脱硫石膏含水率高的原因分析及控制措施

脱硫石膏含水率高的原因及处理

汪成祥

国电铜陵发电有限公司运行部

摘 要： 通过对国电铜陵发电有限公司脱硫系统石膏含水率偏高原因的分析，找出了从石膏结晶到脱水全过程中存在的各种问题，并针对存在的问题采取了有效的措施，使石膏含水率高的问题得到了根本性的解决。

国电铜陵发电有限公司一期工程2×600MW 机组，采用湿法脱硫技术，同步建设烟气脱硫装置, 于2008 年7、9 月相继投产。投产之后2套脱硫系统的石膏含水率经常大于10% 的设计要求, 正常都在10%～13% ,最高达到15%, 影响了石膏的品质和销售。为此从脱硫整个流程进行了分析，对脱硫参数进行控制和调整, 对相关设备进行了改进, 现在石膏的含水率一直稳定在10%以内。石膏含水率高是脱硫系统较常见的问题, 其影响因素较多, 国电铜陵发电有限公司的做法对解决石膏含水率高的问题具有一定的借鉴作用。

1 湿法脱硫系统石膏生成及脱水的工艺流程

烟气中的SO2 和石灰石浆液中的CaCO3 在吸收塔内反应生成CaSO3·1/2H2O, 再经氧化生成

CaSO4·2H2O, CaSO4·2H2O经结晶后形成晶体, 然后含有CaSO4·2H2O 晶体的吸收塔浆液被打到石膏旋流器进行一级脱水, 石膏旋流器底流的石膏浆液进入真空皮带脱水机进行二级脱水, 脱水后的石膏进行销售, 按照设计石膏含水率应控制在10%以内。 2 影响石膏含水率的主要因素

(1) 石膏浆液中杂质过多。杂质主要指飞灰以及石灰石中带来的杂质等, 这些杂质干扰了吸收塔内化学反应的正常进行, 影响了石膏的结晶和大颗粒石膏晶体的生成；另一方面杂质夹在石膏晶体之间, 堵塞了游离水在石膏晶体之间的通道, 使石膏脱水变得困难。

(2) 石膏浆液中CaCO3或CaSO3·1/2H2O过多。这是吸收塔内PH 值控制不好以及氧化不充分所致。若PH 值过高, 则石膏中的CaCO3 就会增加, 一方面导致浆液品质恶化脱水困难, 一方面又不经济。

如果生成的CaSO3·1/2H2O得不到充分的氧化,会导致石膏中CaSO3·1/2H2O含量过高, 脱水困难。600MW机组在负荷500MW以上，含硫量达脱硫保证效率的1%时，即容易发生CaSO3·1/2H2O氧化不足，吸收塔浆液起泡溢流现象，石膏脱水困难。

(3) 废水系统异常投运, 系统中杂质无法排出。

脱硫系统中排出的废水取自废水旋流器的溢流, 主要为飞灰、石灰石中带来的杂质以及未溶的石灰石。由于这些杂质大多质量相对较轻, 当石膏浆液流到皮带机滤布上时, 较轻的杂质漂浮在浆液的上部, 并且颗粒较石膏颗粒细且粘性大, 因此石膏饼表面常被一层呈深褐色物质覆盖, 这层物质手感很黏,且很快会析出水分。如果废水系统不能正常投用, 系统中杂质就会累积, 导致石膏脱水越来越困难。为了维持脱硫系统的氯离子等的平衡，需要定时从旋流器排出废水。

试验表明，脱硫石膏的含水率随浆液中氯离子含量的增大整体呈上升趋势。在氯离子含量为0～3 000 mg/L范围内时，石膏含水率随氯离子含量的增大而急剧上升；在氯离子含量为3000～12000 mg/L范围内时，石膏含水率的上升趋势有所减缓；在氯离子含量为12000～16000 mg/L时，石膏含水率不再上升。

氯离子影响脱硫石膏脱水的机制有以下几点：

①氯离子与溶液中的钙离子结合成稳定的CaCl2·4H2O，把一定量的水留在了石膏晶体内部，造成石膏含水率的上升；②氯离子的存在还会影响石膏结晶过程，使石膏晶格发生畸变，产生出更多的晶核，晶体多样化不利于其脱水；③一部分氯离子和浆液中存在的少量钙离子形成氯化钙，留在石膏晶粒和晶粒之间，堵塞了游离水在结晶体之间的通道，使石膏脱水变得困难。

(4) 石膏浆液过饱和度控制不好, 导致结晶颗粒过细或出现针状及层状晶体。石膏晶体最好形成为粗颗粒（大小为100μm及以上）和棱形结构而非层状和针状结构。因为层状尤其是针状晶体有结成块的趋势，并形成毡状结构，非常难脱水。

