论文部分内容阅读
摘 要：针对燃煤电厂脱硫石膏湿度大的问题，比较全面地分析了可能的原因，并提出了解决办法，为当前各燃煤电厂脱硫系统的安全、环保、经济运行提供了有益的借鉴。
关键词：湿法脱硫；石膏；含水率
中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）27-0139-02
前 言
燃煤电厂脱硫浆液在脱水后产生石膏，石膏含水率一般控制在10%（质量含量）以下为达标。若石膏水分过高，不仅影响脱硫系统和设备的正常运行，而且对石膏的储存、运输及后加工等都会造成一定的困难。下面就脱硫石膏含水量大原因以及解决办法做一下探讨。
1 湿法石灰石-石膏烟气脱硫原理
湿法石灰石-石膏烟气脱硫工艺中，石灰石浆液在吸收塔内对烟气进行逆流洗涤，生成半水亚硫酸钙并以小颗粒状转移到浆液中，利用空气将其强制氧化生成二水硫酸钙（CaSO4〃2H2O）结晶。
吸收塔內主要化学反应式：
CaCO3+SO2+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O+CO2
CaSO3·1/2H2O+SO2+H2O→Ca（HSO3）2+1/2H2O
Ca（HSO3）2+1/2O2+2H2O→CaSO4·2H2O+SO2+H2O
CaSO3·1/2H2O+1/2O2+2H2O→CaSO4·2H2O+1/2H2O
吸收塔内浆液密度较高时，用石膏排出泵将吸收塔内的浆液抽出，送往石膏旋流器，进行浓缩及颗粒分级，稀的溢流（细颗粒）返回吸收塔；浓缩的底流（较粗颗粒）送往真空皮带机进行石膏脱水，最后产生干石膏。
2 脱硫石膏含水率高的原因分析
（1）吸收塔内浆液的密度偏小（低于1100kg/m3），过早启动了石膏排出泵。
吸收塔内浆液的密度直观地反映塔内反应物的浓度（固体含量）高低，密度值升高，浆液的固体含量增加。运行中一般控制在1120～1150之间，固体含量在10%左右。假如，排出的石膏浆液固体含量偏低，即密度较小石膏浆液未达到饱和或过饱和度较低，形成的石膏晶体颗粒细小，石膏难以脱水。
（2）吸收塔液的pH值不达标（pH太高或太低都有可能）
吸收塔液的pH测量值是参与反应控制的一个重要参数，用于确定需要输送到烟气脱硫吸收塔的新鲜反应浆液的流量。pH值升高，新的反应浆液供应量将减少，反之，pH值降低，新的反应浆液供应量将增加。若pH计测量不准，则需要添加的石灰石量就不能准确控制，而过量的石灰石使石膏纯度降低，造成石膏脱水困难。
（3）吸收塔氧化空气量不够
湿法石灰石-石膏烟气脱硫工艺主要就是利用空气将浆液中的亚硫酸钙强制氧化生成二水硫酸钙（CaSO4〃2H2O）结晶。如果氧化空气量不足，必将导致吸收塔浆液中亚硫酸钙含量升高，石膏脱水困难，含水量大幅上升。
（4）氯离子含量超标（大于1%）
原烟气进入吸收塔与石灰石浆液接触脱除SO2的同时，烟气中HCI、HF和飞灰以及石灰石中的杂质都会进入吸收塔浆液中，长期运行后吸收塔浆液的氯离子和飞灰中不断溶出的一些金属离子浓度会逐渐升高，不断增加的氯根和重金属离子浓度对吸收塔内SO2去除以及石膏晶体的形成产生不利的影响，并且过量氯离子将大量吸收Ca2+，增加石灰石的消耗。因此，为保证塔内化学反应的正常进行，运行中从浆液中排出一定量废水是非常重要。浆液中Cl-浓度及杂质含量升高改变了浆液的理化性质，影响了塔内化学反应的正常进行和石膏的结晶体的长大，同时杂质夹杂在石膏结晶之间，堵塞了游离水在结晶之间的通道，使石膏脱水变得困难。
（5）脱硫塔入口含尘量偏高，导致吸收塔浆液“中毒”
