濕法脫硫石膏含水率高原因分析及處理

白路鎮(zhèn)

（浙江浙能嘉華發(fā)電有限公司，浙江 嘉興 314201）

0 引言

某發(fā)電廠三期機組采用石灰石—石膏濕法脫硫技術(shù)，脫硫系統(tǒng)自投運后石膏餅含水率經(jīng)常偏高，導致石膏含水率高的原因較復雜，除了真空皮帶機自身因素外，更深層次的因素主要有吸收塔漿液氯離子含量、石膏漿液亞硫酸鈣晶體含量、石膏結(jié)晶情況、石膏旋流站分離效果和濕電回水的影響等。以下通過研究分析找到影響石膏脫水問題的癥結(jié)，采取針對性措施解決問題。

1 石膏生成原理

石灰石—石膏濕法脫硫技術(shù)中，石灰石漿液通過供漿系統(tǒng)補充到吸收塔內(nèi)部，確保吸收塔內(nèi)漿液pH值保持在最佳范圍。吸收塔內(nèi)漿液在吸收塔再循環(huán)泵作用下，通過噴淋層霧化并覆蓋整個吸收塔截面。煙氣在通過吸收塔的過程中與霧化后的漿液形成逆流洗滌，脫除煙氣中的SO2，SO3，HCl，HF等，達到凈化煙氣的效果。吸收塔漿液中形成的CaSO3在氧化風作用下形成CaSO4，并結(jié)晶成為石膏晶體。吸收塔內(nèi)漿液密度達到1 110~1 130 kg/m3以上時進行外排，通過石膏旋流器、真空皮帶機兩級脫水后形成石膏餅。在濕法煙氣脫硫中，整個化學反應主要分為吸收、中和、氧化、結(jié)晶4個過程。

2 石膏含水率分析

2.1 石膏含水率測定

針對石膏脫水效果不理想的問題，為了更精確地分析石膏含水情況，設置了測定含水率的實驗方法：將石膏研磨成粉狀，放置于表面皿中。測得石膏粉及表面皿重量，記為w1；將放置石膏的表面皿在40~50℃烘干至恒重，并一起稱重，記為w2；表面皿重量記為w3。計算石膏的含水率為（w1-w2）/（w1-w3）。 為了保證試驗結(jié)果的準確性， 每個樣品均分成3份，分別測試含水率，并取平均值作為最后檢測結(jié)果。對8號爐真空皮帶機尾部石膏進行取樣試驗，得出如表1所示的試驗數(shù)據(jù)。

由表1可知，8號爐石膏含水率約為14%，超過不大于10%的石膏含水率要求。

表1 8號機石膏含水率測定結(jié)果

2.2 石膏漿液中氯離子對石膏含水率的影響

濕法脫硫系統(tǒng)中氯離子主要來自煙氣、石灰石漿液及工藝水，在脫硫系統(tǒng)中多數(shù)以氯化鈣、氯化鎂等氯鹽形式存在。相關(guān)研究表明，氯離子對石膏結(jié)晶影響較大，氯離子含量少的石膏（浸濾處理）在水化時會先溶解，然后漸漸生長出針狀晶體。而氯離子含量多的石膏（未經(jīng)浸濾處理）則沒有針狀晶體產(chǎn)生[1]。針狀晶體透水性強，有利于石膏餅的脫水。氯離子含量增加，石膏脫水越來越困難，當氯離子含量達到一定數(shù)值時石膏的含水量將不再增加，氯離子與溶液中的鈣離子結(jié)合生成穩(wěn)定的氯化鈣晶體，把一部分水留在石膏晶體內(nèi)部，造成石膏含水量上升，同時氯離子還會留在石膏晶粒間，和漿液中少量鈣離子形成氯化鈣，氯化鈣晶體含量在一定范圍內(nèi)與石膏含水率成正比增長的關(guān)系。

為了進一步證明石膏漿液氯離子對石膏脫水的影響程度，針對該發(fā)電廠8號機組，在石膏漿液外排密度、旋流子進口壓力、濾餅沖洗水、亞硫酸鈣含量、濕電回水等因素相近的情況下，在真空皮帶機B卸料口取樣并進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，如表2所示。

表2 8號爐石膏漿液不同氯離子含量下石膏含水率統(tǒng)計

表2的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，石膏漿液氯離子含量對石膏含水率影響大，氯離子含量越高石膏脫水越難，含水率越高。當氯離子濃度高于12 000 mg/L時，在其他參數(shù)正常情況下，逐步出現(xiàn)石膏含水率偏高的情況。

2.3 石膏漿液外排密度對含水率影響

石膏漿液外排密度直接影響漿液中各成分的含量和石膏晶體的結(jié)晶情況，進而對石膏脫水效果產(chǎn)生影響。該發(fā)電廠三期脫硫系統(tǒng)采用吸收塔漿液直接排至石膏脫水系統(tǒng)的方式，未設置石膏漿液箱對吸收塔排出的石膏漿液進行中間存儲。在這一過程中，石膏晶體在排出吸收塔后沒有時間進一步結(jié)晶，吸收塔外排密度對后期晶體結(jié)晶情況影響較大。為了進一步確認石膏外排密度對石膏含水率的影響，對8號爐在同一天內(nèi)不同石膏漿液外排密度下石膏含水情況進行了統(tǒng)計，如表3所示。

