影響煙氣脫硫石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的因素分析

影響煙氣脫硫石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的因素分析

于　崢

（廣州珠江電力有限公司，廣州５１１４５７）

（轉(zhuǎn)自除灰脫硫脫硝技術(shù)聯(lián)盟）

摘　要：針對石灰石／石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中出現(xiàn)的石膏附著水超標(biāo)問題，結(jié)合實例從脫硫化學(xué)檢測入手進(jìn)行分析，綜合考慮設(shè)備狀況和系統(tǒng)實際運行方式等方面，指出了該脫硫石膏從結(jié)晶到脫水全過程中存在的問題，并提出保證石膏品質(zhì)的措施。

關(guān)鍵詞：脫硫；石膏；附著水；控制

１　石灰石／石膏法脫硫工作原理

在石灰石／石膏法脫硫工藝中，吸收塔內(nèi)的石膏漿液通過石膏排出泵送入石膏水力旋流站濃縮，水力旋流器按照石膏顆粒的粒度對石膏漿液進(jìn)行分選，濃縮后的石膏漿液進(jìn)入真空皮帶脫水機，稀漿液被送至緩沖箱，期間開啟濾餅沖洗水沖洗石膏濾餅，降低雜質(zhì)中氯、氟等離子的質(zhì)量濃度，石膏過濾水收集在濾液箱中，經(jīng)脫水處理后的石膏由皮帶輸送機送入石膏料倉存放待運，石膏旋流站出來的溢流漿液一部分進(jìn)入廢水旋流站，一部分返回吸收塔循環(huán)使用。

２　機組概況

某電廠在運４臺３００ＭＷ 燃煤機組，總裝機容量１?。玻埃埃停?。濕法石灰石／石膏煙氣脫硫裝置（ＦＧＤ）采用二爐一塔（１、２號鍋爐為一塔，３、４號鍋爐為一塔）設(shè)計，每套裝置的煙氣處理能力為２臺鍋爐１００％ＢＭＣＲ工況時的煙氣量，公用裝置包括石灰石漿液制備、石膏脫水、工藝水、壓縮空氣、廢水處理等系統(tǒng)，脫硫效率按大于９１％設(shè)計。石膏脫水系統(tǒng)包括：２套石膏旋流系統(tǒng)；２臺真空皮帶脫水機，每臺真空皮帶脫水機的額定容量按４臺鍋爐ＢＭＣＲ工況運行時產(chǎn)生的石膏漿液量的７５％配置；水環(huán)式真空泵；一套濾液分離系統(tǒng)；一套濾布沖洗水箱和沖洗水泵；石膏餅厚度監(jiān)測系統(tǒng)等。２套系統(tǒng)的石膏旋流器能交叉運行，石膏表面附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤１０％為達(dá)標(biāo)。

該廠２套ＦＧＤ投入運行初期，生產(chǎn)狀況比較穩(wěn)定，石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)一直控制在保證值內(nèi)；但２０１０年１月以后的一段時間，石膏附著水嚴(yán)重超標(biāo)，濾餅有“漿液化”傾向，造成積料堵塞，影響生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行，見圖１。

３　石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)超標(biāo)原因

石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)是脫水系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)，綜合反映了系統(tǒng)的工作狀況。如果附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高，石膏的黏性增強，在裝載、提升、輸送的過程中極易黏附在各種設(shè)備容器上［１］，不僅導(dǎo)致石膏卸料困難，而且造成較大范圍的環(huán)境污染。影響石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的因素有很多，如煙塵引起石膏（干態(tài)）中的酸性不溶物質(zhì)量分?jǐn)?shù)超標(biāo)，石膏在漿液中的過飽和度［２］，氧化空氣用量及利用率，石膏晶體的粒度形狀和大小，石膏漿離子質(zhì)量濃度過高，在線檢測儀表偏差影響運行人員對工況值的調(diào)整等，這些都將造成石膏脫水不暢。為了查找石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)超標(biāo)的主要原因，對石膏皮帶上樣本進(jìn)行分析，結(jié)果見表１。

３．１ 影響石膏漿液品質(zhì)的因素

３．１．１ 石灰石品質(zhì)

