脱硫吸收塔溢流、虹吸现象分析及预控

脱硫吸收塔溢流、虹吸现象分析及预控
在石灰石-石膏湿法脱硫工艺中，经常会出现吸收塔溢流管冒浆、冒泡等现象。

通常溢流出来的浆液进入吸收塔区排水地坑后，再经由地坑泵打回吸收塔重复使用，不会造成其它后果。

但当吸收塔浆液溢流量较大，溢流管来不及排放时，就会引发浆液倒灌、喷淋效率下降等各种事故，影响脱硫系统正常达标运行，严重时会通过吸收塔入口烟道进入增压风机或引风机本体，造成事故扩大，严重影响设备安全、污染厂区环境。

一、脱硫吸收塔溢流原因分析
1、吸收塔溢流产生机理
要想减少或避免吸收塔溢流、虹吸，就需要了解泡沫产生的机理和吸收塔内介质的工作状态与环境。

在吸收塔内，介质状态并不是单纯以液体形式存在，是液体和气体的混合体。

这就为泡沫形成提供了条件（在石灰石-石膏湿法脱硫工艺中，为了强制氧化生成石膏，氧化风管需深深的埋入浆液内部）。

泡沫正是由于混合体而生成，泡沫是气体分散在液体中的分散体系，其中液体所占体积分数很小，泡沫占很大体积，气体被连续的液膜分开，形成大小不等的气泡。

泡沫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，气液界面会急剧增加，其增加值为液体表面张力与体系增加后气液界面的面积乘积，应等于外界对体系所做的功。

若液体的表面张力越小，则气液界面的面积就越大，泡沫的体积也就越大，这说明此液体很容易起泡。

当不溶性气体被液体包围时，形成一种极薄的吸附膜，由于表面张力的作用，膜收缩为球状形成泡沫，在液体的浮力作用下汽泡上升到液面，当大量的气泡聚集在表面时，就形成了泡沫层。

吸收塔浆液中的气体与浆液连续充分地接触（氧化风的作用），由于气体是分散相（不连续相），浆液是分散介质（连续相），气体与浆液的密度相差很大，所以在浆液中泡沫很快上升到浆液表面，此时如浆液的表面张力小，浆液中的气体就冲破浆液面聚集成泡沫。

