濕法脫硫石膏脫水困難原因分析及控制

濕法脫硫石膏脫水困難原因分析及控制石膏脫水困難是濕法脫硫裝置普遍存在的問題，嚴(yán)峻時影響其正常產(chǎn)出和商業(yè)應(yīng)用。結(jié)合某電廠實(shí)際生產(chǎn)中消失的案例，對濕法脫硫石膏脫水困難的緣由進(jìn)行了分析，表明鍋爐投油穩(wěn)燃、入口煙塵濃度、漿液密度、漿液氧化程度、漿液中雜質(zhì)含量、石膏脫水系統(tǒng)及廢水處理系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行均影響石膏脫水的效果，并提出了一系列掌握措施。石灰石-石膏濕法脫硫是世界范圍內(nèi)煙氣脫硫的主流技術(shù)。該技術(shù)以石灰石(石灰)作為汲取劑汲取煙氣中的SO2，經(jīng)過一系列反應(yīng)生成副產(chǎn)物石膏。隨著濕法脫硫技術(shù)的不斷推廣，其副產(chǎn)物石膏的排放量也與日俱增，估計2020年我國脫硫石膏的排放量將達(dá)到1億噸。脫硫石膏具有廣泛的商業(yè)用途，商業(yè)上對脫硫石膏的要求是:顆粒度在100μm左右，含水率10%，純度高。然而，在實(shí)際調(diào)研中發(fā)覺許多電廠肯定程度上均存在石膏脫水困難的問題，影響其質(zhì)量及商業(yè)應(yīng)用。本文將結(jié)合某電廠實(shí)際生產(chǎn)中消失的案例，對造成石膏脫水困難的主要影響因素進(jìn)行分析并提出掌握措施。1設(shè)備概況某電廠一期為2×330MW亞臨界燃煤機(jī)組，同步建設(shè)脫硫裝置。煙氣脫硫采納石灰石-石膏濕法脫硫工藝，一爐雙塔，設(shè)置增壓風(fēng)機(jī)，汲取塔漿液攪拌采納脈沖懸浮方式，石膏脫水利用石膏旋流器和真空皮帶脫水機(jī)。機(jī)組在近兩年的運(yùn)行中多次消失石膏脫水困難的狀況，石膏含水率始終偏高，落入石膏庫的石膏團(tuán)結(jié)成塊狀，嚴(yán)峻時甚至消失石膏成稀泥狀無法脫水成型的狀況，而正常石膏脫水后較為松散，顆粒分明。2石膏脫水困難緣由分析2.1鍋爐投油穩(wěn)燃及入口煙塵濃度的影響2.1.1鍋爐投油穩(wěn)燃燃煤發(fā)電鍋爐在啟動、停運(yùn)、低負(fù)荷穩(wěn)燃及深度調(diào)峰階段由于設(shè)計、燃煤等緣由均需耗用大量的燃油助燃，由于工況運(yùn)行不穩(wěn)定、鍋爐燃燒不充分，會有相當(dāng)一部分未燃盡的油污或油粉混合物隨煙氣進(jìn)入汲取塔漿液內(nèi)，在汲取塔內(nèi)劇烈的擾動作用下，極易形成細(xì)碎的泡沫，在漿液表面大量聚集。表1為該電廠汲取塔漿液表面泡沫的成分分析。表1汲取塔漿液表面泡沫成分分析%<imgsrc=“/UploadFiles/2021001/20223/Env/202203011131479891.jpg”alt=“微信圖片_20191203090242.jpg”width=“468”height=“81”/油污在漿液表面聚集的同時也有一部分在攪拌、噴淋等相互作用下快速分散在汲取塔漿液內(nèi)，并在漿液中石灰石、亞硫酸鈣等顆粒表面形成一層薄薄的油膜，對石灰石等顆粒形成包裹，阻礙石灰石的溶解和亞硫酸鈣的氧化，進(jìn)而影響脫硫效率和石膏的生成。含油的汲取塔漿液通過石膏排出泵進(jìn)入石膏脫水系統(tǒng)，由于油污及未完全氧化的亞硫酸產(chǎn)物等的存在，簡單造成真空皮帶機(jī)濾布空隙的堵塞，進(jìn)而導(dǎo)致石膏脫水困難。2.1.2入口煙塵濃度濕法脫硫汲取塔具有肯定的協(xié)同除塵效果，其除塵效率可達(dá)到70%左右。該電廠設(shè)計除塵器出口(脫硫入口)煙塵濃度20mg/m3，出于節(jié)能削減廠用電考慮，除塵器出口實(shí)際掌握煙塵濃度在30mg/m3左右，過多的煙塵進(jìn)入汲取塔依靠脫硫系統(tǒng)的協(xié)同除塵作用進(jìn)行脫除。經(jīng)電除塵凈化后進(jìn)入汲取塔的煙塵粒徑絕大部分小于10μm，甚至小于2.5μm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于石膏漿液的粒徑。