火電廠脫硫系統(tǒng)石膏脫水困難的分析

任志廣，郭艷敏

(大唐桂冠合山發(fā)電公司，廣西 合山 546501)

1 概述

隨著國家對環(huán)保要求的逐步提高，確保脫硫系統(tǒng)正常運行不僅是企業(yè)自身的效益問題，更是關(guān)乎居住環(huán)境的環(huán)保問題。石膏脫水正常與否是脫硫系統(tǒng)能否正常運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它不僅決定了石膏的品質(zhì)，而且還會影響吸收塔內(nèi)漿液的活性，從而影響脫硫效率。

石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)是目前火電廠使用最廣泛且技術(shù)最成熟的煙氣脫硫技術(shù)。合山發(fā)電公司2×330 MW機組煙氣脫硫采用美國巴威公司濕式就地氧化脫硫工藝，吸收劑為本地石灰石，粒度要求90 %通過250～325目，副產(chǎn)品為商品級石膏。脫硫裝置的煙氣系統(tǒng)、吸收系統(tǒng)原采用“一塔一爐”的單元控制，后為適應(yīng)市場煤種要求并保證脫硫效果進(jìn)行了增容改造，改造為“一爐兩塔”的單元制配置。煙氣依次通過預(yù)洗塔、吸收塔進(jìn)行脫硫。自機組投產(chǎn)以來，多次發(fā)生石膏脫水困難的情況，被迫采取更換塔內(nèi)漿液的辦法使系統(tǒng)恢復(fù)正常。

2 脫硫石膏的生成過程

濕法石灰石-石膏煙氣脫硫的石膏形成過程：

(1) 石灰石漿液在吸收塔內(nèi)對煙氣進(jìn)行逆向洗滌和脫硫，形成半水亞硫酸鈣(CaSO3·1/2H2O)并以小顆粒狀態(tài)轉(zhuǎn)移到漿液中；

(2) 利用氧化風(fēng)機所提供的氧氣將其強制氧化成二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O)而結(jié)晶；

(3) 利用石膏排出泵將吸收塔下部結(jié)晶區(qū)的石膏漿抽出，送往石膏旋流站，進(jìn)行一級脫水的旋轉(zhuǎn)分離；

(4) 細(xì)顆粒的漿液溢流返回吸收塔，而濃縮的較粗顆粒的石膏漿液送往真空皮帶過濾機進(jìn)行石膏脫水；

(5) 通過真空皮帶過濾機脫水后，石膏的含水率降為10 %的質(zhì)量含量以下，成為商品級石膏；

(6) 商品級石膏最后被皮帶傳送至石膏房。

3 石膏脫水困難的表現(xiàn)

(1) 電廠脫硫系統(tǒng)無法形成干、散的商品石膏，只能形成含水率在15 %～25 %的稠糊狀石膏泥。

(2) 石膏泥顏色有時偏黃，有時偏黑或帶深褐色。

(3) 石膏泥無法堆積、不易運輸，石膏的二水硫酸鈣含量低，品質(zhì)大幅下降，風(fēng)干后的石膏泥手感粗糙。

(4) 吸收塔內(nèi)漿液密度會不斷升高，脫硫效率明顯下降，供漿量多表現(xiàn)為大于正常值。

4 石膏脫水困難的原因分析

實際運行中影響石膏脫水的因素比較多。對于一個已建成的脫硫設(shè)備，需要分析各因素對石膏脫水的影響程度，以便及時消除其影響，確保脫硫系統(tǒng)正常運行。其中，重點分析各主要參數(shù)及設(shè)備健康等方面對石膏脫水效果的影響。

4.1 吸收塔內(nèi)漿液pH值的影響

漿液pH值是綜合反應(yīng)碳酸根、硫酸根含量的重要判斷依據(jù)?？刂苝H值是控制煙氣脫硫化學(xué)反應(yīng)正常進(jìn)行的重要手段。SO2溶解過程會產(chǎn)生大量的H+，漿液pH值高有利于H+的吸收，也有利于SO2的溶解；而漿液pH值低則有助于漿液中CaCO3的溶解，因為CaSO3·1/2H2O及CaSO4·2H2O的最終形成是在SO2、CaCO3溶解的前提下進(jìn)行的。因此，漿液過高的pH值會使石膏含有大量的CaCO3，造成脫水困難并降低石膏品質(zhì)；而漿液過低的pH值又會嚴(yán)重影響SO2的吸收，導(dǎo)致脫硫效率嚴(yán)重下降。因此，必須根據(jù)設(shè)備具體的運行情況及漿液實際所處溫度來確定一個合理的pH值。

