火電廠濕法脫硫石膏含水率超標(biāo)原因分析及控制建議

張山山，陳　光，曾慶猛

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

火電廠濕法脫硫石膏含水率超標(biāo)原因分析及控制建議

張山山，陳光，曾慶猛

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

某超臨界機(jī)組濕法脫硫裝置石膏品質(zhì)較差，含水率偏高。結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)影響石膏含水率的主要原因進(jìn)行了分析，并針對(duì)性的提出了控制建議。

脫硫石膏；含水率；超標(biāo)；控制措施

0　引言

某電廠一期為2×330MW超臨界機(jī)組，同步安裝脫硫裝置。其脫硫裝置采用石灰石－石膏濕法脫硫工藝，一爐一塔，處理全部煙氣量，無(wú)GGH，設(shè)計(jì)脫硫效率不小于95%。脫硫裝置設(shè)計(jì)的石灰石純度為89.3%（CaO含量為50%），引風(fēng)機(jī)出口（吸收塔入口）煙氣中煙塵含量為100mg/m3，脫硫石膏的純度為90%，石膏自由含水率為10%。但其濕法脫硫石膏含水率偏高，對(duì)石膏的運(yùn)輸和銷(xiāo)售產(chǎn)生一定的影響，直接影響石膏的商業(yè)價(jià)值，需加以控制。

1　石膏含水率超標(biāo)情況

2015年4月，對(duì)該廠脫硫石膏品質(zhì)進(jìn)行了初步調(diào)研分析，結(jié)果表明：因石灰石純度、除塵器出口煙塵濃度及脫硫廢水等多方面的原因，脫硫石膏的純度大部分低于設(shè)計(jì)值，基本保持在85%～90%，石膏含水率（自由水分）基本在12%～15%。對(duì)石膏的主要性能參數(shù)進(jìn)行了化驗(yàn)，包括石膏含水率及純度等，具體化驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　濕法脫硫石膏化驗(yàn)結(jié)果%

通過(guò)表1可以發(fā)現(xiàn)，脫硫石膏中含水率達(dá)到15.6%，明顯高于要求，石膏中CaSO4·2H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于要求的90%，CaSO3·0.5H2O和CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)也高于最高標(biāo)準(zhǔn)。

2　石膏含水率超標(biāo)的原因分析

石膏含水率超標(biāo)是石灰石－石膏濕法脫硫裝置生產(chǎn)運(yùn)行中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，導(dǎo)致石膏含水率超標(biāo)的原因較多，如真空脫水系統(tǒng)故障、石膏漩流器的運(yùn)行狀況不良和石膏漿液品質(zhì)差等。

2.1真空脫水系統(tǒng)運(yùn)行狀況的影響

電廠的脫水系統(tǒng)真空度高，濾布上明顯很臟，也就說(shuō)明濾水通過(guò)濾布的壓降增加，濾布有堵塞現(xiàn)象，使脫水效果不佳。真空脫水系統(tǒng)對(duì)石膏含水率的影響主要體現(xiàn)在脫水機(jī)的真空度（負(fù)壓）偏低、濾布的透氣（水）性差和濾餅厚度不合理等三個(gè)方面。

真空脫水機(jī)主要是利用濾布兩側(cè)的壓差來(lái)實(shí)現(xiàn)石膏漿液的液固分離，如因漏氣、真空泵出口濾網(wǎng)堵塞或密封水不足等原因?qū)е略斐烧婵毡脡毫Φ?，必然?huì)導(dǎo)致漿液的固液分離效果差，石膏含水率超標(biāo)［1］。

