脱硫石膏脱水困难原因分析及对策
摘要：
河源电厂烟气脱硫系统自投运以来， 脱硫石膏含水率多次升高， 最高时达50%， 使储存、运输及再利用受到严重影响。结合脱硫设计和运行情况， 对可能引起此问题的多种原因进行分析并逐一排查， 最终确认是脱硫工艺水所补充的循环冷却水排污水中的阻垢剂所致。通过对工艺水来源的临时更换和添加石膏晶种， 有效遏制了脱硫石膏品质恶化。为使问题得到彻底解决， 对原本作为脱硫工艺水源之一的循环冷却水排污水进行了“去阻垢剂” 处理， 在保证脱硫石膏正常的情况下恢复了全厂原有的水系统平衡， 达到废水零排放， 电厂的环保能力和经济效益均得到提高。
关键词：燃煤电厂；烟气脱硫；石膏；循环冷却水；阻垢剂
燃煤电厂石灰石-石膏湿式烟气脱硫系统运行过程中， 石膏脱水困难是较为常见的问题。在整个脱硫反应过程中， 石膏晶种的形成和生长受到石灰石粒度、浆液pH 值、杂质、工艺水质、氧化风量、反应时间等多种因素的影响。
河源电厂脱硫采用石灰石-石膏湿法工艺， 工艺用水来源为处理后的工业废水， 其成分较为复杂多变。该系统投运7 年来， 数次发生石膏结晶不佳、含水率高的情况。 系统能否维持良好性能成为环保工作的关键。石膏含水率高的问题得到解决
可使烟气排放、固废处理、废水零排放三大体系保持良性循环， 有利于环保和经济效益的提高。
河源电厂2×600 MW 超超临界机组采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺， 1 炉1 塔， 2 台脱硫塔共用1 套石灰石制备系统和1 套石膏脱水系统。脱硫工艺流程如图1 所示， 图中实线为脱硫工艺介质， 虚线为水介质。脱硫工艺用水采用处理后的工业废水及闭式循环冷却塔排污水（以下简称复用水）， 即脱硫工艺用水处于全厂水平衡系统的关键位置。
正常情况下， 脱硫石膏含水率一般在13%左右。2015 年5～6 月， 脱硫石膏含水率呈明显升高趋势， 平均达到22%；其中单日最高值达40%～50%， 石膏呈流体状， 且粘性很大， 和正常结晶的石膏完全不同。吸收塔浆液取样后长时间放置，大部分石膏颗粒仍呈悬浮状态， 说明石膏颗粒很小， 结晶过程受到了干扰， 无法正常结晶长大。
通过常规运行调整， 如加大脱硫废水排放、降低吸收塔浆液pH 值（5.0～5.5）， 调整石膏旋流器入口压力、调整真空皮带机频率和石膏滤饼厚度等， 石膏浆液品质并未好转。
脱硫过程中石膏晶体的生成及生长， 涉及脱硫工艺的绝大多数环节。导致其含水率高的原因有很多， 可分为设备原因、系统原因、介质原因等。为此， 对石膏在脱硫塔内生成， 直到脱水机脱除水分的工艺流程逐项检查， 将可能影响石膏含水率的因素一一罗列， 并采用比对分析的方法进行排查。
3.1 设备原因分析与排除
对脱硫系统内与脱水有关的设备包括石膏旋流器、真空皮带脱水机等进行检查， 结果列于表1。由表1 可见， 脱水系统设备正常， 排除其对石膏问题的影响。
表1 石膏脱水设备运行状况
3.2 系统原因分析与排除
对1、2 号吸收塔浆液2 个月来的运行数据进行分析， 结果显示， 浆液pH 值基本在5.2~5.7，浆液密度为1.09~1.12 g/cm3， 氯离子质量浓度为5 000~ 8 000 mg/L， 碳酸钙质量分数大多低于2%， 亚硫酸钙质量分数均低于0.2%， 酸不溶物质量分数基本低于2%， 硫酸钙质量分数在90%以下。对比正常运行时的状况， 浆液各项指标均处于合格状态。
3.3 介质原因分析与排除
考虑到该脱硫设备已稳定运行近7 年， 一些常规的影响因素如系统温度、饱和度、浆液循环停留时间、烟气流量、液气比等， 在运行中不会突然发生较大变化， 在此不予分析。浆液中的杂质对结晶过程同样有重要的影响， 其主要来自石
灰石、也有可能来自加入的水、烟气或是腐蚀的设备， 因此从可能带入系统的杂质入手， 分析烟气、石灰石、工艺水3 种介质是否带有杂质或短期内发生改变引起石膏品质恶化。
3.3.1 烟气
烟气中与石膏晶体形成有关的参数为SO2和粉尘含量。SO2含量变化对石膏的作用较微弱，一般通过影响液相碱度引起液膜阻力增加。而当烟气中体积细小的粉尘含量过高时， 粉尘会直接包裹在CaCO3和亚硫酸盐晶体表面阻止反应， 降低石膏浆液品质。粉尘中的氟铝络合物对CaCO3的“包裹” 作用也会使脱硫效率下降， 从而降低浆液中的石膏含量， 造成石膏脱水困难。对近1 年进入脱硫塔烟气成分进行了分析，无论是1 号还是2 号脱硫吸收塔， 其入口SO2、粉尘含量并没有发生明显变化， 均控制在设计值之内， 在石膏品质恶化期的各项指标都在历史范围内或低于历史数值， 说明烟气对石膏品质并无影响。
3.3.2 石灰石
