火電廠濕法煙氣脫硫石膏脫水問題分析及處理措施

孫靖

（大唐寶雞熱電廠，陜西 寶雞 721000）

火電廠是電能生產中至關重要的造成部分，其發(fā)電量占全世界發(fā)電量的80%。而火電機組在燃燒發(fā)電的過程中，尤其是燃煤發(fā)電中，會排放出大量的二氧化硫，二氧化硫作為酸雨的元兇，會對環(huán)境造成嚴重污染。因此，火電廠要按國家規(guī)定，控制二氧化硫排放量。石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術，因其具有其適用范圍廣、脫硫效率高、成本較低等優(yōu)點，成為了目前濕法煙氣脫硫（FGD）中技術最為成熟，且應用最為廣泛的脫硫方法。據統(tǒng)計，在世界上已投運的煙氣脫硫（FGD）系統(tǒng)中，石灰石-石膏濕法FGD占85%左右。如何確保脫硫設備高效穩(wěn)定地運行及如何控制脫硫質量，發(fā)揮FGD最大效益，成為了使用者非常關注的問題。

石灰石-石膏FGD工藝，主要原理是用石灰石漿液作為吸收劑，與煙氣在吸收塔逆流混合，煙氣里的二氧化硫與漿液里的碳酸鈣反應，生成亞硫酸鈣。亞硫酸鈣遇塔中鼓入的氧化空氣，生成石膏漿液。石膏漿液經過石膏旋流器的初級脫水，真空皮帶的二級脫水，從而得到了含水率不超過10%的石膏。石膏的品質直接影響到石膏的銷售和實際應用價值，但石膏脫水處理比較困難。

一、脫硫石膏脫水現(xiàn)狀

石灰石－石膏濕法脫硫采用石灰石（石灰）漿液作吸收劑吸收煙氣中的二氧化硫，經過一系列的化學反應后生成石膏。據統(tǒng)計，全國每年待處理的脫硫石膏達1000萬噸以上。脫硫石膏的主要成分是二水硫酸鈣，可以代替天然石膏生產不同用途的石膏制品。石膏含水率、氯離子多少、重金屬離子、亞硫酸鈣含量、碳酸鈣含量、石膏純度等都會直接影響到脫硫石膏的實際應用價值，但石膏脫水處理較為困難。因石膏品質不合格，造成大量石膏不能進行綜合利用，作為一般固體廢物進行處置，給企業(yè)增加了大量的成本。

二、造成石膏脫水的主要原因

（一）石灰石純度

脫硫工藝過程中，使用的石灰石的純度越高越有利于作業(yè)的完成，這和石灰石的構造有關系，它的顆粒越細小，相對的表面積就會越大，和脫硫漿液的接觸面積也會相應地增大，從而能夠有效加快反應速度，增強吸收能力，提高石灰石的利用率。一般要求石灰石的純度不低于90%，不然就需要對石灰石進行提純處理再進行加工作業(yè)。

（二）入口煙氣含塵量

入口煙氣的飛灰在運行過程中產生的不斷增加的重金屬會對吸收塔內的脫硫過程以及晶體的形成都會造成負面影響同時飛灰進入漿液中不僅會增加脫水難度、增加石膏中雜質含量，降低石膏的純度，進而影響石膏的品質。

（三）吸收塔漿液起泡、溢流

當吸收塔中的漿液發(fā)生嚴重起泡現(xiàn)象的時候，泡沫會封閉漿液，導致脫水時石膏脫不干，脫水系統(tǒng)無法投運，導致石膏無法正常排出，從而吸收塔液位難以控制、吸收塔漿液密度上升。

（四）漿液相對過飽和度的影響

石膏溶液只有在適當的過飽和度狀態(tài)下，才能實現(xiàn)晶體數量少，讓新生成的石膏都在為數不多的晶體上長大從而形成大的石膏晶體。飽和度過低，漿液中石膏晶種不夠，結晶速度會受到影響；飽和度過高，晶體的數量和體積都會增長，會抑制石膏結晶。因此在加工過程中，必須控制在一個合理的范圍內。