石灰石品質(zhì)的好壞直接影響到石膏漿液中硫酸鹽和亞硫酸鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)［３］，其雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)將造成離子的遷移性降低，石膏結(jié)晶變壞。從表２化驗室分析數(shù)據(jù)反映：石灰石漿液中Ｍｇ２＋質(zhì)量分?jǐn)?shù)普遍偏高，不僅降低了石灰石的活性，增大漿液的黏度；而且石灰石磨得太細(xì)導(dǎo)致反應(yīng)速度太快，進(jìn)入系統(tǒng)的石灰石漿液與ＳＯ２迅速反應(yīng)，生成大量細(xì)小針狀及層狀晶體［４］，造成包裹，無法形成合格的短柱狀或粒狀晶體，進(jìn)而影響副產(chǎn)物的沉淀，致使石膏中殘留過量的Ｍｇ２＋（表１）堵塞真空皮帶機上的濾布，影響石膏的脫水性能。

３．１．２ｐＨ 值

石膏結(jié)晶體粒徑越大，其脫水性能越好［５］。漿液的ｐＨ 值是控制石膏粒徑的主要因素，工藝上通過控制石膏漿液的相對飽和度來保證石膏的生成。吸收塔漿液池中的ｐＨ值是通過調(diào)節(jié)石灰石漿液的投放量來控制的，而加入塔內(nèi)新制備石灰石漿液的量取決于預(yù)計的鍋爐負(fù)荷、ＳＯ２含量以及實際的吸收塔漿液的ｐＨ值。由表１數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：殘留在石膏中的ＣａＣＯ３和ＣａＳＯ３·１／２Ｈ２Ｏ質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高，當(dāng)吸收塔循環(huán)漿液中含有的未溶解石灰石增多，隨著ＳＯ２的吸收，溶解度的變化使濾液中的ＣａＳＯ３·１／２Ｈ２Ｏ析出沉積在石灰石表面，使石灰石顆粒表面鈍化，阻礙了石灰石在塔內(nèi)進(jìn)行充分的消溶反應(yīng)。５０℃時不同ｐＨ值下石灰石、ＣａＳＯ３·１／２Ｈ２Ｏ和ＣａＳＯ４·２Ｈ２Ｏ的質(zhì)量濃度見表３。

當(dāng)含有脫硫副產(chǎn)品石膏漿液從旋流器底部排出，殘留在石膏中ＣａＣＯ３質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，由于過高的ｐＨ值造成漿液中的ＨＳＯ－３和未溶解ＣａＣＯ３的增加，又影響了Ｃａ２＋、ＨＳＯ－３和Ｏ２之間的氧化反應(yīng)速度［６］。當(dāng)氧化風(fēng)量無法滿足系統(tǒng)要求，將改變ＣａＳＯ３·１／２Ｈ２Ｏ的氧化速率，進(jìn)而影響漿液中石膏的相對過飽和度，導(dǎo)致ＣａＳＯ３·１／２Ｈ２Ｏ質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高、ＣａＳＯ４·２Ｈ２Ｏ質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低，附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升。該廠石膏中ＣａＳＯ３·１／２Ｈ２Ｏ、ＣａＣＯ３和ＣａＳＯ４·２Ｈ２Ｏ質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨ｐＨ值的變化曲線見圖２。

３．２ 影響脫水系統(tǒng)的正常運行

３．２．１ 廢水排放量不穩(wěn)定

脫硫系統(tǒng)中排出的廢水取自廢水旋流器的溢流，夾雜了從飛灰、脫硫劑中帶來的雜質(zhì)以及未溶解的石灰石。在ＦＧＤ系統(tǒng)中，Ｃｌ－主要以可溶性的ＣａＣｌ２存在。隨著系統(tǒng)運行，Ｃｌ－會在系統(tǒng)中不斷富集；與Ｃｌ－一樣，飛灰也會在系統(tǒng)中不斷積累。為了保證石膏純度，降低石膏中雜質(zhì)質(zhì)量濃度，必須排放廢水。由于該廠一直燃用低硫煤，Ｃｌ－質(zhì)量濃度低未超出設(shè)計（限）值，廢水排放量應(yīng)根據(jù)Ｃｌ－質(zhì)量濃度和微細(xì)粉塵質(zhì)量濃度來確定排放量。圖３為石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)與運行參數(shù)的關(guān)聯(lián)圖。

從圖３可以看出：廢水的排放量極不穩(wěn)定。只有一套脫硫系統(tǒng)投運時，廢水排放量時高（２６．１ｍ３／ｈ）時低（１６．７２ｍ３／ｈ），當(dāng)兩套系統(tǒng)同時投運時，廢水排放量也有時低至１８ｍ３／ｈ；遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計流量４０ｍ３／ｈ。經(jīng)查找運行記錄發(fā)現(xiàn)：石灰乳制備系統(tǒng)的制備箱料位計長期堵塞，無法正常投運，致使廢水排放量少而不穩(wěn)定，導(dǎo)致吸收塔漿液中的雜質(zhì)質(zhì)量濃度增加，石膏中酸性不溶物質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加（數(shù)據(jù)見表１），影響了石膏結(jié)晶體的長大，堵塞了游離水在結(jié)晶之間的通道，使石膏脫水變得不暢。

