寧海電廠一期脫硫石膏含水高原因分析及控制措施

國能浙江寧海發(fā)電有限公司 張 全

1 概述

寧海電廠一期4×630MW機(jī)組脫硫為石灰石—石膏濕法脫硫，采用單噴淋空塔＋分區(qū)調(diào)節(jié)器＋雙層多孔性分布器的脫硫工藝。

石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝中，煙氣進(jìn)入吸收塔與塔內(nèi)漿液中的碳酸鈣以及加入的氧化空氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)形成副產(chǎn)物石膏，而石膏往往會因為石灰石粉品質(zhì)、運(yùn)行工況及設(shè)備等因素影響，造成石膏脫水困難，影響石膏品質(zhì)。

2 影響石膏品質(zhì)的主要因素

2.1 漿液密度

吸收塔漿液密度過高，說明石膏漿液中硫酸鈣含量過高，硫酸鈣含量過高將阻礙碳酸鈣的溶解，同時影響吸收塔噴淋漿液對二氧化硫的吸收，為保證二氧化硫排放不超標(biāo)，只有增加石灰石漿液的供給，將會進(jìn)一步造成塔內(nèi)漿液中碳酸鈣的過剩。石膏漿液由于碳酸鈣含量高，脫水效果受影響，另較小粒徑的碳酸鈣會導(dǎo)致濾布的堵塞，進(jìn)一步影響脫水效果。

2.2 石灰石品質(zhì)

石灰石粉越細(xì)，利用率就越高。一般細(xì)度要求為90%通過325目篩或250目篩，純度要求為碳酸鈣含量不小于90%。

石灰石常見的雜質(zhì)包括SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3和MgCO3，部分不會溶解。不可溶解雜質(zhì)越多，不但會阻礙石膏結(jié)晶，還會堵塞濾布，影響脫水效果。

2.3 吸收塔入口煙氣含塵量

如電除塵器效率低，超標(biāo)的粉塵進(jìn)入吸收塔，粉塵將不斷積聚，漿液中部分金屬離子濃度會逐漸升高，不斷增加的重金屬離子濃度對石膏結(jié)晶產(chǎn)生不利的影響。此外，漿液中的粉塵會有一部分通過石膏旋流器底流進(jìn)入皮帶機(jī)，會導(dǎo)致濾布細(xì)孔堵塞，影響石膏脫水效果。

2.4 漿液的pH 值

漿液pH 值高，有利于二氧化硫的溶解，但不利于石灰石的溶解，如果pH 值偏高，就會使碳酸鈣大量混入到石膏中，又由于其顆粒比石膏晶體小，阻礙了石膏的形成，使石膏脫水困難[1]。

2.5 氧化效率

氧化反應(yīng)效率是影響石膏品質(zhì)的重要因素。氧化效率低的原因包括：

一是燃煤硫份大，特別是超過設(shè)計值較多時，進(jìn)入吸收塔的氧化空氣量不足，漿液嚴(yán)重氧化不足，漿液中CaSO3·1/2H2O 晶體會增多，該晶體是層狀或針狀晶體，顆粒小，黏性大，造成脫水困難。

二是塔內(nèi)氧化風(fēng)管斷裂、堵塞，攪拌器葉片脫落、故障停運(yùn)等設(shè)備問題，造成氧化風(fēng)不足或分布不均，加上攪拌效果差，影響漿液的充分氧化反應(yīng)。

2.6 石膏脫水及廢水系統(tǒng)影響

2.6.1 石膏漿液旋流器

石膏旋流器是利用離心力分離和濃縮漿液的設(shè)備。其運(yùn)行是否正常直接影響石膏的品質(zhì)。增加旋流子投運(yùn)數(shù)量，會增加石膏漿液的排放量，有利于降低塔內(nèi)漿液氯離子及飛灰含量，但需確保旋流器入口壓力，如果壓力低則細(xì)顆粒進(jìn)入脫水機(jī)，易造成濾布堵塞。