（五）漿液的pH值的影響

漿液的PH值對石膏結晶的影響不是直接而是間接的，但是這并不影響它對于整個過程影響的決定性地位。漿液的PH值對整個脫硫過程的影響是通過影響亞硝酸鹽的氧化速度從而影響石膏的相對飽和度這樣的一個過程來實現(xiàn)的。經過不斷的實踐研究表明，PH值控制在4.5，亞硝酸鹽的氧化作用最強，換言之，PH為4.5是一個最佳的作業(yè)狀態(tài)，是一個理想的狀態(tài)。但4.5的PH值會降低SO2的吸收，對整個脫硫過程影響比較大。一般情況下，PH值在4.9-5.5左右比較常見。因此，為了能夠實現(xiàn)很好的脫硫效果，這就不得不采取其他的措施來提高氧化的速度，從而提高脫硫的效果，進而獲得高質量的石膏產品。這樣做的過程中需要注意的是需要保證所有物料處在一個相對穩(wěn)定的化學狀態(tài)之下，特別是漿液的PH值最好保持在一定的水平上，這樣整個化學狀態(tài)比較穩(wěn)定，對于其它的作業(yè)流程比如保持石膏的過飽和度等都是十分有利的，這樣也就對優(yōu)質石膏的形成打好了一個基礎。

（六）溫度

經過實踐研究表明，在工藝控制中把溫度控制在40-60度之間，既能夠保證可以生成合格的石膏顆粒，同時又能夠避免系統(tǒng)結垢，是最理想的溫度狀態(tài)。但是需要注意的是，這個狀態(tài)是材質中沒有其他雜質的情況，如果物料中雜質成分過高對于溫度也是有一定的影響的，這個溫度范圍是會有一定的變化的不是一成不變的。

（七）氧化空氣量

用空氣對生成的亞硫酸鈣進行強制氧化是一道重要工序。這個過程對于鼓入的空氣的量換言之也就是氧氣的量是有一定要求的。過少，不能實現(xiàn)亞硫酸鹽的充分氧化；過多，則會提高整體運行成本，影響脫硫電耗。

（八）機械力

實踐中發(fā)現(xiàn)，機械力對結晶體的大小和形狀均有影響。在機械力的作用下，一方面會使結晶體尖角部位的晶束從晶體中分離出來，發(fā)生二次結晶而形成小顆粒，給脫水造成困難；另一方面，由于機械力的作用，使得晶體的形狀向非針狀方向發(fā)展，有利于脫水。可見，機械力對石膏結晶的影響是雙向的，攪拌強度是工藝設計和運行方式控制的難點。

（九）脫硫廢水

脫硫廢水中含有的雜質普遍有質量較清、易懸浮的特點。日常生產過程中，脫硫廢水受設備故障，廢水分離效果差或廢水處理不能正常投用，就會造成吸收塔漿液中雜質的積累，降低石膏品質的同時，增加的脫水難度。

（十）脫水工序的影響

當漿液中石膏達到一定的過飽和度時，抽出一部分漿液送入石膏脫水系統(tǒng)。石膏脫水分兩步進行，第一步先經過旋流器脫水，使石膏的含水率降到50%，然后再利用真空皮帶脫水機，使其含水率小于10%。石膏的純度是通過第一步控制的。進入脫水系統(tǒng)的漿液中除含有大量的石膏外，還含有一部分未反應的吸收劑和氯、氟、鐵等雜質。水力旋流分離器使吸收劑與石膏分開，然后通過水洗，除去石膏中的雜質，從而得到純凈的石膏產品。

