影響真空皮帶脫水效果的原因分析

魏 鵬，曹東輝，董 明

(中電投河南電力有限公司開封發(fā)電分公司，河南 開封 475002)

影響真空皮帶脫水效果的原因分析

魏 鵬，曹東輝，董 明

(中電投河南電力有限公司開封發(fā)電分公司，河南 開封 475002)

介紹了石灰石—石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的工作原理以及其在實際運行中存在的問題，從設(shè)備因素、漿液品質(zhì)、運行控制等方面闡述了真空皮帶脫水效果變差的原因，并提出了相應(yīng)的解決措施，以供采用石灰石—石膏法脫硫技術(shù)的發(fā)電企業(yè)選用。

煙氣脫硫；石灰石—石膏濕法；脫水；真空皮帶

1 FGD系統(tǒng)概述及脫硫原理

1.1 FGD系統(tǒng)簡介

石灰石—石膏濕法煙氣脫硫(flue gas desulphuration，簡稱FGD)是目前世界上運用最為廣泛的煙氣脫硫方法，具有適應(yīng)煤種廣泛、運行穩(wěn)定、脫硫效率高、成本較低等特點。FGD在我國大型火力發(fā)電機組中有著廣泛的應(yīng)用，并取得了不錯的業(yè)績。

FGD工藝系統(tǒng)主要由石灰石漿液制備系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、SO2吸收系統(tǒng)、事故排放系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、工業(yè)水系統(tǒng)、FGD廢水處理系統(tǒng)及壓縮空氣系統(tǒng)組成。

1.2 FGD系統(tǒng)的脫硫原理

煙氣自下而上流經(jīng)脫硫吸收塔，與從塔內(nèi)噴淋下的石灰石漿液接觸，煙氣中的SO2被噴淋漿液中的水吸收，與漿液中的CaCO3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成Ca(HSO3)2溶入漿液中。

煙氣中的O2和HSO3-通過中間反應(yīng)，使得少量Ca(HSO3)2轉(zhuǎn)化成CaSO4，大部分Ca(HSO3)2隨漿液落入塔底漿液池中，與風(fēng)機鼓入的空氣發(fā)生氧化反應(yīng)，生成CaSO4。

CaSO4在池中結(jié)晶，生成CaSO4·2H2O，即石膏。

除了上述反應(yīng)，吸收塔內(nèi)還會產(chǎn)生其他反應(yīng)，生成石膏、CaCl2、CaF2等化合物。

此外，進(jìn)入吸收塔的石灰石會在偏酸性的漿液中溶解。以漿液的形式通過石膏排出泵進(jìn)入石膏脫水系統(tǒng)，形成石膏。

在FGD系統(tǒng)中，石膏脫水系統(tǒng)運行的效果和效率是整個系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，直接影響到成品石膏的質(zhì)量，更重要的是影響吸收塔內(nèi)的漿液密度。漿液密度太高，則相應(yīng)泵、攪拌器的電流均會升高，同時各個管道、塔壁、除霧器、濾網(wǎng)結(jié)垢的可能性也有所提高。

國內(nèi)的石膏脫水系統(tǒng)基本都采用2級脫水方式，即石膏漿液進(jìn)入第1級——石膏旋流器，經(jīng)初步分離，旋流器底部漿液濃縮至50 %左右，排入第2級——真空皮帶脫水機，最后形成含水率低于10 %的石膏餅落入石膏庫。

在實際運行中，幾乎所有采用FGD脫硫系統(tǒng)的企業(yè)都曾受到真空皮帶脫水效果差、石膏含水量高難以成型等問題的困擾。同時，由于脫硫吸收塔內(nèi)漿液的密度居高不下，如果處理不好，則很可能會造成拋漿事故，甚至產(chǎn)生FGD退出運行的不利局面。

2 影響真空皮帶脫水效果的因素

2.1 設(shè)備因素

2.1.1 真空皮帶缺陷

真空皮帶是整個石膏脫水系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的設(shè)備，也是最容易出現(xiàn)故障，且多為隱性故障的設(shè)備。雖然這些故障不影響脫水系統(tǒng)的運行，但卻影響脫水效果。