透氣性能是濾布的一個(gè)重要性能指標(biāo)，主要表征氣（水）等介質(zhì)在一定的壓力下流過(guò)濾布的能力，是濾布固有的一種性能。濾布的透氣（水）性能差，過(guò)濾通道堵塞嚴(yán)重，當(dāng)脫水機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，石膏漿液中所含的飛灰或其它粒徑較小雜質(zhì)在石膏脫水過(guò)程中被濾布截流并深入至濾布內(nèi)部，濾布過(guò)濾通道堵塞，脫水性能下降，導(dǎo)致石膏含水率超標(biāo)。石膏濾餅的厚薄對(duì)石膏含水率有較大影響，當(dāng)真空脫水機(jī)上的石膏漿液流量、漿液密度及脫水機(jī)的真空度基本不變時(shí)，漿液在濾布上的過(guò)濾時(shí)間（濾餅厚度）就決定了石膏濾餅的含水率。

濾布轉(zhuǎn)速降低時(shí)，濾餅厚度增加，真空泵對(duì)表層石膏的抽濾能力明顯下降，導(dǎo)致石膏含水率升高；濾布轉(zhuǎn)速升高時(shí)，石膏濾餅薄變薄，則易導(dǎo)致石膏餅漏氣，不利于真空的形成，也會(huì)導(dǎo)致石膏含水率升高。

2.2石膏漩流器運(yùn)行狀況的影響

石膏漩流器是石膏脫水裝置的重要組成部分，主要是利用離心分離的原理將吸收塔內(nèi)漿液進(jìn)行濃縮和分離。經(jīng)漩流器分離后，漩流器底流漿液（進(jìn)入石膏脫水機(jī)）密度高、所含顆粒物粒徑大、質(zhì)量重、二水硫酸鈣純度高；溢流漿液（主要返回吸收塔）則密度小，所含顆粒粒徑小、質(zhì)量輕、二水硫酸鈣純度低。如旋流器的運(yùn)行狀況不良，石膏的分離效果差，對(duì)石膏含水率產(chǎn)生不良影響。就漩流器而言，影響漩流器分離效果差的主要原因有漩流器的運(yùn)行壓力偏低和襯砂嘴的直徑偏大。

石膏漩流器的運(yùn)行壓力對(duì)其分離效果產(chǎn)生明顯影響：當(dāng)運(yùn)行壓力高，則分離效果好，但設(shè)備磨損嚴(yán)重；當(dāng)運(yùn)行壓力低，則分離效果差，底流漿液含固量低，不利于石膏脫水，導(dǎo)致石膏含水率偏高。

襯砂嘴是漩流器的一個(gè)重要部分，對(duì)漩流器的分離效果會(huì)產(chǎn)生顯著影響：當(dāng)襯砂嘴直徑過(guò)大，則漩流器的分離效果差，底流漿液含固量低，石膏含水率偏高。

2.3石膏漿液品質(zhì)的影響

在石膏脫水工藝中，石膏漿液品質(zhì)是石膏含水率的主要影響原因，從以下3個(gè)方面進(jìn)行石膏漿液品質(zhì)對(duì)石膏含水率的影響分析：

（1）石膏漿液密度低

石膏漿液密度對(duì)石膏含水率的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，即影響石膏漩流器的分離效果和石膏的結(jié)晶時(shí)間。當(dāng)石膏漿液密度低，漩流器底流漿液的含固量也會(huì)偏低，導(dǎo)致石膏含水率偏高；另一方面，石膏漿液密度低，同等條件下石膏晶體在吸收塔內(nèi)的停留時(shí)間短，導(dǎo)致石膏晶體粒徑偏小，不利于石膏脫水，導(dǎo)致石膏含水率偏高。

（2）脫硫廢水排放量小，氯離子等濃度高

石灰石漿液在吸收二氧化硫的同時(shí)，煙氣中的HCl和HF以及飛灰等都會(huì)進(jìn)入吸收塔漿液中，長(zhǎng)期運(yùn)行后漿液中的氯離子濃度會(huì)增加，因氯和鈣易結(jié)合生成吸水性能很強(qiáng)的氯化鈣，導(dǎo)致石膏含水率增加［2］。此外，脫硫系統(tǒng)工藝水普遍采用添加了具有一定粘度的阻垢劑和殺菌劑的循環(huán)水排水。在吸收塔內(nèi)，工藝水被數(shù)十倍濃縮，漿液的粘度增加，使?jié){液的脫水性能降低，導(dǎo)致石膏含水率偏高。

