濕法脫硫系統(tǒng)石膏含水率高的原因分析及對策

耿衛(wèi)眾

(古交西山發(fā)電有限公司， 山西 古交 030206)

古交西山發(fā)電有限公司2×660 MW超超臨界機(jī)組的煙氣脫硫裝置，采用北京清新環(huán)境股份有限公司設(shè)計的一爐兩塔串聯(lián)運行工藝，SO2吸收系統(tǒng)采用雙塔雙循環(huán)，兩級吸收塔相對獨立。

石膏脫水系統(tǒng)的工藝流程如下：二級吸收塔的石膏漿液通過平衡泵排至一級吸收塔進(jìn)一步氧化結(jié)晶，一級吸收塔的石膏漿液通過石膏排出泵輸送到石膏旋流器完成一級脫水，經(jīng)過石膏旋流器粗細(xì)分離后，旋流器溢流的上清液，回收至濾液水箱，通過濾液水泵返回至一級脫硫吸收塔或至濕磨制漿系統(tǒng)。旋流器底流濃度為40%～60%的石膏漿液進(jìn)入真空皮帶脫水機(jī)進(jìn)行二級脫水，形成含水率小于10%的石膏固體，落入石膏庫。品質(zhì)好的石膏銷售至石膏板廠綜合利用；品質(zhì)差的石膏，拉運至廠外灰廠，臨時填埋存放。

1 石膏脫水系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的問題

古交西山發(fā)電公司石膏脫水系統(tǒng)于2018年4月投運，投運初期設(shè)備運行穩(wěn)定，石膏中CaSO4·2H2O的含量為90.07%，自由水含量為9.3%，品質(zhì)良好，滿足石膏綜合利用的要求。2018年9月2號開始，石膏脫水系統(tǒng)脫水困難，石膏含水率20%～30%，脫水石膏皮帶真空離心機(jī)真空度-70 Pa左右，真空皮帶脫水機(jī)上石膏濾餅中間部分和皮帶兩邊部分呈棕色糊狀，粘連嚴(yán)重，含水量大，石膏品質(zhì)不能滿足石膏板廠綜合利用要求。

2 脫硫石膏含水率高的原因分析

針對石膏脫水系統(tǒng)出現(xiàn)脫水困難的運行狀況，經(jīng)與專業(yè)人員交流探討，結(jié)合現(xiàn)場實際運行情況,對造成石膏含水率高的原因進(jìn)行分析，分析結(jié)果如下：

1) 吸收塔供漿方式不合理,漿液pH偏高。

每臺機(jī)組脫硫裝置的一級塔為常規(guī)噴淋塔，配有2層噴淋層，高度為25.4 m，二級塔采用旋匯耦合脫硫工藝，布置3層噴淋層，高度為40.5 m. 兩塔的石灰石漿液供漿管路共用一根母管，通過控制兩塔供漿電動門的開/關(guān)對兩塔供漿。由于一級塔跟二級塔存在一定的高差，造成一、二級吸收塔不能同時補充石灰石漿液。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷及脫硫裝置入口硫分較高時，只能通過將石灰石供漿泵頻率設(shè)置為最大，二級塔供漿電動門常開,運行人員通過手動開/關(guān)一級塔供漿電動門,為一、二級吸收塔輪流供漿，導(dǎo)致吸收塔漿液pH值較高，一級塔的pH維持在5.6左右，二級塔的pH維持在6.0左右，石膏漿液中碳酸鈣含量偏高，達(dá)到5.87%. 由于石膏漿液中含石灰石比例較高，使石灰石大量混入到石膏中，又由于其顆粒比石膏晶體小，阻礙了石膏的形成，不但使石膏純度降低，而且使石膏脫水困難[1].

2) 石灰石品質(zhì)差,含土較多。

石灰石是濕法脫硫的關(guān)鍵原料，其中的CaCO3含量及細(xì)度是關(guān)鍵指標(biāo)[2]. 電廠石灰石采用廠外直接購買形式，由供應(yīng)商運送至濕磨制漿系統(tǒng)。粒徑為5～20 mm的石灰石，經(jīng)濕式球磨機(jī)磨制后，制成的石灰石漿液濃度約為30wt%，粒度為90%通過325目篩。

由于外購石灰石中CaCO3含量偏低，含砂土較多，容易包裹在石灰石表面，造成石灰石的溶解速度降低，降低了石灰石的利用率，同時阻礙石膏的結(jié)晶，且容易堵塞濾布，造成石膏脫水困難[1].

3) 石膏旋流器底流密度偏低。

水力旋流器利用物料顆粒大小和密度的不同所產(chǎn)生的離心力不同進(jìn)行漿液的分離。漿液進(jìn)入旋流器的旋流子后，在離心力的作用下，按照顆粒的大小將漿液分成2部分，顆粒含量大、含固率高的漿液，作為底流進(jìn)入真空皮帶脫水機(jī)形成石膏濾餅；漿液顆粒含量低，僅有細(xì)微顆粒，主要為未反應(yīng)完全的石灰石和部分細(xì)小雜質(zhì)粉塵等，作為溢流被返送回吸收塔[3].

