濕法脫硫石膏脫水困難原因分析及控制

李文鼎 高惠華 黃躍滔 汪 勝

摘要: 石膏脫水困難是濕法脫硫裝置普遍存在的問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)影響其正常產(chǎn)出和商業(yè)應(yīng)用。結(jié)合某電廠實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的案例，對(duì)濕法脫硫石膏脫水困難的原因進(jìn)行了分析，表明鍋爐投油穩(wěn)燃、入口煙塵濃度、漿液密度、漿液氧化程度、漿液中雜質(zhì)含量、石膏脫水系統(tǒng)及廢水處理系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行均影響石膏脫水的效果，并提出了一系列控制措施。

一、石膏脫水困難原因分析

1 鍋爐投油穩(wěn)燃及入口煙塵濃度的影響

1. 1 鍋爐投油穩(wěn)燃

燃煤發(fā)電鍋爐在啟動(dòng)、停運(yùn)、低負(fù)荷穩(wěn)燃及深度調(diào)峰階段由于設(shè)計(jì)、燃煤等原因均需耗用大量的燃油助燃，由于工況運(yùn)行不穩(wěn)定、鍋爐燃燒不充分，會(huì)有相當(dāng)一部分未燃盡的油污或油粉混合物隨煙氣進(jìn)入吸收塔漿液內(nèi)，在吸收塔內(nèi)強(qiáng)烈的擾動(dòng)作用下，極易形成細(xì)碎的泡沫，在漿液表面大量聚集。

油污在漿液表面聚集的同時(shí)也有一部分在攪拌、噴淋等相互作用下快速分散在吸收塔漿液內(nèi)，并在漿液中石灰石、亞硫酸鈣等顆粒表面形成一層薄薄的油膜，對(duì)石灰石等顆粒形成包裹，阻礙石灰石的溶解和亞硫酸鈣的氧化，進(jìn)而影響脫硫效率和石膏的生成。含油的吸收塔漿液通過(guò)石膏排出泵進(jìn)入石膏脫水系統(tǒng)，由于油污及未完全氧化的亞硫酸產(chǎn)物等的存在，容易造成真空皮帶機(jī)濾布空隙的堵塞，進(jìn)而導(dǎo)致石膏脫水困難。

1. 2 入口煙塵濃度

濕法脫硫吸收塔具有一定的協(xié)同除塵效果，其除塵效率可達(dá)到 70%左右。該電廠設(shè)計(jì)除塵器出口( 脫硫入口) 煙塵濃度 20 mg/m 3 ，出于節(jié)能減少?gòu)S用電考慮，除塵器出口實(shí)際控制煙塵濃度在 30 mg/m 3左右，過(guò)多的煙塵進(jìn)入吸收塔依靠脫硫系統(tǒng)的協(xié)同除塵作用進(jìn)行脫除。經(jīng)電除塵凈化后進(jìn)入吸收塔的煙塵粒徑絕大部分小于 10 μm，甚至小于 2. 5 μm ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于石膏漿液的粒徑。圖 1 為該電廠石膏含水率正常時(shí)排出石膏漿液中的平均粒徑分布，86. 9%的物質(zhì)粒徑在10 μm 以上，69. 2%的物質(zhì)粒徑在20 μm 以上。煙塵隨石膏漿液進(jìn)入真空皮帶機(jī)后同樣堵塞濾布，導(dǎo)致濾布透氣性能變差，石膏脫水困難。

 2 石膏漿液品質(zhì)的影響

2. 1 漿液密度

漿液密度的大小說(shuō)明了吸收塔中漿液的密集程度，若密度過(guò)小，說(shuō)明漿液中 CaSO4 含量較低，CaCO3含量較高，直接造成 CaCO3 的浪費(fèi)，同時(shí)由于 CaCO3顆粒較小，易導(dǎo)致石膏脫水困難; 若漿液密度過(guò)大，則說(shuō)明漿液中 CaSO4 含量較高，較高的 CaSO4 會(huì)阻礙CaCO3 的溶解，抑制 SO2 的吸收，CaCO3 隨石膏漿液進(jìn)入真空脫水系統(tǒng)同樣影響石膏的脫水效果 。濕法脫硫雙塔雙循環(huán)系統(tǒng)，為了充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，一般一級(jí)塔 pH 值宜控制在 5. 0±0. 2 范圍內(nèi)，漿液密度控制在 1100±20 kg/m3范圍內(nèi)，而實(shí)際運(yùn)行中該廠一級(jí)塔漿液密度在 1200 kg/m3左右，高時(shí)甚至達(dá)到 1300kg/m3，始終控制較高。圖 2 為該電廠制漿用石灰石粉平均粒徑分布，81. 0%的物質(zhì)粒徑在 10 μm 以下，小于正常石膏的物質(zhì)粒徑，漿液密度高時(shí)其 CaCO3易造成石膏脫水困難。