泡沫密度、比重都明显低于塔内浆液。

富集后的泡沫会在浆液表面形成泡沫层。

由于泡沫层非常轻，极易受烟气流向和风压的影响而运动。

有些工艺中，为了防止塔内烟气逃逸，还经常利用这些泡沫对吸收塔的溢流管进行密封，防止塔内烟气逃逸。

所以吸收塔内任何介质的变化都会影响到溢流管内泡沫的“异动”。

当气相和液相相对压力变化，气相压力大于液相时，便产生了
溢流现象。

烟气的流动作用和泡沫层的存在，使得塔内的气液面不断变化，液面会有液位差的存在。

如果没有设计和安装的不合理，同样会因为液位差的存在使得溢流管“溢流”。

2、吸收塔溢流的设计和安装方面分析
（1）溢流管安装位置不正确：吸收塔溢流管的作用是防止吸收塔液位过高而倒流返回吸收塔，从而保证塔内液位低于入口原烟气烟道运行。

对烟道、引风机、增压风机等设备进行保护。

烟气通过烟道进入吸收塔后，会对泡沫层有推动作用，在烟道对侧形成泡沫堆积，若果设计溢流管安装在烟道对侧，将会由于泡沫的堆积引起溢流管“溢流”。

溢流管正确的安装位置应该在吸收塔入口原烟气烟道同侧附近。

（2）氧化风管安装位置不正确：氧化风管如果直接安装在溢流管正下方，由于泡沫的堆积，也会使溢流管“溢流”。

氧化风管网式布局的更应该注重于这一点，在管网式吸收塔内，液面并不是水平模式。

由于端头1.5米的“自由排放口”，会引起吸收塔内的液面形成“半面坡”状。

如果溢流管处于管网“自由排放口”上方，那么不可能避免的产生溢流。

氧化风管网式布局，应与溢流管同侧进入吸收塔，这样避免了“自由排放口”所引起的液位偏差。

（另，网式“自由排放口”不可设置在循环泵上侧，否则会加重浆液循环泵气蚀。

）
（3）烟气排出口堵塞：除雾器堵塞、净烟气烟道挡板开不到位、净烟道烟道截面积减小等。

这些原因引起出口烟气量的减少，如有启停其他设备操作时，瞬间打破吸收塔内部烟气压力大于大气压时，溢流管产生“溢流”。

（4）设备启停时，气相液相压力发生相对变化：锅炉负荷变化、浆液循环泵启停、氧化风机启停等，这些操作都会引起吸收塔内的气液相压力变化。

当吸收塔内部烟气压力大于大气压时，本应密封溢流管的浆液产生“溢流”。

（5）吸收塔液位定位不准确：吸收塔液位不准确、浆液密度过大等原因造成“虚假液位”，让运行人员造成误判。

吸收塔内特殊的工作环境，导致我们只能采用“压差法”计算液位。

又由于吸收塔内各区域密度不同，导致计算出的液位也存在偏差，这就形成了“虚假液位”。

如果运行人员按照虚假液位进行操作控制，将导致吸收塔“溢流”。

3、浆液品质引起泡沫溢流原因分析
纯净的液体起泡只与其表面张力有关，但是由于纯净液体起泡后，液膜之
间能相互连接，使形成的气泡不断扩大，最终破裂。

因此纯净的液体不能形成稳定的泡沫，很快由于泡沫的破裂恢复到液体状态。

如果吸收塔浆液中混入其他抑制泡沫爆裂的成分，延迟了泡沫爆裂的时间，其结果便是形成泡沫堆积。

产生所谓的“虚假液位”导致溢流。

由浆液品质引起泡沫溢流原因归纳如下：
（1）烟气：锅炉在运行中投油、燃烧不充分，飞灰中有部分碳颗粒或焦油随烟气进入吸收塔，造成吸收塔浆液有机物含量增加，当上述物质在吸收塔内富集到一定程度时，会使浆液表面张力增加，从而浆液泡沫不易爆裂。

泡沫堆积形成所谓“虚假液位”，产生溢流现象。

（2）重金属：吸收塔浆液中重金属含量增加。

锅炉尾部除尘器运行状况不佳，烟气粉尘浓度含量超标，含有大量惰性物质进入吸收塔后，致使吸收塔浆液重金属含量增高；石灰石含有的微量金属元素（Cd、Ni等）、湿式球磨机的钢球磨损等也会引起吸收塔浆池中重金属元素的富集。

