火電廠脫硫系統石膏脫水困難的分析

任志廣，郭艷敏

(大唐桂冠合山發電公司，廣西 合山 546501)

1 概述

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

石灰石-石膏濕法脫硫技術是目前火電廠使用最廣泛且技術最成熟的煙氣脫硫技術。合山發電公司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，副產品為商品級石膏。脫硫裝置的煙氣系統、吸收系統原采用“一塔一爐”的單元控制，后為適應市場煤種要求并保證脫硫效果進行了增容改造，改造為“一爐兩塔”的單元制配置。煙氣依次通過預洗塔、吸收塔進行脫硫。自機組投產以來，多次發生石膏脫水困難的情況，被迫采取更換塔內漿液的辦法使系統恢復正常。

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對煙氣進行逆向洗滌和脫硫，形成半水亞硫酸鈣(CaSO3·1/2H2O)并以小顆粒狀態轉移到漿液中；

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

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

(4) 細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

(1) 電廠脫硫系統無法形成干、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，品質大幅下降，風干后的石膏泥手感粗糙。

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

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，確保脫硫系統正常運行。其中，重點分析各主要參數及設備健康等方面對石膏脫水效果的影響。

4.1 吸收塔內漿液pH值的影響

漿液pH值是綜合反應碳酸根、硫酸根含量的重要判斷依據。控制pH值是控制煙氣脫硫化學反應正常進行的重要手段。SO2溶解過程會產生大量的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；而漿液過低的pH值又會嚴重影響SO2的吸收，導致脫硫效率嚴重下降。因此，必須根據設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 吸收塔內氧化風量的影響

氧化風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，含量高會引起系統設備結垢，嚴重時會危及基礎設備安全。如，電廠1號脫硫吸收塔底部曾出現約15 cm厚的結垢，經檢查發現是因為氧化風管路堵塞，造成氧量不夠而導致的。隨后加強對氧化風系統的維護，未再發生類似事故。另一方面，亞硫酸鹽的溶解還會提供堿性環境。當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 吸收塔內漿液灰塵、雜質離子的影響

漿液中的雜質多數來源于煙氣，少數來源于石灰石原料。由于煤炭市場的壓力，鍋爐燃燒的煤種很難時刻保證為設計煤種，加之上游電除塵設備時常發生磨損缺陷，使得煙氣含灰塵量時常超過設計值，導致帶入吸收塔內的灰塵量也時常超標。灰塵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合物。由于這些絡合物的表面積很小，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合而形成氯化鈣，同時由于“銅離子效應”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 吸收塔內漿液密度值的影響

吸收塔內漿液的密度反映了塔內各反應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，容易導致出口SO2的排放超標，而為保證出口不超標往往要增加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 吸收塔內漿液液位的影響

吸收塔自下而上大致分3個功能區：氧化區、吸收區、除霧器。在其他條件不變的情況下，氧化區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的空間，使亞硫酸鹽得不到重復氧化，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，而且由于塔內整體容積減少會使進入塔內的石灰石漿液得不到充分反應而被排出，從而加大石膏脫水的困難。若漿液液位高，氧化區相對延長，漿液循環充分，石膏純度高，但此時由于CaSO4過量，會發生如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行分離，其作用主要有2個：一是石膏漿液預脫水；二是石膏漿液分級。漿液在后者的作用下將塔內漿液分成2部分：一部分是含固率高的大顆粒底流，直接進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，直接回到吸收塔進行再次循環氧化。對于已經投產的旋流器，影響其效果的因素有2個。

(1) 投入的旋流器旋流子的個數及投入的旋流子通暢程度。旋流器投運個數多，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脫水，此次脫水后的石膏漿液將變為固體石膏。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。當漿液細小顆粒含量增加時，易造成濾布脫水孔堵塞，此時若要達到脫水效果，必須增加真空度。

5 應對措施

5.1 加強運行參數的監視

運行參數是運行人員做出各種調整的重要依據，因此確保各運行參數的準確性非常必要。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行“運行分析”，論證各測量數據的正確性。通過對運行效果的長期分析及對現場實際設備特點的分析，制定了各主要參數的調節范圍：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；預洗塔液位控制在11.5～12.5 m；進入吸收塔的氧化空氣溫度控制在45～55 ℃。

5.2 加強氧化風系統的維護管理

制定氧化風系統的檢查與定期分析方案，確保氧化風系統正常運行，并定期對石膏品質進行化驗，根據石膏脫水效果及石膏內亞硫酸鈣的含量確認合適的氧量。

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) 根據煤種及設備缺陷，及時調整巡檢方案和設備運行方式。

(2) 制定一、二電場控制柜出現跳閘及輸、放灰管路泄漏等缺陷時的“限時”消缺規定，并在每日生產調度早會上指定“消缺跟蹤責任人”，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+等雜質離子的濃度。

(4) 為避免因Cl-離子含量超標而引起漿液中毒，結合運行情況確定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、二級脫水系統的維護與管理

脫水系統分為2級：一級設備主要為石膏旋流站，二級設備主要為真空皮帶過濾機。對于石膏旋流器，應定期做旋流器的“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，發現堵塞及時清理，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，應加強檢查分析，避免濾布跑偏或濾布堵塞等現象的發生，發現過濾機真空下降應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，提高運行人員的巡回檢查質量。根據化學化驗的各數據及設備實際運行狀況，制定由各相關技術人員參加的運行分析會和設備健康水平分析會的定期制度，及時分析系統存在的潛在異常。

5.6 加強脫硫劑石灰石的品質管理

對于石灰石來料，嚴格執行“準入制”：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。運行人員必須確認石灰石品質合格后方可啟動上料。

5.7 加強運行與化學檢測人員的橫向聯系

建立化學檢測制度，定期對石膏漿液進行化學分析。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果。運行人員接到石膏漿液化驗結果后，結合運行效果進行全面分析，發現問題，及時調整。

加強化學檢測分析和各在線監測設備的維護管理。制定對各測量設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。建立檢測數據與運行操作的緊密聯系，使檢測數據真正起到監測、監督和指導運行的作用。同時，加強運行人員對測量值的分辨能力，提高運行調整的正確性。

6 結束語

對于已建成的脫硫設備，影響石膏脫水的原因是多方面的，也是相互關聯的。因此，繼續強化脫硫設備的運行管理，及時消除設備缺陷，進一步提高運行及檢修人員的維護和檢修水平，掌握脫硫設備故障原因和應對措施，增大化學檢測對運行的指導作用，是維護好脫硫設備、確保石膏正常脫水的根本措施。

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