（3）半水亞硫酸鈣的含量高

因CaSO3·0.5H2O晶體粒徑小、粘性較強(qiáng)、呈晶簇狀，且其晶簇呈開(kāi)放多孔，受壓且易破碎，釋放晶簇內(nèi)的水，即而導(dǎo)致濾餅看似干燥，經(jīng)抖動(dòng)或擠壓后容易釋放出水，導(dǎo)致石膏含水率偏高。

造成CaSO3·0.5H2O含量偏高的主要原因有：原煙氣SO2含量高和運(yùn)行pH控制不合理。當(dāng)原煙氣SO2含量超出設(shè)計(jì)值，吸收塔內(nèi)氧化空氣量不足，即而生成Ca-SO3·0.5H2O。pH對(duì)CaSO3·0.5H2O生成的影響從兩個(gè)方面進(jìn)行論述［3］：1）pH計(jì)測(cè)量的準(zhǔn)確性：當(dāng)pH計(jì)測(cè)量不準(zhǔn)，則需要添加的石灰石漿液量就不能準(zhǔn)確控制，而過(guò)量的石灰石使石膏純度降低，造成石膏脫水困難。2）最佳氧化pH：對(duì)于石灰石-石膏施法脫硫工藝，為了保證脫硫產(chǎn)物石膏的生成，需要向吸收塔內(nèi)補(bǔ)充一定的氧化空氣來(lái)實(shí)現(xiàn)亞硫酸根和亞硫酸氫根（為主）的氧化。因CaSO3的溶解度遠(yuǎn)小于CaSO4，如塔內(nèi)pH過(guò)高，則SO32-與石灰石溶解電離的Ca2+快速反應(yīng)，生成不溶于水的CaSO3·0.5H2O；如塔內(nèi)pH過(guò)低，漿液中的SO2主要以H2SO3的形似存在，氧化空氣不能實(shí)現(xiàn)H2SO3的有效氧化。由圖1亞硫酸的平衡曲線可知，吸收塔內(nèi)的最佳氧化pH為4.5，過(guò)高（＞6）或過(guò)低（＜3）的pH均不利于亞硫酸根的氧化和石膏的生成。

圖1　亞硫酸的平衡曲線

2.4漿液中煙塵等雜質(zhì)含量高

因塔內(nèi)雜質(zhì)主要來(lái)源于煙氣中的細(xì)微粉塵和石灰石粉，其共同的特點(diǎn)是粒徑小、質(zhì)量輕、不像石膏一樣因結(jié)晶而粒徑變大。當(dāng)雜質(zhì)含量過(guò)高，在石膏脫水過(guò)程中，這些粒徑較小的雜質(zhì)會(huì)夾雜在石膏晶粒之間，阻礙水從石膏晶粒之間通過(guò)，導(dǎo)致石膏含水率偏大；此外還會(huì)使濾布的孔隙堵塞，使?jié){液的脫水性能降低，導(dǎo)致石膏含水率偏高。

2.5石膏晶體粒徑的影響

石膏晶體粒徑的大小對(duì)石膏的含水率有較大影響。同等情況下石膏晶粒的粒徑越大，其脫水性能越好，石膏含水率越低；反之，石膏粒徑越小，其脫水性能越差，石膏含水率越高。從脫硫石膏取樣做的電鏡掃描分析，可以看出石膏晶體中細(xì)顆粒粒徑較小，如圖2所示。