原烟气的飞灰进入吸收塔在一定程度上原烟气中的飞灰进入吸收塔浆液中在一定程度上阻碍了SO2与脱硫剂的接触，降低了石灰石中Ca2+的溶解速率，同时飞灰中不断溶出的一些重金属如Hg、Mg、Cd、Zn等离子会抑制Ca2+与HSO3-的反应，“封闭”了吸收剂的活性。由于除尘器效率不是很好，吸收塔变成了吸尘器，吸收塔浆液发黑，起泡，脱水时在石膏表明有一层黑色物质，在这种状况下再坚持运行可想而知。吸收塔浆液极易“中毒”。一旦发生“中毒”现象，就需要将浆液全部排出置换新鲜的浆液，造成很大的浪费，并影响脱硫系统的正常投入。吸收塔浆液？“中毒”后，需要较长时间纠正才能彻底改善，在此期间会浪费大量石灰石粉，排放大量浆液，提高了运行成本。
（6）石灰石品质发生变化（碳酸钙含量低，杂质多）
石灰石品质发生变化。石灰石粉的品质是影响脱硫运行的一个重要因素，其中碳酸钙含量及细度是关键，杂质增多或含量下降都会使浆液品质恶化，细度越细反应效果就越好。这就可能出现当碳酸钙含量及成品的细度发生较大变化时，其反应活性降低，极可能发生供浆过量，此时塔内浆液中含CaCO3量增大，由石灰石颗粒易粘结在一起，导致造成脱水困难现象的发生。另外如果石灰石原料中夹带黏土、泥沙等杂质，这些杂质状态不稳定，也会在一定程度上造成脱水困难的现象发生。一般要求入厂石灰石含量要求在90%以上。
（7）入炉煤含硫量突然发生变化，超设计值较多
入炉煤含硫量突然增大，导致吸收塔入口SO2浓度增大较大，而鼓入吸收塔的氧化空气量并未随之增加，特别当SO2浓度超过设计值，氧化风量也是无法改变，由于严重氧化不足，溶液中可溶性亚硫酸盐浓度增大将抑制CaCO3生成，可溶性亚硫酸盐结晶即CaSO3〃1/2H2O晶体，该物质是层状或针状晶体，尤其是针状晶体，形成的石膏颗粒小，粘性大，容易吸附在真空皮带机上，增加脱水的难度。
（8）石膏旋流器发生异常（压力调整不当，旋流子磨损）
石膏旋流器出口固体含量一般40～45%，发现内部堵塞及时处理，一般内部结垢以及沉沙嘴磨损超一般及时进行更换，注意监视控制入口压力值，否则旋流器分离效果较差，进入真空皮带机含水量加大，导致脱水困难，石膏相应含水量加大。 （9）真空皮带机异常
真空皮带机是石膏二次脱水的重要设备，脱水效果与浆液的性质、滤布的清洁程度、滤布的质量都有较大的关系。汽液分离器的表计直观地反映了皮带机的真空，真空皮带机的真空与石膏含水率呈有规律的变化，皮带机真空升高，反映出滤水通过滤布时的压降增加，反应出石膏含水率增大。其增加的原因：①脱水设备运行不正常，如滤布冲洗不干净或滤布使用周期过长都会使皮带机脱水效果变差，脱水不畅；②石膏浆液本身性质的变化，如浆液中小颗粒石膏晶体增多或浆液中的杂质含量增加等引起滤布过滤通道的堵塞，使浆液中的水不容易從滤布孔隙分离出来。若要达到一定的固液分离效果，必须使真空升高。如下图所示，可以明显看出，#2滤布纹路很粗，这种滤布较厚且致密性较差，浆液中的小颗粒物质极易镶嵌进去且难以冲出，会导致在脱水过程中真空度越来越高，脱水效果越来越差。
3 脱硫石膏湿度大的解决办法
（1）注意控制吸收塔内浆液密度，如密度计怀疑不准确，可以参照浆液循环泵正常时电流值，也可人工进行手动测量，注意必须保持密度达到规定时，方可启动石膏排出泵。
（2）保持pH值在5.5左右，防止过高或过低。过低可能造成脱硫效率的降低、腐蚀性加强，过高浆液中未反应的石灰石量增多，两种情况都不利于运行稳定。
（3）提高浆液氧化程度。同样浆液高度，若发现氧化风机电流升高，估计氧化风管结垢已经结垢严重，在吸收塔检修的过程中要对氧化风管进行清垢处理。另外、保持仪表准确程度是脱硫运行的关键，运行人员要加强对运行参数的监测分析，发现不正常时应查找原因，及时调整，防止多参数发生变化，给问题的处理造成困难。