(1) 真空皮帶漏真空，表現(xiàn)為真空度比正常運行時偏低，或真空泵電流偏低。真空皮帶漏真空易發(fā)生在接口處，如管道接口、真空盒密封帶等處，泄漏嚴(yán)重時近距離可聽到抽氣聲。且整個真空系統(tǒng)，從真空泵出口到氣液分離器的排水管道水封都有可能出現(xiàn)泄漏。若真空盒密封帶處漏真空，則應(yīng)考慮調(diào)整真空皮帶密封的水流量。

(2) 真空皮帶跑偏，表現(xiàn)為真空度很高但脫水效果很差。真空皮帶的中間有1～2排小孔，正常運行時其位置剛好在真空盒的上方，這樣從石膏中抽出的水可以通過小孔進(jìn)入真空盒，最終流入氣液分離器。一旦皮帶跑偏，小孔沒有壓在真空盒上方，則真空盒中的負(fù)壓無法通過小孔傳遞到濾布，此時真空泵電流有可能正?；蛘咂?，脫水效果卻變差。出現(xiàn)這種情況時，只需要調(diào)整皮帶即可，如果皮帶頻繁跑偏，則應(yīng)重點檢查皮帶托輥軸承有無損壞，若損壞，則應(yīng)立即更換。

(3) 濾布透水性差，為已經(jīng)使用了一段時間或者新?lián)Q的濾布。濾布上有許多微型孔，雖然運行中不停受到?jīng)_洗，但每次總會留有少數(shù)的細(xì)小雜質(zhì)，時間長了整個濾布的透水性會明顯降低。如果鍋爐投油造成石膏漿液中有油，則可能在短時間內(nèi)造成濾布堵塞。解決方案是用清潔劑配合高壓沖洗水槍在線沖洗濾布，如果效果不好則只有更換濾布。通常情況下，1條濾布最多可使用1年。

(4) 濾布嚴(yán)重跑偏。這種情況較容易察覺，只需檢查和調(diào)整濾布防跑偏裝置即可。

2.1.2 石膏旋流器分離效果差

石膏旋流器用于從石膏漿液中將固體顆粒分級。石膏漿液在設(shè)定的壓力下，切向進(jìn)入旋流器，在旋流器中產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)流動，以此產(chǎn)生的離心力將較大的固體顆粒向外推向旋流器內(nèi)壁，在到達(dá)錐體段時沿器壁向下運動，形成外漩渦并從底流口排出；較小固體顆粒在錐體段某些位置開始改變運動方向，在軸線中心附近向上旋轉(zhuǎn)，形成內(nèi)漩渦然后由溢流口排出。石膏旋流器分離顆粒過程示意如圖1所示。

通常情況下，30 %濃度的石膏漿液通過旋流器后，底流濃度不應(yīng)該低于50 %，且大顆粒的石膏晶體均應(yīng)通過底流口排出。旋流器故障對真空皮帶脫水效果有直接影響，其常見故障現(xiàn)象及處理方法如表1所示。

在實際運行中，旋流器常常被雜物(通常是吸收塔脫落的玻璃鱗片或管道襯膠)堵塞，這一點尤其要加以注意。

圖1 石膏旋流器分離顆粒過程示意

表1 旋流器故障現(xiàn)象及處理措施

2.1.3 真空泵故障

真空泵故障會導(dǎo)致出力不足，使脫水效果變差，這可通過真空泵的電流值來判斷。應(yīng)特別注意的是，真空泵工作液(補充水)流量需在規(guī)定的范圍內(nèi)，若流量太小或液位太低，水環(huán)泵不能形成液環(huán)，工作時不能產(chǎn)生真空；若流量太大，則容易造成水環(huán)泵運行功率上升，因為水環(huán)泵運行時幾乎80 %的能耗為液環(huán)與泵體內(nèi)壁的摩擦損失。水環(huán)真空泵為容積泵的一種，其所吸入的氣體可以被壓縮；而在充滿工作液的情況下啟動，由于液體不能被壓縮，很容易損壞葉輪。

2.2 石膏漿液因素

石膏漿液質(zhì)量不佳也會導(dǎo)致石膏脫水效果差，這也是影響脫水效果的最常見因素。

2.2.1 CaCO3含量過高

此情況多發(fā)生在為了追求脫硫效率，盲目提高吸收塔pH值，大流量、長時間地向塔內(nèi)補充石灰石漿液的時期。由于大量CaCO3來不及參與反應(yīng)即通過石膏排出泵排出，而CaCO3由于透水性差導(dǎo)致石膏含水率過高。在化驗指標(biāo)中，若石膏漿液中CaCO3占固體成分超過3 %，即CaCO3含量過高。