圖2　電廠石膏電鏡掃描

在吸收塔內(nèi)，石灰石溶解的Ca2+與氧化所得的SO42-離子結(jié)合，生成二水硫酸鈣晶粒（石膏顆粒）?？刂剖嘟Y(jié)晶，使其生成易于分離和脫水的石膏顆粒，在工藝以上主要控制漿液的過(guò)飽和度。

2.6機(jī)組頻繁投油助燃的影響

在機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，因機(jī)組負(fù)荷（低）及煤質(zhì)（發(fā)熱量低、灰分高、揮發(fā)份低）等原因，在鍋爐的運(yùn)行過(guò)程中需投運(yùn)一定的工業(yè)柴油進(jìn)行助燃。該廠鍋爐助燃柴油為0號(hào)輕柴油，其粘度明顯比水大，水和0號(hào)柴油的粘度比較結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　水和0號(hào)柴油粘度比較

當(dāng)含油的漿液經(jīng)過(guò)脫水機(jī)時(shí)，因油的粘度大，石膏與油難分離，必然導(dǎo)致石膏含水率偏高；另一方面，含油的漿液經(jīng)過(guò)濾布時(shí)，油易粘附在濾布表面，導(dǎo)致濾布堵塞，脫水機(jī)的透氣性能變差，導(dǎo)致石膏含水率偏高。

3　結(jié)語(yǔ)

石膏含水率偏高是濕法脫硫裝置普遍存在的問(wèn)題，本文對(duì)FGD石膏含水率超標(biāo)原因進(jìn)行了分析。對(duì)于石膏含水率超標(biāo)，可通過(guò)石膏漿液的沉淀性能來(lái)對(duì)石膏的脫水性能進(jìn)行預(yù)判，便于及時(shí)進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整。針對(duì)FGD石膏含水率超標(biāo)的現(xiàn)象，建議從以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制，降低石膏的含水率：

（1）運(yùn)行中注意監(jiān)督脫水機(jī)的運(yùn)行負(fù)壓、石膏濾餅厚度，石膏旋流器的工作壓力，控制合理的漿液密度和pH。

（2）定期檢查襯砂嘴，及時(shí)更換堵塞或磨損較為嚴(yán)重的濾布。

（3）加強(qiáng)脫硫主要儀表的校準(zhǔn)和維護(hù)，保障其正常投運(yùn)。

（4）控制燃煤灰分和石灰石雜質(zhì)含量，加強(qiáng)除塵器的運(yùn)行調(diào)整，減少進(jìn)入吸收塔的雜質(zhì)含量。

（5）加強(qiáng)機(jī)組運(yùn)行調(diào)整，減少鍋爐滅火頻次，降低燃油對(duì)漿液品質(zhì)的影響。

（6）加大脫硫廢水處理設(shè)施的運(yùn)行維護(hù)，保障脫硫廢水的正常投運(yùn)，減少塔內(nèi)雜質(zhì)及氯離子含量。

［1］徐崢，胡明華，孫建峰.電廠脫硫石膏含水率超標(biāo)原因分析及控制措施建議［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2012，38（9）：28～30.

［2］尹連慶，徐錚.氯離子對(duì)脫硫石膏脫水影響研究及機(jī)理探討［J］.粉煤灰，2008，12（3）：13～17.

［3］曾庭華.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的調(diào)試、試驗(yàn)及運(yùn)行［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2008.

Analyses on the Reasons and the Appropriate Control Measures of High Moisture Content of FGD Gypsum

ZHANG Shan-shan，CHEN Guang，ZENG Qing-meng
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

The quality of FGD gypsum which was installated in a supercritical unit is poor and the FGD moisture content of it is too high.The major factors and reasons of which affected the moisture content of FGD gypsum are researched by analyzing the actual operating conditions in this study，and the specific control advice are given out.

FGD gypsum；moisture content；exceed standard；control measures

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.04.013

X710.3

B

2095-3429（2015）04-0045-03

2015-07-17

修回日期：2015-08-26

張山山（1987-），碩士，工程師。