古交西山發(fā)電公司兩臺機(jī)組脫硫裝置設(shè)有一套脫水系統(tǒng)，脫水系統(tǒng)共設(shè)2套型號為D16-10/16的旋流器，每套石膏旋流器設(shè)計有16個旋流子，每個旋流子安裝一個d20 mm的沉砂嘴。運行過程中，旋流器頻繁發(fā)生旋流子堵塞現(xiàn)象，吸收塔石膏漿液不能及時排出，導(dǎo)致吸收塔漿液密度偏高。清理旋流器時發(fā)現(xiàn)，堵塞物多為石膏垢小碎片。為減緩旋流器堵塞，提高系統(tǒng)出力，將每套旋流器的8個旋流子沉砂嘴的孔徑由d20 mm更換為d25 mm，致使旋流器底流漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏小，達(dá)不到皮帶脫水機(jī)所要求的50%左右，造成石膏脫水困難。

4) 脫硫廢水系統(tǒng)運行不正常。

脫硫廢水處理系統(tǒng)采用傳統(tǒng)三聯(lián)箱處理工藝，廢水水源取自濾液水箱，濾液水含固率較高，一般在11%左右，遠(yuǎn)高于設(shè)計廢水含固率小于3%的要求。由于廢水含固率遠(yuǎn)高于設(shè)計值，導(dǎo)致廢水澄清器污泥較多，需通過板框壓濾機(jī)連續(xù)排出。然而，板框壓濾機(jī)設(shè)計出力偏小，且小車沖洗裝置頻繁故障，導(dǎo)致廢水澄清器中污泥淤積嚴(yán)重。為防止發(fā)生“翻池”現(xiàn)象，影響處理后的排放水質(zhì)，脫硫廢水系統(tǒng)經(jīng)常被迫停運，導(dǎo)致吸收塔漿液中的Cl-及細(xì)微雜質(zhì)不能及時排出，阻礙了游離水結(jié)晶，石膏脫水比較困難。

5) 氧化風(fēng)量不合理。

脫硫系統(tǒng)采用一爐兩塔串聯(lián)運行工藝，一級塔對煙氣進(jìn)行預(yù)脫硫，脫硫效率可達(dá)到75%左右，二級塔對煙氣進(jìn)行精脫硫，保證凈煙氣達(dá)標(biāo)排放。由于二級塔脫除煙氣中的硫分較少，且二級塔所生成的石膏需要在一級塔進(jìn)一步結(jié)晶，因此，為節(jié)約用電，在機(jī)組負(fù)荷跟脫硫裝置入口硫分較低的情況下，停運二級塔氧化風(fēng)機(jī)。由于石膏漿液中氧化空氣量不足，CaSO3·1/2H2O氧化成CaSO4·2H2O不徹底，石膏中CaSO3含量較高，生成石膏顆粒較小，影響石膏脫水。

3 保證脫水系統(tǒng)正常運行采取的措施

結(jié)合上述造成脫水石膏含水率高的原因，提出并實施了一系列改進(jìn)措施。

1) 優(yōu)化吸收塔供漿方式，控制吸收塔pH適當(dāng)。

機(jī)組檢修期間，分別在每臺機(jī)組的脫硫一級塔及二級塔供漿管線增設(shè)調(diào)節(jié)閥及流量計，通過調(diào)整供漿調(diào)節(jié)閥的開度，控制兩塔的供漿量，實現(xiàn)兩塔同時供漿，以便維持各塔的pH值在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。運行中，脫硫一級塔的pH控制在4.6～5.0，二級塔的pH控制在5.2～5.8，一級塔為石膏的主要生成區(qū)，降低其pH值，可以提高亞硫酸鈣的氧化效果，有利于石膏結(jié)晶。

為防止因pH計不能及時反映脫硫塔漿液的情況，導(dǎo)致石灰石添加過量，實際運行中，每2 h用清水對脫硫吸收塔的密度計和pH計進(jìn)行沖洗，同時，每天上午對脫硫吸收塔的密度計和pH計進(jìn)行一次人工檢驗，并對一級塔漿液中碳酸鈣的含量進(jìn)行化驗，根據(jù)化驗結(jié)果，調(diào)整吸收塔供漿量，使?jié){液中碳酸鈣的含量維持在3%以下。

2) 加強石灰石品質(zhì)監(jiān)控，提高石灰石漿液品質(zhì)。

為了加強對入廠石灰石品質(zhì)的監(jiān)控，減少進(jìn)廠石灰石中所含雜質(zhì)，設(shè)專人對入廠石子進(jìn)行驗收，做到入廠石灰石車車取樣、車車化驗，發(fā)現(xiàn)石灰石中含砂土較多時，拒絕接收。控制石灰石粒徑在5～20 mm的比例不小于90%，粒徑超過20 mm的比例不超過10%，粒徑小于5 mm的比例不超過5%；石子中CaO含量大于51%，當(dāng)CaO含量小于48%時，拒絕接收[4]. 同時，根據(jù)濕磨機(jī)運行電流，及時添補所缺鋼球，控制石灰石漿液產(chǎn)品細(xì)度達(dá)到325目過篩率大于90%，保證石灰漿液粒徑適中；根據(jù)磨機(jī)磨制石子量，及時調(diào)整制漿需水量，控制石灰石漿液密度不小于1 230 kg/m3.