（4）加强废水排放，控制吸收塔内CL-含量在10000ppm以下不超标。
（5）需要对加强对除尘器全面检查，对于电除尘器应加强设备运行维护，确保各电场工作正常；对于布袋除尘器应关注其差压变化，确保布袋除尘器滤袋无破损，喷吹系统运行正常。
（6）严密监督石灰石质量。对此制定严格的管理制定，确保车车化验，严格考核。日常积极与供货厂家沟通，让厂家清楚脱硫生产过程，明白脱硫的重要性及严肃性，加强前期管理。
（7）合理配煤，维持合适的入炉煤含硫量。在保证脱硫系统能长期正常运行的前提下，降低燃煤采购成本。
（8）加强对石膏旋流器的监控及维修。对于石膏旋流站的操作并不多，除了调整压力定期清理内部结垢以外并没有太多手段。日常要加强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为最佳，接近直流时效果已经变差，此时可以考虑更换沉砂嘴。另外底流量过少也要考虑更换旋流器。再者就是停运后增加冲洗时间，防止浆液在旋流子中沉淀结垢。
（9）保持真空皮带机的最佳工作状态。关注滤布的运行状况，保持稳定的滤布冲洗水压力，调整合理的皮带转速，发现真空异常时及时清理真空罐中的杂物等等。
4 结束语
影响脱硫石膏含水率的原因比较多，本文对可能的原因进行了初步总结，所阐述的不一定全面，在实际生产运行过程中，还需加强摸索，并有针对性的进行调整，这样一定能控制好脱硫石膏含水率，确保脱硫系统安全、环保、经济运行。
参考文献
[1]大唐石门发电有限责任公司一期脱硫运行规程.
[2]（DL/T1149-2010）火电厂石灰石∕石灰-石膏湿法烟气脱硫系统运行导则.
收稿日期：2018-8-13
作者简介：周本锋（1974-），男，工程师，本科，主要从事火力发电厂锅炉、环保生产技术管理工作。
关键词：湿法脱硫；石膏；含水率
中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）27-0139-02
前 言
燃煤电厂脱硫浆液在脱水后产生石膏，石膏含水率一般控制在10%（质量含量）以下为达标。若石膏水分过高，不仅影响脱硫系统和设备的正常运行，而且对石膏的储存、运输及后加工等都会造成一定的困难。下面就脱硫石膏含水量大原因以及解决办法做一下探讨。
1 湿法石灰石-石膏烟气脱硫原理
湿法石灰石-石膏烟气脱硫工艺中，石灰石浆液在吸收塔内对烟气进行逆流洗涤，生成半水亚硫酸钙并以小颗粒状转移到浆液中，利用空气将其强制氧化生成二水硫酸钙（CaSO4〃2H2O）结晶。
吸收塔內主要化学反应式：
CaCO3+SO2+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O+CO2
CaSO3·1/2H2O+SO2+H2O→Ca（HSO3）2+1/2H2O
Ca（HSO3）2+1/2O2+2H2O→CaSO4·2H2O+SO2+H2O
CaSO3·1/2H2O+1/2O2+2H2O→CaSO4·2H2O+1/2H2O
吸收塔内浆液密度较高时，用石膏排出泵将吸收塔内的浆液抽出，送往石膏旋流器，进行浓缩及颗粒分级，稀的溢流（细颗粒）返回吸收塔；浓缩的底流（较粗颗粒）送往真空皮带机进行石膏脱水，最后产生干石膏。
2 脱硫石膏含水率高的原因分析
（1）吸收塔内浆液的密度偏小（低于1100kg/m3），过早启动了石膏排出泵。
