有大量碳酸钙，这种含有大量碳酸钙的吸收塔浆液比较粘，很难分层，造成在真空皮带机上不容易成型，脱水很困难，最终导致的结果是石膏跟稀泥一样，脱除的石膏含水率很高，含石灰石量很大。 3.4 吸收塔浆液浓度高与浆液中镁离子含量高 某电厂烟气脱硫装置 168 试运后一年多了运行一直非常正常，最近出现吸收塔浆液中毒现象，PH 值调整不上去，很难提高到 4.5 以上，脱硫效率在 50-60%之间，经现场取样化验分析发现，浆液中 Mg2-含量过高，石灰石中的 MgCO3 严重超过设计值。Mg2-含量过高，形成 MgSO4 溶液。硫酸镁易溶于水，但在浆液浓度比较高时，由于化学反应的可逆行，一旦浆液浓度超过 MgSO4 的相对饱和度，硫酸镁仍然会沉积下来，见上面石膏沉淀速率影响因素，硫酸镁在沉淀理论上与石膏沉淀类似。由于硫酸镁与石膏相比，相对较粘，所以，一旦浆液浓度过高以后，再加上浆液中 Mg2-含量高，便会出现上面的中毒现象，因此要求现场严格控制吸收塔浆液浓度，不能超过 25运行，吸收塔浆液浓度控制住以后，到目前为止将近一个月的时间，现场再没有发生吸收塔浆液镁中毒现象。4 分析结论 4.1 经过上述分析，吸收塔浆液浓度控制过高，会带来一系列问题，如果不对这些问题加以重视，小问题会逐渐演变成大问题，最后会造成比较严重的