三、如何盡量規(guī)避石膏脫水問題

（一）入口煙氣的含塵量

經除塵器凈化后進入吸收塔的粉塵和飛灰粒徑很小，遠遠小于石膏粒徑，故石膏在真空皮帶機上脫水時，濾布的細孔容易堵塞，導致石膏中的水分難以去除。且飛灰中含有金屬離子，金屬離子溶出會對吸收塔內二氧化硫的吸收造成影響，石膏的質量難以保證。主要解決方法是提高燃煤質量，增強電除塵的投入率，加強電除塵的捕捉效率，將入口煙氣含塵量控制在200mg/m3以下，并定期清洗濾布。

（二）漿液飽和度

石膏漿液過飽和度反應了吸收塔漿液中石膏的飽和度，石膏漿液的密度過低，表明吸收塔內石膏含量低，碳酸鈣仍大量存在，此時如果將石膏漿液排出塔，將導致石膏中碳酸鈣含量增加，即浪費石灰石，也降低了石膏品質；漿液的密度過高，則石表明膏和碳酸鈣均過量，過量的硫酸鈣會不利于二氧化硫的吸收且不利于碳酸鈣溶解，而且由于石灰石粒徑小，會堵塞濾布，使石膏脫水困難。據研究發(fā)現(xiàn)，當漿液中固體含量在15~18%時，石膏結晶含量最高。

（三）漿液的pH值

一般來說，pH值高的吸收液環(huán)境有利于二氧化硫的吸收，反之，pH低的環(huán)境有利于碳酸鈣離子的溶解和亞硫酸鈣的氧化。總的來說，pH值過高或過低都會使石膏品質下降，反應不完全。在實際生產應用中，控制漿液的pH值在5.0~5.8左右會較合理。

（四）吸收塔液位

適當提高吸收塔液位會使得氧化區(qū)增長，有利于二氧化硫的吸收和亞硫酸鹽的充分氧化，但同時由于漿液達到脫水密度的時間延長，晶體有從易于脫水的棱柱狀晶體轉化成不易于脫水的片狀、花瓣狀晶體發(fā)展的趨勢。

（五）雜質含量

反應體系的雜質主要來自煙氣的飛灰中和石灰石的粉塵中，主要影響雜質有、等。其中對石膏影響最大，這是由于氯離子比碳酸根離子酸性強，會抑制二氧化硫溶解成亞硫酸根，不利于石膏的形成。另一方面，氯離子極易與鈣離子結合，生成6個結晶水的·6O，把水留在晶體中，使含水量上升。且由于六水氯化鈣的生成，漿液中的鈣離子濃度增大，由于同離子效應，使碳酸鈣分解的平衡向左移動，抑制亞硫酸鈣的生成。和的影響主要在這些離子會與氯離子形成膠體，膠體粒徑小、粘性大的特性影響石膏的脫水。雜質的多少可以從石膏餅的形態(tài)看出，雜質含量高的石膏餅表面會成深褐色且入手很黏，和含量超標會使石膏餅出現(xiàn)嚴重難脫水和皸裂現(xiàn)象。在水洗步驟中適當加大用水量和保證廢水系統(tǒng)的正常投用會有效去除雜質，保證石膏質量。主要解決方法：針對傳統(tǒng)廢水處理不合理方面，改變廢水處理過程，特提出以下改正方案，廢水主要任務是清除漿液中的雜質，而雜質在二級脫水過程中有兩個去向，一部分隨石膏外排，這一部分不做考慮，另外一部分經脫水機分離后，存在于氣液分離器的液體中，擬利用將氣液分離器中的液體直接進入三聯(lián)箱作為廢水進行處理。其優(yōu)點在于，1分離后的液體石膏含量低，減少石膏對廢水的影響；2.氯離子、重金屬的含量較高；3.降低投資費用，降低運維成本；4.運行可靠，廢水投入量大等優(yōu)點。

（六）積極協(xié)調燃料配煤，降低燃煤硫分

通過生產調度管理系統(tǒng)，將之前幾天脫硫入口硫含量數據匯報給生產調度，及時調整電廠供配煤，確保煙氣含硫量在設計值內運行。因此如果煙氣中的含硫量過大，最直接的辦法還是以采購合格含硫量的燃煤為根本。