通過減少向吸收塔補漿，低pH值運行(pH值＜5.0)；若吸收塔有備用循環(huán)泵，也可投入運行，讓塔內(nèi)過量的CaCO3充分參與反應(yīng)，一般經(jīng)過1～2天情況就可得到緩解。

2.2.2 Ca(HSO3)2或CaSO3含量過高

Ca(HSO3)2和CaSO3均為親水性物質(zhì)，不易與水分離，這2種物質(zhì)在石膏漿液中普遍存在，但在固體物中含量不會超過1 %。如果含量過高，則應(yīng)考慮氧化風(fēng)機運行是否正常，氧化風(fēng)管是否存在堵塞(氧化風(fēng)壓力不正常通常是由管道堵塞引起的)。

2.2.3 Cl-含量過高

Cl-對漿液有害，同時也對金屬有很強的腐蝕性。Cl-含量的極限值為20 000 mg/L，當(dāng)超過這個數(shù)值時，在真空皮帶運行時，石膏餅上會形成大量裂縫，無法形成有效的真空，真空泵出口真空度也會急劇降低。Cl-很難去除，增加吸收塔廢水的排放量和控制吸收塔補充水中的Cl-含量是解決該問題的唯一方法。一般Cl-含量低于15 000 mg/L是一個安全范圍。

2.2.4 酸不溶物含量過高

酸不溶物就是在酸中無法溶解的物質(zhì)，對吸收塔漿液來講，大部分是硅的化合物。酸不溶物會影響石膏的品質(zhì)，造成石膏脫水性能差，使成品石膏的質(zhì)量明顯降低。酸不溶物的主要來源是煙氣中的粉塵，個別情況下也有因石灰石(粉)來源出現(xiàn)問題而造成漿液酸不溶物的含量升高。酸不溶物含量基本上不能通過廢水排放來降低。在控制進(jìn)入吸收塔粉塵的前提下，只有置換漿液，在石膏脫水效果還能接受的情況下，加大石膏的脫水力度，才能慢慢地減少酸不溶物。

2.3 操作因素

2.3.1 控制吸收塔密度

每個FGD系統(tǒng)均有設(shè)計的運行密度范圍，密度低于此范圍，石膏難以成型；密度高于此范圍，則石膏過厚，不利于真空皮帶的安全運行。

2.3.2 控制石膏旋流器入口壓力

石膏旋流器入口壓力是控制旋流器底流成分的唯一調(diào)節(jié)手段。入口壓力可通過管道上的調(diào)節(jié)門或者石膏排出泵的變頻器加以控制。

2.3.3 控制真空皮帶機的轉(zhuǎn)速

真空皮帶轉(zhuǎn)速和石膏餅的厚度成反比。轉(zhuǎn)速低，則石膏餅厚且在皮帶上停留的時間長；轉(zhuǎn)速高，則石膏餅薄且在皮帶上停留的時間短。因此，應(yīng)根據(jù)石膏漿液的流量和密度反復(fù)調(diào)整皮帶轉(zhuǎn)速，使石膏脫水的質(zhì)量達(dá)到最佳。需要注意的是，有時石膏脫水的效果極好，石膏漿液剛剛下到真空皮帶上即可完全脫干，但會造成真空泵電流大幅度擺動?？赏ㄟ^增加下石膏漿液的流量和提高皮帶的轉(zhuǎn)速來解決該問題。

1 周菊華.火電廠燃煤機組脫硫脫硝技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2010.

2 曾庭華，楊 華，廖永進(jìn)，等.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的調(diào)試、試驗及運行[M].北京：中國電力出版社，2008.

2014-01-06.

魏 鵬(1975-)，男，助理工程師，主要從事600 MW發(fā)電機組脫硫除灰系統(tǒng)運行技術(shù)管理工作，email：caolanmin@163.com。

曹東輝(1978-)，男，助理工程師，主要從事600 MW發(fā)電機組運行生產(chǎn)調(diào)度工作。

董 明(1970-)，男，助理工程師，主要從事600 MW發(fā)電機組脫硫除灰系統(tǒng)運行維護技術(shù)管理工作。