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烟气脱硫系统石膏含水率高原因分析及控制

发表时间：2021/4/26 来源：《基层建设》2020年第33期作者：刘文婷

[导读] 摘要：石灰石—石膏湿法脱硫技术因其处理烟气量大、效率高、技术成熟、使用寿命长等优点被火电厂广泛采用。

        中国能源建设集团新疆电力设计院有限公司
        摘要：石灰石—石膏湿法脱硫技术因其处理烟气量大、效率高、技术成熟、使用寿命长等优点被火电厂广泛采用。采用石灰石-石膏湿法脱硫火电厂为了增加经济效益，脱硫石膏（主要成分CaSO4•2H2O与天然石膏相似，所以可替代天然石膏生产不同用途的石膏制品）都作为一种商品对外进行销售。然而，在现运行的燃煤机组中脱硫系统普遍存在石膏含水率高、石膏品质差的状况。若石膏含水率过高，造成石膏无法正常脱出，不但影响机组脱硫系统的安全稳定运行，还对石膏的销售有一定影响。
        关键词：湿法脱硫；石膏含水率；石膏脱水；优化措施
        引言
        石灰石－石膏湿法烟气脱硫是目前应用很广泛的一种脱硫技术，其脱硫原理是采用石灰石颗粒制作成浆液作为脱硫吸收剂，与进入吸收塔的烟气逆流接触，烟气中的SO2与浆液中的碳酸钙及鼓入的氧化空气进行化学反应，最终产生石膏，浆液中的石膏由真空皮带脱水系统脱水后外运综合利用或到灰场贮存。石膏脱水环节会出现脱水困难、石膏含水率过高等问题，这对脱硫系统安全运行和污染物达标排放造成了很大影响。笔者通过分析影响石膏脱水的各个环节，分析了一些主要影响石膏脱水的因素，并对相关问题提出了处理措施。
        1脱硫石膏脱水现状
        石灰石－石膏湿法脱硫采用石灰石（石灰）浆液作吸收剂吸收烟气中的二氧化硫，经过一系列的化学反应后生成石膏。据统计，全国每年待处理的脱硫石膏达1000万吨以上。脱硫石膏的主要成分是二水硫酸钙，可以代替天然石膏生产不同用途的石膏制品。石膏含水率是衡量石膏品质的一个重要指标，其值的高低直接影响到脱硫石膏的实际应用价值，但石膏脱水处理较为困难。因石膏品质不合格，造成大量石膏不能进行综合利用，作为一般固体废物进行处置，给企业增加了大量的成本。
        2脱硫石膏含水率高的原因
        2.1设备原因
        设备原因是影响石灰石石膏湿法应用，并造成石膏含水率较高的重要原因。系统设备当中的水力旋流器如果出现了故障问题，会倒置系统内部在运行中，不能够通过离心力使浆液分离。正常情况下，水利旋流器会利用浆液颗粒大小和密度大小的差异性，导致内部不同浆液产生分离。浆液进入到旋流器之后，会在离心力的作用下，按照颗粒的大小，被分为两个部分。其中一部分的颗粒含量较大，并且具有较高的固体率。此部分会进入到二级水力旋流的脱水系统中，进行再次脱水。另一部分当中，浆液中的颗粒含量较低，主要的成分包括了未反应完全的石灰石和细小杂质粉尘等物质。此部分的物质会通过溢流，返送到吸收塔内部。在二级旋流器中，浆液会再次经历相同的反应，进而完成更细的分离操作。底流部分会进入到脱水系统中，溢流部分会直接进入到废水系统中进行处理。当旋流器设备出现了故障问题，会对脱水造成严重的影响。旋流器入口压力越高，分离的效果便会越明显。投入旋流子个数与旋流器入口的压力，会对旋流器分离的效果造成明显的影响。
        2.2石灰石品质差，含土较多
        石灰石是湿法脱硫的关键原料，其中的CaCO3含量及细度是关键指标。电厂石灰石采用厂外直接购买形式，由供应商运送至湿磨制浆系统。粒径为5～20mm的石灰石，经湿式球磨机磨制后，制成的石灰石浆液浓度约为30wt%，粒度为90%通过325目筛。由于外购石灰石中CaCO3含量偏低，含砂土较多，容易包裹在石灰石表面，造成石灰石的溶解速度降低，降低了石灰石的利用率，同时阻碍石膏的结晶，且容易堵塞滤布，造成石膏脱水困难。
        3脱硫石膏含水率管控措施
        3.1设备检查
        如果旋流器出口浆液的质量分数，无法达到皮带脱水机要求的50%时，需要对系统进行检查。在进行检查与调整的过程中，旋流器入口压力的调整是重点。为了防止出现旋流子的磨损或者堵塞问题，可以通过单独增加或者减少旋流子数量的方法，代替原本的节流闸阀开度调节的方法。将入口压力控制到经验值的110kPa至120kPa左右，可以提高入口的压力。在此环节中，要对入口压力进行充分地控制，防止因为入口压力过大而导致石膏浆液密度增大和磨损加大的问题。