３．２．２ 真空度的影響

從圖３可見：真空度與石膏的附著水呈規(guī)律性變化，真空度高時，石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大。皮帶機的真空度突然升高，意味著脫水設(shè)備運行不正常，或者石膏漿液本身性質(zhì)的變化。經(jīng)檢修人員現(xiàn)場檢查脫水設(shè)備運行正常，查表１數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)石膏中的雜質(zhì)和ＣａＳＯ３·１／２Ｈ２Ｏ質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈上升趨勢，說明單純提高真空度非但沒有降低石膏的附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)，反而使含有大量水分的ＣａＳＯ３·１／２Ｈ２Ｏ的晶族呈開放多孔狀，未氧化的ＣａＳＯ３·１／２Ｈ２Ｏ在石膏晶體上結(jié)晶，細(xì)小顆粒吸附著大量的漿液，致使石膏粒徑層次不齊，呈針狀的漿液堵塞濾布，造成石膏脫水性能變差。

３．２．３ 濾布堵塞

濾布堵塞也是直接影響石膏脫水效果的因素之一。造成濾布堵塞的原因有很多：Ｃｌ－、飛灰、濾餅沖洗水不足、噴嘴堵塞等。排除設(shè)備原因，從圖３可知：在啟排石膏時濾餅沖洗水并沒有定期連續(xù)開啟，脫水后的石膏濾餅在沖洗不夠或沒有沖洗的情況下，Ｃｌ－、雜質(zhì)在系統(tǒng)中不斷富集，使石膏的脫水性降低。

４　控制措施

４．１ 選擇合適的ｐＨ值，確保石灰石漿液品質(zhì)

雖然漿液中ｐＨ值的增加在一定程度上可以提高脫硫效率，但通過增加石灰石供應(yīng)量來提高脫硫率的裕度并不大［７］。根據(jù)鄧志銀等［８］的研究，ＣａＳＯ４的晶須生長過程隨ｐＨ值增加先增加后降低，選擇ｐＨ值為５．０～５．６時適宜，此時酸性氣體的脫除率和石灰石的溶解速度高。通過加入石灰石將吸收塔漿池內(nèi)的ｐＨ值控制在范圍內(nèi)，并選用含堿低、有害雜質(zhì)較少的石灰石漿液，既可以保證較高的脫硫率，又可以得到高品位的石膏晶體；同時還可降低設(shè)備的結(jié)垢速率。

４．２ 加強化學(xué)分析工作

加強化學(xué)管理工作，確保吸收塔漿液成分正常。分別制定日常運行和事故狀態(tài)下分析項目和頻次的工作制度，根據(jù)脫硫效果和化學(xué)分析報告，及時調(diào)整氧化風(fēng)機風(fēng)量，使?jié){液中的ＣａＳＯ３完全氧化成ＣａＳＯ４，建立監(jiān)測數(shù)據(jù)與運行操作緊密聯(lián)系的分析管理制度，使監(jiān)測數(shù)據(jù)真正起到監(jiān)督、指導(dǎo)運行的作用。

４．３ 加強設(shè)備維護(hù)和運行管理

為保證吸收塔內(nèi)反應(yīng)正常進(jìn)行及石膏的品質(zhì)，必須保證廢水的連續(xù)穩(wěn)定排放和濾餅沖洗水流量，以降低吸收塔內(nèi)Ｃｌ－和雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)；嚴(yán)密監(jiān)視皮帶機運行參數(shù)，控制皮帶機真空度，加強對運行人員的培訓(xùn)管理，使他們可以利用表盤數(shù)據(jù)定性分析石膏品質(zhì)，對運行工況值做出相應(yīng)調(diào)整，及時修正不正常工作狀態(tài)。

５　結(jié)語

石膏的氧化、結(jié)晶過程主要在吸收塔漿池內(nèi)進(jìn)行，漿液必須在吸收塔內(nèi)有足夠的停留時間，以生成結(jié)構(gòu)致密、粒徑分布合理的結(jié)晶，才能保證其脫水率。ＦＧＤ系統(tǒng)就像一個“化工廠”，只有從系統(tǒng)化學(xué)循環(huán)中獲得經(jīng)驗和知識，才能控制好吸收塔內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)和結(jié)晶條件，調(diào)整好石膏脫水系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)，減少漿液中Ｃｌ－、ＣａＳＯ３·１／２Ｈ２Ｏ和雜質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，防止濾布堵塞，降低石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)。