重金属离子增多也会使浆液表面张力增加，浆液泡沫不易爆裂。

泡沫堆积形成所谓的“虚假液位”，产生“溢流”现象。

（3）工艺水：脱硫工艺水中含有大量的CL-和重金属离子，借助吸收塔补水、冲洗水，进入系统循环。

在吸收塔内富集达到一定浓度时，进一步影响塔内化学反应，使浆液粘稠度和表面张力增加，浆液泡沫不易爆裂。

泡沫堆积形成所谓的“虚假液位”，产生“溢流”现象。

（4）吸收塔：石灰石成分因素。

石灰石中含有MgO,如果MgO含量超标不仅影响脱硫效率，也会与SO42-反应会产生大量泡沫。

如果石灰石成分发生某种变化，在吸收塔浆池中产生某种天然无机发泡剂，如：NaHCO3、Al(SO4)3等混合在一起会发生反应，产生大量的CO2气体。

产生大量的泡沫，形成泡沫堆积产生“溢流”现象。

二、虹吸现象的产生
当吸收塔溢流管溢流严重时就有可能发生虹吸，虹吸现象实质是液态分子间引力与位能差所造成，即因为重力和分子间粘聚力而产生。

溢流管内最高点液体在重力作用下往排出口移动，在U型管内部产生负压。

导致高位管口的液体被吸进最高点，从而使液体源源不断地流入低位置，直至真空负压被破坏。

产生虹吸的条件：
（1）溢流排放口必须低于吸收塔液面。

（2）溢流管内先装满液体。

吸收塔正常运行时，正常状态下只有少量的溢流。

除非因某种原因产生大量的浆液溢流，才能使溢流管注满液体，导致条件成立。

（3）压力差。

溢流管的“最高顶点”距“溢流管排放口”高度形成的压力差大于大气压支持的水柱高度。

这点也不一定成立。

吸收塔溢流管，设计上本身就有防止虹吸破坏真空的“排空口”，所以不存在虹吸的可能。

除非因溢流泡沫在排空口处结晶，将其堵塞才导致条件成立。

当三个条件都满足或同时满足时，就会发生吸收塔浆液“虹吸”现象。

其大部分根由都是由于泡沫“溢流”所引起。

三、溢流和虹吸现象的防控
排除以上设备设计及安装方面的因素，运行调整中更注意防止“溢流”的产生。

对于可能引起吸收塔溢流的操作，必须降低液位，预留缓冲空间。

可采取的调整控制措施如下：
从吸收塔排水坑定期加入专用消泡剂：在吸收塔最初出现起泡溢流时，消泡剂加入量较大，在连续投加一段时间后，泡沫层逐渐变薄，减少加入量，直至稳定在一定加药量上。

经过试验得出，需要指出的是消泡剂不能随便乱加，脱硫专用消泡剂具有抑制泡沫再生特性，根据吸收塔起泡的情况每天适当的加入消泡剂以抑制泡沫再生。

（2）在保证安全生产、脱硫效率的条件下，停运一台浆液循环泵：减少吸收塔内部浆液的扰动，同时减少石灰石浆液的供应量。

浆液循环量大时，每个分子所具有的动能增大，因而其克服内部引力，实现表面增大的可能性大，即起泡性增加。

（3）在可以保证氧化效果的前提下，适当降低吸收塔液位：必须在保障氧化效果的前提下适当降低，否者将因为浆液氧化不充分导致浆液品质恶化，加剧浆液的“黏性”导致泡沫层加厚。

（4）降低排石膏时的吸收塔浆液密度，加大石膏排出量：严格控制浆液指标，定期排出石膏，保持晶种的一定比例，防止密度过大产生的虚假液位，同时也保证新鲜浆液的不断补入，保证吸收塔内浆液的品质。

（5）确保脱硫废水稳定排放：持续排出废水，降低吸收塔浆液重金属离子，Cl-、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）严格控制脱硫工艺用水质：加强脱硫使用水过滤和预处理工作，提升水质品质，严格控制石灰石原料，保证成分（如MgO、SiO2等）含量符合实际要求。

（7）制定严格的运行制度：在主机投油或除尘装置出现故障时，要及时通知脱硫运行人员。

如果投油时间较短或除尘装置能较快修复，可采用降低机组负荷，降低烟气量的运行方式，最大程度减少进入到脱硫系统的未燃尽成份或飞灰。

如投油时间较长或除尘装置处理周期较长，则必须将脱硫系统退出运行。

（8）运行过程中关注氧化风机运行状况：保证备用风机处于可用状态，一旦运行的氧化风机出现问题停运，运行人员按预案处置，防止设备跳闸、启停备用设备时，由于操作不当发生溢流、虹吸现象。

（9）加强脱硫原材料监督：加强吸收塔浆液、废水、石灰石浆液、石灰石原材和石膏的化验分析工作，有效监控脱硫系统运行状况，发现品质有恶化趋势时，及早采取处理手段。

（10）一旦发生浆液起泡、溢流现象，必须打开烟道底部疏水阀疏水。

防
止浆液到达增压风机出口段，对吸收塔液位进行定期测定，保证DCS 显示值的正确性。

注意吸收塔入口烟气温度，如果出现温度突然大幅度降低的情况，说明浆液大量溢流进入烟道，要及时采取处理措施（如停用增压风机等）。

（11）其他处理方法：脱水系统、废水系统投运正常，但吸收塔浆液依旧经常溢流，就要考虑倒空吸收塔内的浆液（可以将塔内浆液先打入事故浆液箱中），重新置换浆液。

适量的使用各种化学添加剂，同时，应避免盲目使用各种添加剂，致使有机物溶于浆液无法消耗，导致浆液泡沫量增加，泡沫层加厚。

使用脱硫各种添加剂时，必须按厂家提供配比量进行操作。