2. 2 漿液強(qiáng)制氧化程度

漿液強(qiáng)制氧化是向漿液中通入足量的空氣，使亞硫酸鈣氧化為硫酸鈣反應(yīng)趨于完全，氧化率高于95%，保證漿液中有足夠的石膏品種用于晶體成長(zhǎng) ，若氧化不充分，則會(huì)生成亞硫酸鈣與硫酸鈣的混合晶體，造成結(jié)垢現(xiàn)象。漿液強(qiáng)制氧化程度取決于氧化空氣量、漿液停留時(shí)間、漿液攪拌效果等因素，氧化空氣量不足、漿液停留時(shí)間過(guò)短、漿液分布不均、攪拌效果不佳等均會(huì)造成塔內(nèi) CaSO3 ·1/2H2O 含量過(guò)高。

圖 3 為該電廠一級(jí)吸收塔石膏排出泵入口處塔壁的結(jié)晶物，由于吸收塔漿液脈沖懸浮母管斷裂，導(dǎo)致塔內(nèi)漿液攪拌不充分，局部區(qū)域內(nèi)亞硫酸鈣氧化不足，生成混合結(jié)晶體 Ca(SO3) 0. 8(SO4) 0. 21/2H2O 即 CSS垢，其脫硫石膏與運(yùn)行正常期間石膏對(duì)比見(jiàn)表 2?？?/span>見(jiàn)，由于局部氧化不足，漿液內(nèi) CaSO3 ·1/2H2O 含量明顯偏高，導(dǎo)致石膏脫水困難，含水率也較高。

2. 3 漿液中的雜質(zhì)含量

漿液中的雜質(zhì)主要來(lái)源于煙氣和石灰石，這些雜質(zhì)在漿液中形成雜質(zhì)離子，影響石膏的晶格結(jié)構(gòu)。煙塵中不斷溶出的重金屬會(huì)抑制 Ca2+ 與 HSO3－的反應(yīng)，漿液中的 F－和 Al3+含量較高時(shí)會(huì)生成氟鋁絡(luò)合物AlFn ，覆蓋在石灰石顆粒表面，造成漿液中毒，使脫硫效率降低，細(xì)小的石灰石顆粒夾雜在未完全反應(yīng)的石膏晶體中，使石膏脫水困難。漿液中的 Cl－主要來(lái)自煙氣中的 HCl 和工藝水，工藝水中的 Cl－ 含量相對(duì)較少，因此漿液中的 Cl －主要來(lái)自煙氣攜帶。當(dāng)漿液中存在大量的 Cl－ 時(shí)，Cl－會(huì)被晶體包裹，并于漿液中存在的一定量的 Ca2+結(jié)合生成穩(wěn)定的 CaCl2 ，將一定量的水留在晶體內(nèi)，同時(shí)漿液中一定量的 CaCl2 會(huì)留在石膏晶體之間，堵塞晶體之間游離水的通道，造成石膏含水率升高。

3 設(shè)備運(yùn)行狀況的影響

3. 1 石膏脫水系統(tǒng)