2.6.2 真空脫水機(jī)

真空皮帶機(jī)脫水效果與漿液的品質(zhì)及設(shè)備運(yùn)行情況有直接的關(guān)系。皮帶機(jī)運(yùn)行真空度直接反映脫水效果，真空度異常升高，脫水效果差，一方面可能是濾布過濾效果差，如漿液品質(zhì)差造成濾布堵塞，或濾布沖洗不干凈、濾布使用周期過長導(dǎo)致濾布過濾效果差。另一方面過濾皮帶跑偏也會造成真空度高，無法正常脫水。此外，濾布褶皺變形及破損、真空盒漏真空、過濾皮帶裙邊破損等設(shè)備問題會導(dǎo)致運(yùn)行真空度降低，造成石膏含水率高。

2.6.3 脫硫廢水

脫硫系統(tǒng)為了維持系統(tǒng)物質(zhì)的平衡，此外，為防止塔內(nèi)漿液氯離子濃度過高影響脫硫設(shè)備安全運(yùn)行及石膏品質(zhì)，必須從系統(tǒng)中排放一定量的廢水。廢水系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，將影響脫水效果。

3 寧海電廠一期石膏含水量高原因分析

2022年7～8月，一期機(jī)組脫硫石膏含水率高，最高達(dá)到17%。以下就影響石膏品質(zhì)的石灰石品質(zhì)、運(yùn)行參數(shù)、漿液品質(zhì)及設(shè)備等因素進(jìn)行逐一分析。

3.1 石灰石品質(zhì)

樣本廠石灰石粉主要由自制粉搭配部分外購粉，7、8月石灰石粉細(xì)度及純度分析詳見表1。

表1 7、8月石灰石粉細(xì)度及純度分析（單位：%）

由表1數(shù)據(jù)可知，石灰石廠磨及外購石灰石粉細(xì)度325目篩通過率偏低，石灰石純度化驗CaCO3含量大于90%，符合要求，且同期二期與一期使用同樣的石灰石粉制漿，二期石膏含水量均在10%合格范圍內(nèi)。

3.2 脫水設(shè)備問題

7、8月脫水機(jī)運(yùn)行真空度在-43～-46kPa，濾布無堵塞。

檢查石膏旋流器旋流壓力正常，對旋流子底流進(jìn)行取樣沉淀，含固量大于50%正常，但相較6月份底流石膏漿液上面的飛灰等雜質(zhì)含量有較明顯的增大。

3.3 漿液分析

分別對4臺機(jī)組脫硫吸收塔漿液進(jìn)行取樣沉淀，可見漿液中含飛灰量較大（上層黑色部分）。4臺吸收塔石膏漿液取樣沉淀效果如圖1所示。

圖1 4臺吸收塔石膏漿液取樣沉淀效果

對石膏品質(zhì)進(jìn)行檢測分析。石膏品質(zhì)分析結(jié)果詳見表2，石膏掃描電鏡分析結(jié)果如圖2所示，石膏粒徑分析結(jié)果如圖3所示。

圖2 石膏掃描電鏡分析結(jié)果

圖3 石膏粒徑分析結(jié)果

表2 石膏品質(zhì)分析結(jié)果（單位：%）

由表2可知，半水亞硫酸鈣（CaSO3·1/2H2O）含量過高，比常規(guī)值0.03%高出約4.3倍，而半水亞硫酸鈣晶體粒徑小、黏性較強(qiáng)、呈晶簇狀，且其晶簇多孔、擠壓易破碎，破碎將釋放晶簇內(nèi)的水，石膏濾餅看似正常，但經(jīng)擠壓后容易釋放出水分，進(jìn)而導(dǎo)致石膏含水率高。

石膏中CaSO4?2H2O 含量為86.54%， 反映出在吸收反應(yīng)中，Ca2-遇SO42-并結(jié)晶生成CaSO4?2H2O 的反應(yīng)不夠充分。石膏掃描電鏡分析結(jié)果如圖2所示。石膏粒徑分析結(jié)果如圖3所示。