<imgsrc=“/UploadFiles/2021001/20223/Env/202203011131471463.jpg”alt=“微信圖片_20191203090238.jpg”width=“456”height=“317”/圖1石膏漿液平均粒徑分布圖1為該電廠石膏含水率正常時排出石膏漿液中的平均粒徑分布，86.9%的物質(zhì)粒徑在10μm以上，69.2%的物質(zhì)粒徑在20μm以上。煙塵隨石膏漿液進(jìn)入真空皮帶機(jī)后同樣堵塞濾布，導(dǎo)致濾布透氣性能變差，石膏脫水困難。2.2石膏漿液品質(zhì)的影響2.2.1漿液密度漿液密度的大小說明白汲取塔中漿液的密集程度，若密度過小，說明漿液中CaSO4含量較低，CaCO3含量較高，直接造成CaCO3的鋪張，同時由于CaCO3顆粒較小，易導(dǎo)致石膏脫水困難;若漿液密度過大，則說明漿液中CaSO4含量較高，較高的CaSO4會阻礙CaCO3的溶解，抑制SO2的汲取，CaCO3隨石膏漿液進(jìn)入真空脫水系統(tǒng)同樣影響石膏的脫水效果。濕法脫硫雙塔雙循環(huán)系統(tǒng)，為了充分發(fā)揮其優(yōu)勢，一般一級塔pH值宜掌握在5.0±0.2范圍內(nèi)，漿液密度掌握在1100±20kg/m3范圍內(nèi)，而實(shí)際運(yùn)行中該廠一級塔漿液密度在1200kg/m3左右，高時甚至達(dá)到1300kg/m3，始終掌握較高。<imgsrc=“/UploadFiles/2021001/20223/Env/202203011131486105.jpg”alt=“微信圖片_20191203090235.jpg”width=“452”height=“334”/圖2石灰石粉平均粒徑分布圖2為該電廠制漿用石灰石粉平均粒徑分布，81.0%的物質(zhì)粒徑在10μm以下，小于正常石膏的物質(zhì)粒徑，漿液密度高時其CaCO3易造成石膏脫水困難。2.2.2漿液強(qiáng)制氧化程度漿液強(qiáng)制氧化是向漿液中通入足量的空氣，使亞硫酸鈣氧化為硫酸鈣反應(yīng)趨于完全，氧化率高于95%，保證漿液中有足夠的石膏品種用于晶體成長，若氧化不充分，則會生成亞硫酸鈣與硫酸鈣的混合晶體，造成結(jié)垢現(xiàn)象。漿液強(qiáng)制氧化程度取決于氧化空氣量、漿液停留時間、漿液攪拌效果等因素，氧化空氣量不足、漿液停留時間過短、漿液分布不均、攪拌效果不佳等均會造成塔內(nèi)CaSO3·1/2H2O含量過高。<imgsrc=“/UploadFiles/2021001/20223/Env/202203011131489257.jpg”alt=“微信圖片_20191203090232.jpg”width=“328”height=“247”/圖3石膏排出泵入口處塔壁結(jié)晶圖3為該電廠一級汲取塔石膏排出泵入口處塔壁的結(jié)晶物，由于汲取塔漿液脈沖懸浮母管斷裂，導(dǎo)致塔內(nèi)漿液攪拌不充分，局部區(qū)域內(nèi)亞硫酸鈣氧化不足，生成混合結(jié)晶體Ca(SO3)0.8(SO4)0.21/2H2O即CSS垢，其脫硫石膏與運(yùn)行正常期間石膏對比見表2。表2石膏主要成分分析%<imgsrc=“/UploadFiles/2021001/20223/Env/202203011131487770.jpg”alt=“微信圖片_20191203090230.jpg”width=“468”height=“148”/可見，由于局部氧化不足，漿液內(nèi)CaSO3·1/2H2O含量明顯偏高，導(dǎo)致石膏脫水困難，含水率也較高。2.2.3漿液中的雜質(zhì)含量漿液中的雜質(zhì)主要來源于煙氣和石灰石，這些雜質(zhì)在漿液中形成雜質(zhì)離子，影響石膏的晶格結(jié)構(gòu)。煙塵中不斷溶出的重金屬會抑制Ca2+與HSO3-的反應(yīng)，漿液中的F-和Al3+含量較高時會生成氟鋁絡(luò)合物AlFn，掩蓋在石灰石顆粒表面，造成漿液中毒，使脫硫效率降低，細(xì)小的石灰石顆粒夾雜在未完全反應(yīng)的石膏晶體中，使石膏脫水困難。漿液中的Cl-主要來自煙氣中的HCl和工藝水，工藝水中的Cl-含量相對較少，因此漿液中的Cl-主要來自煙氣攜帶。