(5) 煤种硫分偏高导致烟气脱硫装置( FGD) 进口烟气中含硫量超标。如果进口烟气中SO2 的含量

严重超标, 会带来两方面负面影响: 一方面导致CaSO3·1/2H2O氧化不充分；另一方面也导致石膏晶体结晶的时间过短, 不能生成大颗粒的石膏晶体, 从而脱水因难。

(6) 吸收塔浆液或石膏浆液的含固量达不到要求。吸收塔浆液的含固量达不到要求, 则直接导致石膏旋流器底流出来的石膏浆液含固量偏低。而如果石膏浆液含固量达不到要求, 则直接影响脱水效果。

(7)一级脱水效果不好。如石膏浆液旋流器压力偏低等。

(8) 真空皮带机达不到脱水要求。具体原因有浆液分配槽分配不均、皮带机跑偏、真空皮带机处管道漏真空、气液分离罐到真空泵的管道结垢堵塞或滤布孔径过小等。如果皮带机跑偏，将导致皮带抽真空口偏离皮带机抽真空口。如果浆液分配槽分配不均，将导致浆液在皮带上两侧不均匀，浆液多的一侧脱水效果不好。如果真空泵及皮带机的管道漏真空、气液分离罐到真空泵的管道结垢堵塞,那么真空泵的抽吸能力就会减弱, 就不能将皮带机上石膏滤饼中的游离水吸出, 导致石膏含水率超标。滤布孔径过小则可能被杂质堵住, 也会影响脱水效果。 3 石膏含水率高的解决过程

对照石膏含水率高的主要因素并结合国电铜陵发电有限公司脱硫系统的实际情况, 对从石灰石至石膏整个生产流程进行充分分析, 找出生产流程中存在的各种问题,尤其发现石膏中杂质及CaCO3 含量偏高、石膏浆液的含固量偏低、真空皮带机工作参数不正常等影响石膏脱水的因素, 有针对性地采取下列措施。

3.1 降低系统中杂质含量以提高石膏浆液的纯度

(1) 提高静电除尘器各电场的参数, 降低电除尘出口的烟尘含量。

(2) 提高石灰石的品质, 使石灰石CaCO3 含量大于93% , 从而减少吸收塔中杂质, 保证石膏晶体的结晶能正常进行, 使晶体颗粒的形状趋于规则化。

(3) 对石膏浆液进行抛弃, 在经过连续3 天的彻底抛弃后石膏浆液的品质得到了大幅度提高, 石膏脱水时滤饼表面看不到深褐色物质覆盖, 石膏的颜色也变白了。

(4) 对废水系统进行消缺, 实现废水的正常排放。采取以上措施后, 系统中的杂质大幅度减少, 吸收塔中浆液的品质得到了提高。 3.2 对表计进行校正

由于表计的准确性时刻影响着整个脱硫系统的正常运行, 影响着石膏的脱水效果, 因此对偏差较大的表计全部进行了校正及整改。

( 1) 对PH 计进行了校正, 将偏差范围控制在0.2内, 使PH 计能及时准确地反映吸收塔内的真实PH 值；

( 2) 对吸收塔的密度计进行改造, 在主管道上加装了节流孔板, 提高了密度计前后的压差。改造之后显示值和便携式相比误差均在40 kg/m3 以内, 在线密度计误差明显减小。PH 计及密度计准确性提高后, PH 值大幅波动的情况减少了, 运行人员将参数调整在5.0～5.6 的最佳范围内, 不但石膏中CaCO3 及CaSO3·1/2H2O 的含量大幅减少, 石膏的含水率大幅降低, 而且也提高了石膏品质。表计校验前后参数见表1。

表1 表计校验前后参数对照表 % 校验前 校验后 项目 3 月3日 3月4日 3月15 日 3 月16 日 石膏中CaCO3 1.67 1.04 0.32 0.48 石膏中CaSO3·1/2H2O 0.24 0.60 0.01 0.01 含水率 11.45 14.67 9.02 9.83 3.3 提高吸收塔内浆液的含固量 由于密度计校验后比较准确, 通过取样分析, 将含固量和密度对应起来, 再根据浆液密度很好地将吸收塔的含固量保持在20%左右。

3.4 提高石膏旋流器底流的含固量石膏旋流器底流的含固量高低对脱水来说至关重要, 因此提高石膏旋流器底流的含固量也是这次试验一个重点, 从2个方面着手进行了整改。