由圖2、圖3可知，石膏晶體粒徑絕大部分分布在0～50um，但是，粒徑在25um 左右居多，粒徑較小。石膏晶體的粒徑越大，越有利于石膏旋流器將二水硫酸鈣晶體和未反應(yīng)的碳酸鈣分離開來。粒徑越大的石膏晶體，其脫水效果越好，石膏含水率越低；如石膏晶體的粒徑越小，其脫水效果越差，石膏含水率則越高。

從圖3掃描電鏡結(jié)果可以清晰看出，石膏晶體呈現(xiàn)橢圓形柱狀，主要是因為石膏中的主要雜質(zhì)為未完全氧化的半水亞硫酸鈣，其很容易在石膏晶體上結(jié)晶，很多細(xì)小的半水亞硫酸鈣成簇結(jié)塊在石膏表面，一方面使得石膏粒徑分布變寬，降低了石膏強(qiáng)度，另一方面石膏晶體表面的細(xì)微顆粒靠毛細(xì)作用吸附大量漿液，使得石膏脫水效果變差。

3.4 吸收塔運(yùn)行參數(shù)

3.4.1 pH 值

吸收塔漿液運(yùn)行pH 值7、8月份平均5.35～5.40，pH 值正常。

3.4.2 漿液密度

吸收塔7、8月運(yùn)行的漿液密度，1、3、4號機(jī)組漿液密度一般在110 0～1120kg/m3，濃度基本在15%～18%，屬于正常。2號機(jī)漿液密度平均約1150kg/m3（濃度約22%），高時達(dá)到1180kg/m3（濃度約26%），2號機(jī)漿液濃度高，漿液濃度高影響石膏脫水。

3.4.3 入口SO2

一期機(jī)組7、8月吸收塔入口含硫量高時超2000mg/Nm3，尤其是2號機(jī)入口含硫量達(dá)到2200mg/Nm3，超過設(shè)計值1860mg/Nm3，為保證SO2排放不超標(biāo)，則加大吸收塔的石灰石供漿量，導(dǎo)致密度高。

寧海一期脫硫石膏含水量大，綜合原因包括：一是燃煤含硫量增大，超設(shè)計值，現(xiàn)有氧化風(fēng)量不足，導(dǎo)致漿液未充分氧化，可溶性亞硫酸鹽濃度增大，同時會抑制碳酸鈣的溶解，漿液中CaSO3·1/2H2O 濃度增大，石膏漿液密度會因CaSO3·1/2H2O 含量過高而變大、變黏稠，使得石膏脫水困難；二是吸收塔漿液密度過大，阻礙CaCO3的溶解，過量的石灰石存在于石膏漿液中，不利于石膏的結(jié)晶，同時不利于氧化風(fēng)的擴(kuò)散反應(yīng)，進(jìn)一步惡化氧化反應(yīng)，影響石膏脫水。

4 一期石膏含水量高控制措施

針對石膏含水量大原因，可采取的措施包括：一是加大吸收塔漿液置換，同時降低吸收塔漿液濃度。啟動兩臺脫水機(jī)加大排漿量，同時將部分漿液直接排入事故漿液箱。二是在機(jī)組低負(fù)荷時段或煙氣二氧化硫濃度較低的時段，適當(dāng)降低吸收塔漿液運(yùn)行pH 值（5.0～5.3）。

5 結(jié)語

本文對石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)石膏含水率高的主要影響因素進(jìn)行了分析，對寧海電廠一期機(jī)組脫硫石膏含水高的問題，從石灰石品質(zhì)、脫水及廢水系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行情況、吸收塔漿液品質(zhì)及吸收塔運(yùn)行參數(shù)等方面分析了石膏含水高的原因，對同類型機(jī)組類似問題有一定的借鑒意義。