表3 8號爐石膏漿液不同外排密度下的石膏含水情況統(tǒng)計

表3的統(tǒng)計結(jié)果表明，在石膏漿液氯離子含量、旋流子進口壓力、亞硫酸鈣含量等相近的情況下，石膏含水率隨石膏漿液外排密度變化明顯，外排密度越高石膏含水率越低。

2.4 石膏旋流器分離效果對石膏含水率影響

石膏旋流器是石膏漿液的一級脫水設備。旋流器溢流部分含固量在5%左右，顆粒度較小，主要是沒有完全反應的吸收劑、顆粒較小的石膏晶粒等，需要返回吸收塔繼續(xù)參加反應。旋流器底流含固量可以達到40%~50%，主要為顆粒度較大的石膏結(jié)晶，該部分漿液進入真空皮帶機進行二級脫水，形成石膏餅。旋流器依靠離心力實現(xiàn)漿液的濃縮和分級，旋流器入口壓力直接影響真空皮帶機的脫水效果。在同一時間點，石膏漿液外排密度、亞硫酸鈣含量、氯離子含量、濕電回水等因素不變，只改變旋流器進口壓力的情況下，對石膏含水率進行了統(tǒng)計，如表4所示。

表4數(shù)據(jù)表明，在旋流器規(guī)定的0.2~0.3 MPa，壓力越高石膏脫水效果越好，且效果明顯。

表4 8號爐不同旋流器進口壓力情況下石膏含水情況統(tǒng)計

2.5 超低排放濕電回水對石膏脫水效果影響

濕電回水內(nèi)含有大量微小顆粒，考慮石膏晶粒間夾雜著大量的微小顆?？赡軐κ嗝撍斐捎绊?。分別在濕電回水至吸收塔和不回吸收塔工況下，對8號爐石膏進行取樣，如表5所示。

表5 8號爐濕電回水對石膏脫水效果影響統(tǒng)計

表5的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，濕電回水對石膏脫水效果影響有限，可以忽略。

2.6 亞硫酸鈣含量對石膏脫水的影響

亞硫酸鈣晶體為針狀晶體，由于其粘性較大，亞硫酸鈣晶體顆粒較小，亞硫酸鈣含量偏高會使真空皮帶機濾布不易沖洗干凈，進而堵塞濾布。濾布堵塞是石膏含水率高較為常見的原因，往往出現(xiàn)石膏含水率、真空皮帶機真空度同時明顯偏高的問題。亞硫酸鈣含量偏高還會引起石灰石利用率低，吸收塔結(jié)垢嚴重等情況。亞硫酸鈣濃度主要影響因素為煤種硫分、吸收塔內(nèi)反應漿液pH值、氧化風效果等。因此，除了不可控因素外，脫硫系統(tǒng)運行時必須嚴格控制吸收塔內(nèi)反應漿液pH值，確保氧化風管全部投運，保證氧化風增濕水量，減緩吸收塔內(nèi)部氧化風管在氣液交界面處結(jié)垢堵塞。但是系統(tǒng)運行過程中往往會出現(xiàn)氧化風管堵塞的情況，因此在機組檢修期間要做好吸收塔內(nèi)部氧化風管的清理工作，吸收塔內(nèi)部氧化風管抱箍、焊縫等的檢查及修復工作，以確保氧化風系統(tǒng)投運率。根據(jù)上述檢測數(shù)據(jù)，石膏漿液亞硫酸鈣含量幾次取樣均遠低于穩(wěn)定運行時要求的0.5%，此處不作進一步分析。

3 控制措施及效果

通過試驗數(shù)據(jù)分析，石膏漿液氯離子濃度、石膏漿液外排密度、石膏旋流器進口壓力均會對石膏脫水效果產(chǎn)生較大影響。機組經(jīng)過超低排放改造后，濕電回水進入吸收塔，通過試驗證明對石膏脫水產(chǎn)生的影響不大。因此，針對該發(fā)電廠三期脫硫系統(tǒng)石膏脫水問題，制定了以下措施：

（1）石膏漿液外排密度標準由原來1 110~1 130 kg/m3提升至1 120~1 140 kg/m3，并盡量接近1 140 kg/m3。

（2）調(diào)節(jié)石膏外排節(jié)流孔板孔徑，確保石膏旋流器入口壓力保持在0.26~0.3 MPa。

（3）在廢水處理系統(tǒng)處理能力范圍內(nèi)，提高廢水外排量，將石膏漿液氯離子含量控制在12 000 mg/L以內(nèi)。

采取上述控制措施后，連續(xù)5個月對8號爐脫硫系統(tǒng)參數(shù)進行統(tǒng)計，如表6所示。

表6 8號爐運行5個月脫硫系統(tǒng)參數(shù)統(tǒng)計

統(tǒng)計結(jié)果表明：在石膏外排漿液密度、氯離子、旋流器進口壓力控制良好的情況下，石膏含水率能達到10%以下。脫硫系統(tǒng)運行時，只有石膏漿液外排時才能排廢水，需進一步加強石膏漿液外排密度、氯離子含量控制或進行系統(tǒng)優(yōu)化。

4 結(jié)語

脫硫系統(tǒng)運行中石膏含水率高影響因素較多，通過對比分析石膏漿液氯離子濃度、石膏漿液外排密度、石膏旋流器分離效果、超低排放濕電回水影響、石膏漿液亞硫酸鈣含量等5個隱性影響因素，找到了問題原因并針對性地采取調(diào)整措施后，石膏脫水效果明顯改善，達到設計要求，為今后分析解決類似問題提供了很好的經(jīng)驗借鑒。

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