吸收塔内浆液的密度直观地反映塔内反应物的浓度（固体含量）高低，密度值升高，浆液的固体含量增加。运行中一般控制在1120～1150之间，固体含量在10%左右。假如，排出的石膏浆液固体含量偏低，即密度较小石膏浆液未达到饱和或过饱和度较低，形成的石膏晶体颗粒细小，石膏难以脱水。
（2）吸收塔液的pH值不达标（pH太高或太低都有可能）
吸收塔液的pH测量值是参与反应控制的一个重要参数，用于确定需要输送到烟气脱硫吸收塔的新鲜反应浆液的流量。pH值升高，新的反应浆液供应量将减少，反之，pH值降低，新的反应浆液供应量将增加。若pH计测量不准，则需要添加的石灰石量就不能准确控制，而过量的石灰石使石膏纯度降低，造成石膏脱水困难。
（3）吸收塔氧化空气量不够
湿法石灰石-石膏烟气脱硫工艺主要就是利用空气将浆液中的亚硫酸钙强制氧化生成二水硫酸钙（CaSO4〃2H2O）结晶。如果氧化空气量不足，必将导致吸收塔浆液中亚硫酸钙含量升高，石膏脱水困难，含水量大幅上升。
（4）氯离子含量超标（大于1%）
原烟气进入吸收塔与石灰石浆液接触脱除SO2的同时，烟气中HCI、HF和飞灰以及石灰石中的杂质都会进入吸收塔浆液中，长期运行后吸收塔浆液的氯离子和飞灰中不断溶出的一些金属离子浓度会逐渐升高，不断增加的氯根和重金属离子浓度对吸收塔内SO2去除以及石膏晶体的形成产生不利的影响，并且过量氯离子将大量吸收Ca2+，增加石灰石的消耗。因此，为保证塔内化学反应的正常进行，运行中从浆液中排出一定量废水是非常重要。浆液中Cl-浓度及杂质含量升高改变了浆液的理化性质，影响了塔内化学反应的正常进行和石膏的结晶体的长大，同时杂质夹杂在石膏结晶之间，堵塞了游离水在结晶之间的通道，使石膏脱水变得困难。
（5）脱硫塔入口含尘量偏高，导致吸收塔浆液“中毒”
原烟气的飞灰进入吸收塔在一定程度上原烟气中的飞灰进入吸收塔浆液中在一定程度上阻碍了SO2与脱硫剂的接触，降低了石灰石中Ca2+的溶解速率，同时飞灰中不断溶出的一些重金属如Hg、Mg、Cd、Zn等离子会抑制Ca2+与HSO3-的反应，“封闭”了吸收剂的活性。由于除尘器效率不是很好，吸收塔变成了吸尘器，吸收塔浆液发黑，起泡，脱水时在石膏表明有一层黑色物质，在这种状况下再坚持运行可想而知。吸收塔浆液极易“中毒”。一旦发生“中毒”现象，就需要将浆液全部排出置换新鲜的浆液，造成很大的浪费，并影响脱硫系统的正常投入。吸收塔浆液？“中毒”后，需要较长时间纠正才能彻底改善，在此期间会浪费大量石灰石粉，排放大量浆液，提高了运行成本。
（6）石灰石品质发生变化（碳酸钙含量低，杂质多）
石灰石品质发生变化。石灰石粉的品质是影响脱硫运行的一个重要因素，其中碳酸钙含量及细度是关键，杂质增多或含量下降都会使浆液品质恶化，细度越细反应效果就越好。这就可能出现当碳酸钙含量及成品的细度发生较大变化时，其反应活性降低，极可能发生供浆过量，此时塔内浆液中含CaCO3量增大，由石灰石颗粒易粘结在一起，导致造成脱水困难现象的发生。另外如果石灰石原料中夹带黏土、泥沙等杂质，这些杂质状态不稳定，也会在一定程度上造成脱水困难的现象发生。一般要求入厂石灰石含量要求在90%以上。
（7）入炉煤含硫量突然发生变化，超设计值较多
入炉煤含硫量突然增大，导致吸收塔入口SO2浓度增大较大，而鼓入吸收塔的氧化空气量并未随之增加，特别当SO2浓度超过设计值，氧化风量也是无法改变，由于严重氧化不足，溶液中可溶性亚硫酸盐浓度增大将抑制CaCO3生成，可溶性亚硫酸盐结晶即CaSO3〃1/2H2O晶体，该物质是层状或针状晶体，尤其是针状晶体，形成的石膏颗粒小，粘性大，容易吸附在真空皮带机上，增加脱水的难度。
（8）石膏旋流器发生异常（压力调整不当，旋流子磨损）