4.2 吸收塔內(nèi)氧化風(fēng)量的影響

氧化風(fēng)量對石膏漿液的氧化效果影響很大，氧量的多少直接影響到CaSO3·1/2H2O的氧化程度。氧量充足，則氧化充分，生成的CaSO4·2H2O石膏晶體就會粗壯、易脫水；否則將會生成含有大量CaSO3·1/2H2O的小晶體。CaSO3的大量存在不僅會使石膏脫水困難，而且亞硫酸根(SO32+)是一種晶體污染物，含量高會引起系統(tǒng)設(shè)備結(jié)垢，嚴(yán)重時會危及基礎(chǔ)設(shè)備安全。如，電廠1號脫硫吸收塔底部曾出現(xiàn)約15 cm厚的結(jié)垢，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是因為氧化風(fēng)管路堵塞，造成氧量不夠而導(dǎo)致的。隨后加強對氧化風(fēng)系統(tǒng)的維護(hù)，未再發(fā)生類似事故。另一方面，亞硫酸鹽的溶解還會提供堿性環(huán)境。當(dāng)亞硫酸鹽相對飽和濃度較高時，亞硫酸鹽溶解所形成的堿性也會增強，而堿性環(huán)境會抑制CaCO3的溶解，從而漿液中不溶解的CaCO3分子大量增加，也會增加石膏的脫水困難。

4.3 吸收塔內(nèi)漿液灰塵、雜質(zhì)離子的影響

漿液中的雜質(zhì)多數(shù)來源于煙氣，少數(shù)來源于石灰石原料。由于煤炭市場的壓力，鍋爐燃燒的煤種很難時刻保證為設(shè)計煤種，加之上游電除塵設(shè)備時常發(fā)生磨損缺陷，使得煙氣含灰塵量時常超過設(shè)計值，導(dǎo)致帶入吸收塔內(nèi)的灰塵量也時常超標(biāo)?；覊m對脫水的影響主要為以下幾方面。

(1) 因灰塵顆粒小，很容易進(jìn)入石膏晶體間的水分游離通道，從而將其堵塞。也就是灰塵微粒堵塞了水分子通道，導(dǎo)致石膏中水分難以脫出。

(2) 由于灰塵中含有氟化物和鋁化物。隨著漿液中灰塵量的增加，漿液中的氟化物和鋁化物也會增加，尤其是在高pH值下更易形成氟鋁絡(luò)合物。由于這些絡(luò)合物的表面積很小，很容易包裹在碳酸鈣表面而阻止碳酸鈣的溶解，由此既影響脫硫效率又會導(dǎo)致石膏因碳酸鈣含量增加而影響其脫水。

(3) 灰塵中含有Cl-及Cu2+等離子。由于氯離子(Cl-)較碳酸根離子(CO3+)活性強，使得氯離子極易和溶解的鈣離子結(jié)合而形成氯化鈣，同時由于“銅離子效應(yīng)”又會抑制CaCO3的溶解。同時，由于氯離子又較亞硫酸氫根離子活性強，也會抑制SO2形成亞硫酸氫根(HSO3-)，不利于石膏晶體的形成和成長。

4.4 吸收塔內(nèi)漿液密度值的影響

吸收塔內(nèi)漿液的密度反映了塔內(nèi)各反應(yīng)物及生成物的飽和情況。如漿液密度過低，表明CaSO4含量低，CaCO3的相對含量較大，此時出的石膏不僅不容易脫水，還會造成CaCO3漿液的浪費。如漿液密度過高，表明CaSO4的含量已過量，過量的CaSO4不僅會抑制SO2的溶解，從而導(dǎo)致漿液吸收SO2的能力下降，而且還會抑制CaCO3的溶解；同時漿液吸收SO2能力下降，容易導(dǎo)致出口SO2的排放超標(biāo)，而為保證出口不超標(biāo)往往要增加CaCO3溶液的供給量，由此也會加重CaCO3的過剩量。因此，如果密度過高時排漿液出石膏，由于CaCO3較CaSO4的顆粒小，將使石膏難以脫水。

