簡述濕法脫硫石膏脫水困難的原因和控制措施

郭士強(qiáng)

(葫蘆島市龍港區(qū)環(huán)境保護(hù)局，遼寧 葫蘆島 125003)

石灰石-石膏濕法脫硫是世界范圍內(nèi)煙氣脫硫的主流技術(shù)。該技術(shù)以石灰石(石灰)作為吸收劑吸收煙氣中的SO2，經(jīng)過一系列反應(yīng)生成副產(chǎn)物石膏。隨著濕法脫硫技術(shù)的不斷推廣，其副產(chǎn)物石膏的排放量也與日俱增，預(yù)計(jì)2020年我國脫硫石膏的排放量將達(dá)到1億噸。脫硫石膏具有廣泛的商業(yè)用途，商業(yè)上對脫硫石膏的要求是:顆粒度在100μm左右，含水率10%，純度高。然而，在實(shí)際中發(fā)現(xiàn)很多電廠一定程度上均存在石膏脫水困難的問題，影響其質(zhì)量及商業(yè)應(yīng)用。本文將結(jié)合實(shí)際案例，對造成石膏脫水困難的主要影響因素進(jìn)行分析并提出控制措施。

一、石膏脫水困難現(xiàn)狀

某電廠燃煤機(jī)組，同步建設(shè)脫硫裝置。煙氣脫硫采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，一爐雙塔，設(shè)置增壓風(fēng)機(jī)，吸收塔漿液攪拌采用脈沖懸浮方式，石膏脫水利用石膏旋流器和真空皮帶脫水機(jī)。運(yùn)行中多次出現(xiàn)石膏脫水困難的情況，石膏含水率一直偏高，落入石膏庫的石膏團(tuán)結(jié)成塊狀，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)石膏成稀泥狀無法脫水成型的情況，而正常石膏脫水后較為松散，顆粒分明。

二、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)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。

(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。過多的煙塵進(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10μm，甚至小于2.5μm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于石膏漿液的粒徑。若粒徑較大，則煙塵隨石膏漿液進(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

(1)漿液密度。漿液密度的大小說明了吸收塔中漿液的密集程度，若密度過小，說明漿液中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；若漿液密度過大，則說明漿液中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)，實(shí)際運(yùn)行中一般塔漿液密度在1200kg/m3左右，始終控制較高。若制漿用石灰石粉平均粒徑分布，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)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，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含量過高。

若吸收塔石膏排出泵入口處塔壁的結(jié)晶物，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)晶體即CSS垢，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。

(3)漿液中的雜質(zhì)含量。漿液中的雜質(zhì)主要來源于煙氣和石灰石，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-主要來自煙氣中的HCl和工藝水，工藝水中的Cl-含量相對較少，因此漿液中的Cl-主要來自煙氣攜帶。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

(1)石膏脫水系統(tǒng)。石膏漿液通過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高，則分離效果較好，但影響旋流器的分級(jí)效率，同時(shí)對設(shè)備的磨損較嚴(yán)重。沉砂嘴尺寸過大，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。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。真空度過高，濾布空隙可能存在堵塞或皮帶存在跑偏，真空度過低，則對石膏中水分的抽吸能力降低，兩者均導(dǎo)致石膏脫水效果變差；真空度過高，則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，過濾通道被堵塞，則石膏的脫水效果變差；濾餅厚度增加或者減薄，真空泵會(huì)對濾餅上層的抽吸能力減弱，或者局部濾餅漏氣破壞真空，均會(huì)導(dǎo)致膏含水率升高。

(2)脫硫廢水處理系統(tǒng)。脫硫廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行不正?；驈U水處理量小均會(huì)影響脫硫廢水的正常外排，長期運(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。漿液中的Cl-含量在4000mg/L左右時(shí)，石膏的脫水效果較好，隨著氯離子含量的升高，特別高達(dá)2萬mg/L以上時(shí)，石膏的脫水效果逐漸變差。

三、防止石膏脫水困難的控制措施

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漿液的污染。

2、從對脫硫系統(tǒng)長期穩(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)，對旋流子、沉砂嘴和濾布定期檢查，確保設(shè)備在最佳狀態(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。

石膏脫水困難是濕法脫硫裝置普遍存在的問題，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。