3) 加強脫水系統(tǒng)設(shè)備的日常巡檢與維護(hù)。

機(jī)組檢修期間，對石膏排出泵入口濾網(wǎng)進(jìn)行更換，發(fā)現(xiàn)石膏排出泵運行電流異常時，利用石膏排出泵沖洗水，對入口濾網(wǎng)進(jìn)行反沖洗；通過對石膏旋流器安裝不同孔徑的沉砂嘴進(jìn)行試驗，選出了適合該脫水系統(tǒng)的沉砂嘴孔徑為d23 mm；運行中根據(jù)吸收塔中石膏漿液密度，及時調(diào)整石膏排出泵的頻率，使石膏旋流器入口壓力保持在150～165 kPa. 通過以上措施，石膏旋流器的底流堵塞情況大為改善，底流漿液密度控制在1 400 kg/m3，石膏含量可達(dá)到50%左右。

為了保證石膏旋流器的正常運行，石膏脫水期間，加強石膏旋流器底流口漿液流出狀態(tài)的檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)旋流子振動較大，且旋流器入口運行壓力偏高時，該旋流子堵塞的可能性較大，及時對堵塞的旋流子進(jìn)行疏通；當(dāng)發(fā)現(xiàn)旋流器底流狀態(tài)由“霧狀”變?yōu)椤敖咏绷鳌睜顟B(tài)時，及時對沉砂嘴的孔徑進(jìn)行檢查，并對磨損嚴(yán)重的沉砂嘴進(jìn)行更換；石膏旋流器停運后，延長沖洗時間，防止?jié){液在旋流器中沉淀結(jié)晶。

加強對真空皮帶的檢查與維護(hù)，保證濾布沖洗水壓力及流量正常，發(fā)現(xiàn)皮帶機(jī)濾布沖洗水噴頭有堵塞，及時處理，確保濾布沖洗干凈；發(fā)現(xiàn)真空皮帶機(jī)漿液分配箱漿液分布不均時，及時對分配箱內(nèi)石膏垢塊進(jìn)行清理；及時對真空泵及皮帶機(jī)各滾軸進(jìn)行維護(hù)，保證真空皮帶機(jī)正常運行。

4) 保證脫硫廢水系統(tǒng)正常投運。

為了保證脫硫廢水系統(tǒng)的正常投運，對脫硫廢水板框壓濾機(jī)加強維護(hù)，保證其正常運行。另外，對脫硫廢水污泥排放系統(tǒng)進(jìn)行改造，在污泥排出泵出口增加一條管路至脫硫真空皮帶脫水機(jī)，當(dāng)板框壓濾機(jī)故障時，污泥可通過真空皮帶機(jī)隨石膏外排，提高廢水系統(tǒng)投運率，確保吸收塔漿液中的Cl-及細(xì)微雜質(zhì)能夠及時排出系統(tǒng)。

5) 保持合理的氧化風(fēng)量。

脫硫二級塔氧化風(fēng)機(jī)采用連續(xù)運行方式，在機(jī)組負(fù)荷跟脫硫裝置入口硫分較低的情況下，通過調(diào)整氧化風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)節(jié)閥的開度，對風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，以實現(xiàn)節(jié)能降耗，但確保二級塔的氧化風(fēng)機(jī)風(fēng)量不小于14 500 m3/h；對氧化風(fēng)機(jī)入口濾網(wǎng)及時進(jìn)行清掃,確保氧化風(fēng)機(jī)的正常出力，保證一級塔氧化風(fēng)機(jī)的風(fēng)量大于16 000 m3/h.

4 采取措施后的運行效果

采取上述措施后，2019年6—9月連續(xù)4個月對脫硫吸收塔漿液及石膏品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1，表2.

表1 脫硫吸收塔石膏漿液化驗數(shù)據(jù)表

表2 脫硫石膏濾餅化驗數(shù)據(jù)表

由表1，2可知，措施實施后，脫硫石膏各項指標(biāo)均明顯改善，石膏中CaSO4·2H2O的含量大于93%，含水率能夠到達(dá)10%以下，濾餅沖洗后氯離子含量小于400‰，石膏品質(zhì)良好，能夠滿足石膏板廠綜合利用的要求。

5 結(jié) 語

針對古交西山發(fā)電公司脫硫石膏含水率高、脫水困難的問題，根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行分析，找到了造成脫硫石膏含水率高的原因，并提出了相應(yīng)的解決措施。措施實施后，脫硫石膏脫水效果明顯改善，達(dá)到設(shè)計要求。