石膏漿液通過(guò)石膏排出泵送至石膏旋流器進(jìn)行一級(jí)脫水，底流漿液濃縮到含固量達(dá)到 50%左右時(shí)自流到真空皮帶機(jī)進(jìn)行二級(jí)脫水。影響石膏旋流器分離效果的主要因素有旋流器入口壓力和沉砂嘴尺寸。旋流器入口壓力過(guò)低，則固液分離效果變差，底流漿液含固量較少，影響石膏的脫水效果，導(dǎo)致含水率升高; 若旋流器入口壓力過(guò)高，則分離效果較好，但影響旋流器的分級(jí)效率，同時(shí)對(duì)設(shè)備的磨損較嚴(yán)重。沉砂嘴尺寸過(guò)大，同樣會(huì)造成底流漿液含固量較少，顆粒物較小，影響真空皮帶機(jī)脫水效果。該電廠正常石膏脫水時(shí)要求石膏旋流器入口壓力為 0. 17 MPa，而實(shí)際運(yùn)行中旋流器入口壓力介于 0. 08～0. 14 MPa，與運(yùn)行要求值相比偏低，且入口壓力波動(dòng)較大，圖 4、圖 5 分別為該廠石膏旋流器運(yùn)行正常與異常的沉砂嘴工作狀況，異常沉砂嘴噴射出的漿液形狀不滿足固液分離線型的要求，旋流子及沉砂嘴存在磨損及堵塞，實(shí)測(cè)底流漿液含固量?jī)H有30%～40%。影響真空皮帶機(jī)脫水效果的主要因素有真空度、濾布透氣性及濾餅厚度。真空度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響石膏脫水效果，真空度過(guò)低，則對(duì)石膏中水分的抽吸能力降低，石膏脫水效果變差; 真空度過(guò)高，則濾布空隙可能存在堵塞或皮帶存在跑偏，同樣導(dǎo)致石膏脫水效果變差。在同樣的工況條件下，濾布的透氣性越好，則石膏的脫水效果越好; 濾布的透氣性差，過(guò)濾通道被堵塞，則石膏的脫水效果變差。濾餅厚度對(duì)石膏脫水同樣有顯著影響，皮帶機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，濾餅厚度增加，真空泵對(duì)濾餅上層的抽吸能力減弱，導(dǎo)致石膏含水率升高; 皮帶機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，濾餅厚度減薄，容易造成局部濾餅漏氣，破壞真空，也會(huì)導(dǎo)致石膏含水率升高。

脫硫廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行不正常或廢水處理量小均會(huì)影響脫硫廢水的正常外排，長(zhǎng)期運(yùn)行下煙塵等雜質(zhì)不斷進(jìn)入漿液，漿液中重金屬、Cl－、F－ 、Al－等不斷富集，導(dǎo)致漿液品質(zhì)不斷惡化，影響脫硫反應(yīng)的正常進(jìn)行、石膏的生成以及脫水。以漿液中的 Cl－為例，該電廠一級(jí)吸收塔漿液中 Cl－含量高時(shí)達(dá)到 22000mg/L，石膏中的 Cl－ 含量達(dá)到 0. 37%。漿液中的 Cl－含量在 4300 mg/L 左右時(shí)，石膏的脫水效果較好，隨著氯離子含量的升高，石膏的脫水效果逐漸變差 。

二、控制措施

1) 加強(qiáng)鍋爐運(yùn)行燃燒調(diào)整，減少鍋爐啟停階段或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)投油穩(wěn)燃對(duì)脫硫系統(tǒng)的影響，控制漿液循環(huán)泵的投運(yùn)數(shù)量，減少未燃盡油粉混合物對(duì)漿液的污染。

2) 從對(duì)脫硫系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行和整體經(jīng)濟(jì)性方面考慮，加強(qiáng)除塵器運(yùn)行調(diào)整，采用高參數(shù)運(yùn)行，控制除塵器出口( 脫硫入口) 煙塵濃度在設(shè)計(jì)值以內(nèi)。

3) 對(duì)漿液密度、氧化空氣量、吸收塔液位、漿液攪拌裝置等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保脫硫反應(yīng)在正常條件下進(jìn)行。

4) 加強(qiáng)石膏旋流器和真空皮帶機(jī)的維護(hù)和調(diào)整，控制石膏旋流器入口壓力和皮帶機(jī)真空度在合理范圍內(nèi)，對(duì)旋流子、沉砂嘴和濾布定期檢查，確保設(shè)備在蕞佳狀態(tài)下運(yùn)行。

5) 確保脫硫廢水處理系統(tǒng)正常運(yùn)行，脫硫廢水定期外排，減少吸收塔漿液中的雜質(zhì)含量。

三、結(jié)束語(yǔ)

石膏脫水困難是濕法脫硫裝置普遍存在的問(wèn)題，其影響因素眾多，需要從外部介質(zhì)、反應(yīng)條件及設(shè)備運(yùn)行狀況等多個(gè)方面進(jìn)行綜合分析及調(diào)整。深入了解脫硫反應(yīng)機(jī)理和設(shè)備運(yùn)行特性，合理控制系統(tǒng)主要運(yùn)行參數(shù)，才能保障脫硫石膏的脫水效果。