4.5 吸收塔內(nèi)漿液液位的影響

吸收塔自下而上大致分3個功能區(qū)：氧化區(qū)、吸收區(qū)、除霧器。在其他條件不變的情況下，氧化區(qū)容積的大小及漿液的石膏排出時間是影響石膏晶體形成和長大的2個重要因素。所謂石膏排出時間，是指吸收塔氧化區(qū)漿液最大容積與單位時間排出石膏量之比。

由以上分析可以看出：氧化區(qū)空間越大則石膏排出時間也會越長，越有利于石膏的成長。若漿液液位低會相對減少氧化區(qū)的空間，使亞硫酸鹽得不到重復(fù)氧化，晶體無法充分長大；同時，若漿液液位低還易引起漿液密度超限，而且由于塔內(nèi)整體容積減少會使進(jìn)入塔內(nèi)的石灰石漿液得不到充分反應(yīng)而被排出，從而加大石膏脫水的困難。若漿液液位高，氧化區(qū)相對延長，漿液循環(huán)充分，石膏純度高，但此時由于CaSO4過量，會發(fā)生如4.4所述的情況，而造成石膏脫水困難。

4.6 石膏旋流器的影響

石膏旋流器是利用離心力的作用將大小顆粒進(jìn)行分離，其作用主要有2個：一是石膏漿液預(yù)脫水；二是石膏漿液分級。漿液在后者的作用下將塔內(nèi)漿液分成2部分：一部分是含固率高的大顆粒底流，直接進(jìn)入下級真空皮帶過濾機；另一部分是含固率低的小顆粒溢流，直接回到吸收塔進(jìn)行再次循環(huán)氧化。對于已經(jīng)投產(chǎn)的旋流器，影響其效果的因素有2個。

(1) 投入的旋流器旋流子的個數(shù)及投入的旋流子通暢程度。旋流器投運個數(shù)多，則吸收塔出石膏容易；旋流子堵或投運少，則出石膏困難。

(2) 旋流器入口的壓力高則分離容易；反之則不易脫水。

4.7 真空皮帶過濾機的影響

真空皮帶過濾機用于石膏的最后一次大顆粒底流液態(tài)脫水，此次脫水后的石膏漿液將變?yōu)楣腆w石膏。其原理為：從石膏旋流器來的大顆粒底流均勻地淋于真空過濾機濾布上，此濾布表面有大量脫水孔，下部裝有與真空泵相連的真空盒，在濾布攜大顆粒底流緩慢前行的過程中，利用濾布下部的真空將其水分脫出。

從真空皮帶過濾機的工作原理可以看出，影響脫水效果的主要因素是濾布底部的真空度。而影響真空度的原因有2個：一是真空泵的出力；二是濾布脫水孔的通暢情況。當(dāng)漿液細(xì)小顆粒含量增加時，易造成濾布脫水孔堵塞，此時若要達(dá)到脫水效果，必須增加真空度。

5 應(yīng)對措施

5.1 加強運行參數(shù)的監(jiān)視

運行參數(shù)是運行人員做出各種調(diào)整的重要依據(jù)，因此確保各運行參數(shù)的準(zhǔn)確性非常必要。針對脫硫裝置的各種測量儀器，制定檢修人員定期檢查制度，并要求運行人員定期進(jìn)行“運行分析”，論證各測量數(shù)據(jù)的正確性。通過對運行效果的長期分析及對現(xiàn)場實際設(shè)備特點的分析，制定了各主要參數(shù)的調(diào)節(jié)范圍：出口凈煙氣二氧化硫排放濃度控制在200～400 mg/Nm3；吸收塔漿液pH值控制在5.2～5.6；塔內(nèi)漿液密度值控制在1 200～1 260 kg/m3；吸收塔液位控制在9.0～10.0 m；預(yù)洗塔液位控制在11.5～12.5 m；進(jìn)入吸收塔的氧化空氣溫度控制在45～55 ℃。

5.2 加強氧化風(fēng)系統(tǒng)的維護(hù)管理

制定氧化風(fēng)系統(tǒng)的檢查與定期分析方案，確保氧化風(fēng)系統(tǒng)正常運行，并定期對石膏品質(zhì)進(jìn)行化驗，根據(jù)石膏脫水效果及石膏內(nèi)亞硫酸鈣的含量確認(rèn)合適的氧量。