石膏旋流器出口固体含量一般40～45%，发现内部堵塞及时处理，一般内部结垢以及沉沙嘴磨损超一般及时进行更换，注意监视控制入口压力值，否则旋流器分离效果较差，进入真空皮带机含水量加大，导致脱水困难，石膏相应含水量加大。 （9）真空皮带机异常
真空皮带机是石膏二次脱水的重要设备，脱水效果与浆液的性质、滤布的清洁程度、滤布的质量都有较大的关系。汽液分离器的表计直观地反映了皮带机的真空，真空皮带机的真空与石膏含水率呈有规律的变化，皮带机真空升高，反映出滤水通过滤布时的压降增加，反应出石膏含水率增大。其增加的原因：①脱水设备运行不正常，如滤布冲洗不干净或滤布使用周期过长都会使皮带机脱水效果变差，脱水不畅；②石膏浆液本身性质的变化，如浆液中小颗粒石膏晶体增多或浆液中的杂质含量增加等引起滤布过滤通道的堵塞，使浆液中的水不容易從滤布孔隙分离出来。若要达到一定的固液分离效果，必须使真空升高。如下图所示，可以明显看出，#2滤布纹路很粗，这种滤布较厚且致密性较差，浆液中的小颗粒物质极易镶嵌进去且难以冲出，会导致在脱水过程中真空度越来越高，脱水效果越来越差。
3 脱硫石膏湿度大的解决办法
（1）注意控制吸收塔内浆液密度，如密度计怀疑不准确，可以参照浆液循环泵正常时电流值，也可人工进行手动测量，注意必须保持密度达到规定时，方可启动石膏排出泵。
（2）保持pH值在5.5左右，防止过高或过低。过低可能造成脱硫效率的降低、腐蚀性加强，过高浆液中未反应的石灰石量增多，两种情况都不利于运行稳定。
（3）提高浆液氧化程度。同样浆液高度，若发现氧化风机电流升高，估计氧化风管结垢已经结垢严重，在吸收塔检修的过程中要对氧化风管进行清垢处理。另外、保持仪表准确程度是脱硫运行的关键，运行人员要加强对运行参数的监测分析，发现不正常时应查找原因，及时调整，防止多参数发生变化，给问题的处理造成困难。
（4）加强废水排放，控制吸收塔内CL-含量在10000ppm以下不超标。
（5）需要对加强对除尘器全面检查，对于电除尘器应加强设备运行维护，确保各电场工作正常；对于布袋除尘器应关注其差压变化，确保布袋除尘器滤袋无破损，喷吹系统运行正常。
（6）严密监督石灰石质量。对此制定严格的管理制定，确保车车化验，严格考核。日常积极与供货厂家沟通，让厂家清楚脱硫生产过程，明白脱硫的重要性及严肃性，加强前期管理。
（7）合理配煤，维持合适的入炉煤含硫量。在保证脱硫系统能长期正常运行的前提下，降低燃煤采购成本。
（8）加强对石膏旋流器的监控及维修。对于石膏旋流站的操作并不多，除了调整压力定期清理内部结垢以外并没有太多手段。日常要加强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为最佳，接近直流时效果已经变差，此时可以考虑更换沉砂嘴。另外底流量过少也要考虑更换旋流器。再者就是停运后增加冲洗时间，防止浆液在旋流子中沉淀结垢。
（9）保持真空皮带机的最佳工作状态。关注滤布的运行状况，保持稳定的滤布冲洗水压力，调整合理的皮带转速，发现真空异常时及时清理真空罐中的杂物等等。
4 结束语
影响脱硫石膏含水率的原因比较多，本文对可能的原因进行了初步总结，所阐述的不一定全面，在实际生产运行过程中，还需加强摸索，并有针对性的进行调整，这样一定能控制好脱硫石膏含水率，确保脱硫系统安全、环保、经济运行。
参考文献
[1]大唐石门发电有限责任公司一期脱硫运行规程.
[2]（DL/T1149-2010）火电厂石灰石∕石灰-石膏湿法烟气脱硫系统运行导则.
收稿日期：2018-8-13
作者简介：周本锋（1974-），男，工程师，本科，主要从事火力发电厂锅炉、环保生产技术管理工作。