（七）對除塵全面檢查，確保高壓柜及布袋除塵設備投入

需要加強對除塵器的全面檢查，分別查看各個高壓柜的二次電流是否在合適的范圍內。在此提一點，如果發(fā)現(xiàn)高壓柜全部在投，且電壓正常，但效果還是較差時，就要對現(xiàn)在常用的頂部電磁振打進行檢查，振打好壞，頻率如何都是關鍵。

（八）嚴密監(jiān)督石灰石質量

大部分廠是采用外購石灰石粉，對此確保車車化驗，制定嚴格的考核管理。如果石灰石粉不合格，明顯表現(xiàn)是加大供漿量后PH值也達不到規(guī)定值，停止供漿后PH值也下降的很緩慢。石灰石粉的指標控制是250目過篩，純度不小于90%，CaO~”l不小于50%。

（九）加強對石膏旋流器的監(jiān)控及維修

對于石膏旋流器的操作并不多，最直接的方法就是通過石膏排出泵出口或石膏旋流器旋流子閥門來調整壓力。日常維護要加強檢查石膏排出泵出口壓力，旋流器底流口液體流出的狀態(tài)，當噴出的為霧狀時效果為最佳，接近直流時效果已經變差，此時可以考慮更換噴嘴。也可以通過測量旋流器出口濃度，當旋流后達不到40-50%的分離效果就要考慮更換旋流器或旋流子。

（十）保持真空皮帶機的最佳工作狀態(tài)

皮帶機的問題也就是通過關注真空度的高低、石膏含水率及石膏分離效果關來確定脫水運行狀況的好壞，當鍋爐投油燃燒，油脂進入吸收塔內與漿液混合也會影響脫水效果，也就是鍋爐要盡可能減少投油燃燒時間。另外真空泵的運行狀態(tài)、沖洗水壓力、皮帶轉速等都會影響脫水效果。

（十一）提高漿液氧化程度

正常運行時氧化風機要注意出口壓力及流量的變化，并定期切換氧化風機運行，當發(fā)現(xiàn)出口壓力增大時(吸收塔液位、濃度正常)，流量降低時，估計氧化風管已經結垢嚴重，在吸收塔大檢修時要對氧化風機及氧化風管進行清垢處理。

（十二）其他措施

某廠就曾發(fā)生過密度計故障后，沒有及時進行脫水，導致塔內石灰石粉含量逐漸升高，導致脫水困難。所以保持儀表準確程度是脫硫運行的關鍵，運行人員要加強對運行參數監(jiān)測儀器的檢查，定期進行保養(yǎng)維護，發(fā)現(xiàn)異常時應及時查找原因解決。保持吸收塔漿液PH值在5．2—5．8之間，防止吸收塔漿液PH值過高或過低。PH值過低漿液呈酸陛不能吸收s0使脫硫效率降低同時對塔內設備腐蝕較大，PH值過高導致漿液中的石灰石量增多，多以PH值過高或過低都不利于運行穩(wěn)定。另外，加強廢水系統(tǒng)的投運效率，使吸收塔內漿液重金屬離子含量及吸收塔內CL-含量在20000ppm以下不超標。

四、總結

影響脫硫石膏質量的因素很多，如石膏在漿液中的過飽和度、漿液的pH值、石膏的結晶溫度、氧化空氣用量、漿液攪拌強度以及石膏脫水工序等。此外，晶體的總表面積以及晶體的生長時間也會影響脫硫石膏的質量。而且，上述諸因素之間會產生相互影響和制約。比如漿液的pH值、氧化空氣用量等直接影響石膏在漿液中的過飽和度。因此，在研究其中一種影響因素時，必須同時考慮其他因素的相關影響，脫硫石膏的質量控制還應結合具體工程實際，采用科學手段進行更加深入的研究。