5.3 加強上游電除塵的運行管理

加強對上游電除塵器的運行及檢修管理。

(1) 根據(jù)煤種及設(shè)備缺陷，及時調(diào)整巡檢方案和設(shè)備運行方式。

(2) 制定一、二電場控制柜出現(xiàn)跳閘及輸、放灰管路泄漏等缺陷時的“限時”消缺規(guī)定，并在每日生產(chǎn)調(diào)度早會上指定“消缺跟蹤責(zé)任人”，確保一、二電場的正常運行。

(3) 針對漿液中的Cl-及Cu2+等雜質(zhì)離子，制定漿液的實時化驗制度。通過定期排放，控制漿液中Cl-及Cu2+等雜質(zhì)離子的濃度。

(4) 為避免因Cl-離子含量超標(biāo)而引起漿液中毒，結(jié)合運行情況確定Cl-濃度不得超過8 000 mg/L，最大不得超過10 000 mg/L。

5.4 加強對一、二級脫水系統(tǒng)的維護(hù)與管理

脫水系統(tǒng)分為2級：一級設(shè)備主要為石膏旋流站，二級設(shè)備主要為真空皮帶過濾機。對于石膏旋流器，應(yīng)定期做旋流器的“沉降試驗”，保證其合適的最佳運行壓力(120～130 kPa)。同時及時檢查旋流器運行情況，發(fā)現(xiàn)堵塞及時清理，并制定定期清理制度，保證漿液的分離效果。對于真空皮帶過濾機，應(yīng)加強檢查分析，避免濾布跑偏或濾布堵塞等現(xiàn)象的發(fā)生，發(fā)現(xiàn)過濾機真空下降應(yīng)及時分析原因并采取措施。

5.5 加強運行管理

加強運行管理，制定各管理崗位定期巡視制度。加強運行人員培訓(xùn)，提高運行人員的巡回檢查質(zhì)量。根據(jù)化學(xué)化驗的各數(shù)據(jù)及設(shè)備實際運行狀況，制定由各相關(guān)技術(shù)人員參加的運行分析會和設(shè)備健康水平分析會的定期制度，及時分析系統(tǒng)存在的潛在異常。

5.6 加強脫硫劑石灰石的品質(zhì)管理

對于石灰石來料，嚴(yán)格執(zhí)行“準(zhǔn)入制”：石灰石中碳酸鈣含量不得低于90 %，氧化鎂及碳酸鎂的質(zhì)量含量不得大于3 %，且避免含有大量泥土。運行人員必須確認(rèn)石灰石品質(zhì)合格后方可啟動上料。

5.7 加強運行與化學(xué)檢測人員的橫向聯(lián)系

建立化學(xué)檢測制度，定期對石膏漿液進(jìn)行化學(xué)分析。石膏漿液化驗檢測項目主要包括：石膏純度、碳酸鈣含量、亞硫酸鹽含量、氯離子含量、密度值、pH值等。同時要及時向運行人員反饋化驗結(jié)果。運行人員接到石膏漿液化驗結(jié)果后，結(jié)合運行效果進(jìn)行全面分析，發(fā)現(xiàn)問題，及時調(diào)整。

加強化學(xué)檢測分析和各在線監(jiān)測設(shè)備的維護(hù)管理。制定對各測量設(shè)備的定期沖洗及定期校驗制度，減少測量值與實際值的偏差。建立檢測數(shù)據(jù)與運行操作的緊密聯(lián)系，使檢測數(shù)據(jù)真正起到監(jiān)測、監(jiān)督和指導(dǎo)運行的作用。同時，加強運行人員對測量值的分辨能力，提高運行調(diào)整的正確性。

6 結(jié)束語

對于已建成的脫硫設(shè)備，影響石膏脫水的原因是多方面的，也是相互關(guān)聯(lián)的。因此，繼續(xù)強化脫硫設(shè)備的運行管理，及時消除設(shè)備缺陷，進(jìn)一步提高運行及檢修人員的維護(hù)和檢修水平，掌握脫硫設(shè)備故障原因和應(yīng)對措施，增大化學(xué)檢測對運行的指導(dǎo)作用，是維護(hù)好脫硫設(shè)備、確保石膏正常脫水的根本措施。

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