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同时也可以在一定程度上避免，因为入口压力过小，而导致出现脱水困难和含水率偏高的问题。在对设备进行检查的过程中，还需要对真空皮带机进行检查调整。如果真空皮带机出现了跑偏问题，会导致个别区域的皮带脱水孔和摩擦带出现了重叠问题，系统内部的真空度会上升。在实际的操作中，如果对跑偏的皮带完成了调整，但仍旧存在着真空度较高的问题，则需要对滤布是否出现了堵塞问题进行检查。如果因为滤布透气性不佳而出现了系统堵塞，需要暂停石膏泵的运行，并对滤布进行冲洗直到重新启动后，系统的真空度在-0.030kPa以下，再继续进行其他操作。
        3.2优化吸收塔供浆方式，控制吸收塔pH适当
        机组检修期间，分别在每台机组的脱硫一级塔及二级塔供浆管线增设调节阀及流量计，通过调整供浆调节阀的开度，控制两塔的供浆量，实现两塔同时供浆，以便维持各塔的pH值在适当的范围内。运行中，脱硫一级塔的pH控制在4.6～5.0，二级塔的pH控制在5.2～5.8，一级塔为石膏的主要生成区，降低其pH值，可以提高亚硫酸钙的氧化效果，有利于石膏结晶。为防止因pH计不能及时反映脱硫塔浆液的情况，导致石灰石添加过量，实际运行中，每2h用清水对脱硫吸收塔的密度计和pH计进行冲洗，同时，每天上午对脱硫吸收塔的密度计和pH计进行一次人工检验，并对一级塔浆液中碳酸钙的含量进行化验，根据化验结果，调整吸收塔供浆量，使浆液中碳酸钙的含量维持在3%以下。
        3.3加强对石膏旋流器的监控及维修
        为保证旋流器的分级效率和脱水效果，应首先调节石膏浆液进入旋流器的入口压力在要求的范围内，并保持连续和稳定；其次，需定期清理内部结垢和检查底流口液体流出的状态，根据经验判断，当沉砂嘴喷出的为雾状时效果最佳，接近直流时效果已经变差，此时可以考虑更换沉砂嘴。也可通过测量，旋流后达不到40%~50%的脱水效果就要考虑更换旋流器了。
        3.4保证脱硫废水系统正常投运
        为了保证脱硫废水系统的正常投运，对脱硫废水板框压滤机加强维护，保证其正常运行。另外，对脱硫废水污泥排放系统进行改造，在污泥排出泵出口增加一条管路至脱硫真空皮带脱水机，当板框压滤机故障时，污泥可通过真空皮带机随石膏外排，提高废水系统投运率，确保吸收塔浆液中的Cl－及细微杂质能够及时排出系统。
        3.5系统维护
        工作人员要对脱硫系统的吸收塔浆液pH值进行管理和控制，确保浆液的酸碱度维持在合理的范围内。如果系统浆液的pH值过高，可能会导致系统内部出现严重的风管氧化，并且还会出现明显的腐蚀或者断裂问题。此外，还需要对脱硫系统进行定期检查和更新。对系统内部各项设备的运行状态和运行参数都进行检查，可以确保设备维持在正常的运行状态中。比如，当石膏脱水系统处于停运的状态当中时，需要增加系统旋流器的冲洗时间。通过此种方式，可以有效地避免系统内部因为浆液旋流结垢而出现的堵塞问题。
        3.6保持合理的氧化风量
        脱硫二级塔氧化风机采用连续运行方式，在机组负荷跟脱硫装置入口硫分较低的情况下，通过调整氧化风机进口调节阀的开度，对风量进行调整，以实现节能降耗，但确保二级塔的氧化风机风量不小于14500m3/h；对氧化风机入口滤网及时进行清扫，确保氧化风机的正常出力，保证一级塔氧化风机的风量大于16000m3/h。
        结束语
        石灰石－石膏湿法烟气脱硫工艺中，石膏脱水困难和石膏含水率高是普遍存在的问题，影响石膏脱水的因素有很多。在有关故障原因查找过程中往往用到排除法去分析某次石膏脱水困难的原因，因此在脱硫系统日常运行维护管理中，应依次做好相关检查，并及时调整相应环节，基本能保证脱硫系统石膏脱水品质达标。
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