當(dāng)漿液中存在大量的Cl-時，Cl-會被晶體包裹，并于漿液中存在的肯定量的Ca2+結(jié)合生成穩(wěn)定的CaCl2，將肯定量的水留在晶體內(nèi)，同時漿液中肯定量的CaCl2會留在石膏晶體之間，堵塞晶體之間游離水的通道，造成石膏含水率上升。2.3設(shè)備運(yùn)行狀況的影響2.3.1石膏脫水系統(tǒng)石膏漿液通過石膏排出泵送至石膏旋流器進(jìn)行一級脫水，底流漿液濃縮到含固量達(dá)到50%左右時自流到真空皮帶機(jī)進(jìn)行二級脫水。影響石膏旋流器分別效果的主要因素有旋流器入口壓力和沉砂嘴尺寸。旋流器入口壓力過低，則固液分別效果變差，底流漿液含固量較少，影響石膏的脫水效果，導(dǎo)致含水率上升;若旋流器入口壓力過高，則分別效果較好，但影響旋流器的分級效率，同時對設(shè)備的磨損較嚴(yán)峻。沉砂嘴尺寸過大，同樣會造成底流漿液含固量較少，顆粒物較小，影響真空皮帶機(jī)脫水效果。<imgsrc=“/UploadFiles/2021001/20223/Env/202203011131487305.jpg”alt=“微信圖片_20191203090219.jpg”width=“304”height=“245”/圖4正常沉砂嘴工作狀況<imgsrc=“/UploadFiles/2021001/20223/Env/202203011131497528.jpg”alt=“微信圖片_20191203090216.jpg”width=“296”height=“253”/圖5特別沉砂嘴工作狀況該電廠正常石膏脫水時要求石膏旋流器入口壓力為0.17MPa，而實(shí)際運(yùn)行中旋流器入口壓力介于0.08～0.14MPa，與運(yùn)行要求值相比偏低，且入口壓力波動較大，圖4、圖5分別為該廠石膏旋流器運(yùn)行正常與特別的沉砂嘴工作狀況，特別沉砂嘴噴射出的漿液外形不滿意固液分別線型的要求，旋流子及沉砂嘴存在磨損及堵塞，實(shí)測底流漿液含固量僅有30%～40%。影響真空皮帶機(jī)脫水效果的主要因素有真空度、濾布透氣性及濾餅厚度。真空度過高或過低都會影響石膏脫水效果，真空度過低，則對石膏中水分的抽吸力量降低，石膏脫水效果變差;真空度過高，則濾布空隙可能存在堵塞或皮帶存在跑偏，同樣導(dǎo)致石膏脫水效果變差。在同樣的工況條件下，濾布的透氣性越好，則石膏的脫水效果越好;濾布的透氣性差，過濾通道被堵塞，則石膏的脫水效果變差。濾餅厚度對石膏脫水同樣有顯著影響，皮帶機(jī)轉(zhuǎn)速降低時，濾餅厚度增加，真空泵對濾餅上層的抽吸力量減弱，導(dǎo)致石膏含水率上升;皮帶機(jī)轉(zhuǎn)速上升時，濾餅厚度減薄，簡單造成局部濾餅漏氣，破壞真空，也會導(dǎo)致石膏含水率上升。2.3.2脫硫廢水處理系統(tǒng)脫硫廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行不正?；驈U水處理量小均會影響脫硫廢水的正常外排，長期運(yùn)行下煙塵等雜質(zhì)不斷進(jìn)入漿液，漿液中重金屬、Cl-、F-、Al-等不斷富集，導(dǎo)致漿液品質(zhì)不斷惡化，影響脫硫反應(yīng)的正常進(jìn)行、石膏的生成以及脫水。以漿液中的Cl-為例，該電廠一級汲取塔漿液中Cl-含量高時達(dá)到22000mg/L，石膏中的Cl-含量達(dá)到0.37%。漿液中的Cl-含量在4300mg/L左右時，石膏的脫水效果較好，隨著氯離子含量的上升，石膏的脫水效果漸漸變差。3掌握措施1)加強(qiáng)鍋爐運(yùn)行燃燒調(diào)整，削減鍋爐啟停階段或低負(fù)荷運(yùn)行時投油穩(wěn)燃對脫硫系統(tǒng)的影響，掌握漿液循環(huán)泵的投運(yùn)數(shù)量，削減未燃盡油粉混合物對漿液的污染。2)從對脫硫系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行和整體經(jīng)濟(jì)性方面考慮，加強(qiáng)除塵器運(yùn)行調(diào)整，采納高參數(shù)運(yùn)行，掌握除塵器出口(脫硫入口)煙塵濃度在設(shè)計值以內(nèi)。3)對漿液密度、氧化空氣量、汲取塔液位、漿液攪拌裝置等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，確保脫硫反應(yīng)在正常條件下