(1) 提高石膏旋流器进口的压力, 根据理论研究, 旋流器进口的压力越高分离效果越好, 把旋流器的进口压力从120 kPa 提高到150 kPa。

(2) 对石膏旋流器的沉砂嘴尺寸进行了调整,将原来的直径由D20mm 调整到D17.5mm, 提高了旋流器的分离效果。

通过以上两方面的工作, 把原来的30% 的含固量提高达到50%左右, 达到了设计要求。 3.5 对真空皮带机进行检查

通过检查发现滤布胶接不好, 部分接头翘起，浆液不能充分进入接头处，该处大量漏真空，滤布重新胶接后真空皮带机的真空有所改善。在真空泵及皮带机运行正常的情况下, 真空泵的真空度及电流是脱水效果好坏的一个重要表征, 平常可以通过真空度和电流大致判断石膏的含水率。 3.6 控制石膏的结晶时间

石膏结晶需要一定的时间, 如果时间过短, 则生成的石膏颗粒过小, 不易脱水, 如果结晶时间过长,则生成针状或者层状的晶体, 如果进一步向片状、簇状或花瓣形发展, 其黏性大难以脱水, 所以控制石膏的结晶时间非常关键。针对石膏结晶时间不够、脱水困难这个问题, 采取了以下3 个措施。

(1) 提高吸收塔内的液位, 让浆液达到脱水密度的时间变长, 延长石膏的结晶时间。 (2) 提高吸收塔内浆液的密度, 这实际上也是变相地延长石膏的结晶时间。

(3) 在采取上面2 个措施未取得明显效果后,又对1 号炉的石膏浆液进行了彻底地抛弃, 将吸收塔浆液的密度降到1020 kg/m3。然后让石膏慢慢生长满足其结晶时间, 待达到脱水密度后再进行脱水。

满足晶体生长时间后的晶体从形状来看明显比抛弃之前规则, 见图1、2。

从达到脱水密度后的几天取样数据来看, 石膏含水率平均在10% 以内, 达到了设计要求, 具体数据见表2。

表2 #1炉吸收塔浆液抛弃后石膏含水率 密度 Kg/m3 1134 1123 1106 含水率 % 7.1 9.8 9.1 1115 9.56 1095 9.77 1101 8.8 3.7 控制CaCO3的投加量 石膏脱水时，适当减少CaCO3投加，控制吸收塔PH值在较低的5.0附近，检测石膏中CaCO3明显下降。

3.8 确保氧化风的供应

运行中检查发现备用氧化风机有倒转现象，遂关闭备用氧化风机的出口隔离门，解体出口逆止门后发现关闭不严，问题为管道上有焊渣，影响其关闭。焊渣消除后，备用氧化风机不再倒转，吸收塔因氧化风不足而起泡溢流的情况变少。 4 结论

石膏含水率的影响因素较多, 各种因素之间又相互影响, 要分析起来非常困难, 通过这次试验, 找出了一些对国电铜陵发电有限公司来说影响非常大的因素并进行了调整, 解决了石膏含水率超标问题, 但要把石膏脱水率长期控制在10%以下, 就必须坚持做到以下几点。

(1) 尽量减少杂质对石膏结晶及脱水的影响。

① 保证电除尘正常投用, 提高电场的参数, 控制烟气中的含尘量在145mg/m3 以下。 ② 提高石灰石的品质, 保证石灰石中CaCO3 的含量要大于93%。

③ 废水系统要正常投用, 保持整个系统中的杂质及石膏中的杂质不超标。

(2) 降低煤种的含硫量, 最好将煤种的硫份控制在设计的0.7% 以下, 尤其接近满负荷600MW时，以保证CaSO3·1/2H2O 能够充分氧化生成石膏以及石膏晶体能够正常结晶。

(3) 加强脱硫设备的维护管理, 保证PH 计及密度计的准确性, 保证真空皮带机运行正常, 运行人员根据运行工况将各项参数控制在最佳范围, 提高吸收塔浆液的质量, 使石膏的生成及结晶能够顺利进行。

(4) 加强脱硫化学监测分析表单的管理, 建立监测数据与运行操作的紧密联系, 使监测数据真正起到监测、监督、指导运行的作用。 参考文献:

阎维平.电站燃煤锅炉石灰石湿法烟气脱硫装置运行与控制.北京: 中国电力出版社, 2005.10 作者简介:

汪成祥，1970年出生，男, 安徽桐城人, 工程师。1994年7月在安徽铜陵发电厂参加工作，先后任125MW机组汽机助手、副司机，300MW机组主值、机组长等职务，2004年5月调入国电铜陵发电有限公司，从事一期工程2×600MW 机组出灰脱硫专业的建设工作，2006年7月开始从事600MW 机组出灰脱硫专业运行技术管理工作。

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