石灰石中常含有少量MgCO3， 在浆液中以溶解形式或白云石形式存在。溶解后的Mg2+会影响结晶或增大浆液黏度而不利于过滤， 而白云石因不溶解而随副产物离开系统， 因此要求石灰石中CaCO3的质量分数不低于90%。对近1 年来石灰石的纯度以及MgCO3含量进行了查验， 可知近3个月来石灰石纯度符合标准， MgCO3也在控制范围内， 未发生较大的变化；石灰石浆液颗粒度较低， 但与之前的相比并无显著变化， 说明石灰石品质并非影响石膏结晶的关键因素。
3.3.3 工艺用水水质
脱硫工艺用水主要用于脱硫塔补水、石灰石制浆系统， 一般含有可溶性盐， 此外有机物如检修机油等也会通过地坑进入脱硫塔， 因此吸收塔用水来源复杂。电厂自投产以来， 一直使用复用水作为脱硫系统工艺用水。电厂复用水为机组冷却塔循环冷却水的排污水（循环冷却水为高倍浓缩， 间断排污）、制水系统反渗透的浓缩废水和处理达标后的工业废水（包括制水设备的冲洗水和反洗水、凝结水精处理设备的冲洗水、机组大修期间空气预热器及炉膛受热表面冲洗水）。由此可知， 复用水的来源广泛， 成分复杂且并非一成不变。其中循环冷却水（简称循环水）排污水中所添加的阻垢剂， 理论上能够阻碍脱硫石膏晶粒长大。复用水、循环水排污水以及工业水的水质由表2所示。
从 表2 结果可知， 相对于水质较好的工业水，复用水所含阳离子较多， 电导率增大， 而循环水排污水离子含量更多， 电导率高， 溶解固形物含
量高（质量浓度为598 mg/L）。
分析河源电厂2014 年3 月2 日至2015 年10月23 日脱硫工艺水质变化趋势， 电导率在2015年4 月到6 月之间表现出上升的趋势， 从600 μS/cm 左右上升到1 200 μS/cm 左右（见图2）， 硬度与氯根的变化与电导率相似。电导率显著上升是由于循环水加入了过量的阻垢剂， 使循环水的浓缩倍率上升， 同时阻垢剂随着冷却塔排水进入到复用水中， 再流入脱硫系统， 造成石膏晶体生长不利。因此， 对于用作脱硫工艺用水的复用水，仍需要进一步处理， 使其不影响石膏结晶之后才能再次投用。
对于脱硫工艺水质问题， 先由工业用水临时代替复用水， 并投加外购的石膏晶种。待石膏浆液恢复到应有的品质之后， 再逐步使用复用水，重要的是在复用水重新启用之前， 需对其进行“去阻垢剂” 处理。
4.1 恢复脱硫塔浆液品质
自2015 年6 月底开始， 脱硫工艺水补充水由复用水改为水质较好的工业水。为了加快置换浆液， 将吸收塔浆液排至事故浆液箱， 并陆续向1、2 号吸收塔分别加入60、68 t 外购的石膏晶种，两塔石膏浆液开始好转， 脱水后的石膏落入石膏
库呈松散粉末状， 石膏含水率慢慢下降。脱硫塔浆液含固率以及脱水石膏含水率的变化情况如图3 所示。
由图3 可见， 自2015 年7 月5 日， 石膏含水率开始有了明显下降， 至2015 年7 月12 日，2 台脱硫系统石膏含水率基本恢复到正常水平，即石膏含水率为12%～15%， 说明浆液品质已恢复正常。
4.2 复用水“去阻垢剂” 处理
复用水中含有循环水排污水， 其中的阻垢剂阻碍脱硫石膏晶粒长大， 导致石膏含水率偏高，拟采用熟石灰对循环水排污水进行处理， 为此进行了小型试验。试验情况：在循环水排污水中加入熟石灰粉， 单纯调节pH 值， 考察沉淀效果，发现当pH 值为12 时水质失稳， 即阻垢剂的水质稳定效果被破坏， 沉淀物能很好地沉淀下来。本文称该处理方式为“去阻垢剂” 处理， 工业应用方法如下。
将循环水排污水排入工业废水池， 向其中投加熟石灰粉使其pH 值达到12 并曝气， 之后通过正常工业废水处理系统进行处理， 使水中的阻垢剂协同水中悬浮物及生成的沉淀物进行物理沉降，达到去除阻垢剂效果， 最后将处理后的循环水排污水作为脱硫工艺水补充水， 并监测石膏含水率变化情况。在循环水排污水进入工业废水系统处理期间， 持续监测工业废水池内的水质， 分析结果说明熟石灰粉能够去除阻垢剂， 处理后的循环水排污水可以作为脱硫工艺水水源。
4.3 “去阻垢剂” 处理后的复用水进入脱硫系统
为了满足全厂水平衡关系， 脱硫工艺水需恢复到原来方式运行（由复用水补充）。为了防止石膏品质再次恶化， 脱硫系统工艺水采用复用水逐步更换工业水方式， 即根据石膏品质变化按比例逐渐恢复。
逐步补水方案：按2 台脱硫工艺用水约1 500m3/d 计算， 拟定复用水和工业水按1∶4、2∶3、3∶2、4∶1、5∶0 的比例方式逐步进行替换， 每个比例运行周期为7 天， 逐步增加复用水比例， 直到完全恢复。
此过程注意事项：
（1）密切监视真空泵负压变化情况， 真空泵运行负压不低于50 kPa， 低于50 kPa 时运行人员立即汇报以便作出相应调整；
（2）脱水机运行期间， 运行人员每间隔1 h 巡视石膏变化情况1 次， 发现异常及时汇报；
（3）化验人员每天分析石膏水分， 石膏水分不得高于20%，超出时应立即汇报， 暂停置换水源。
河源电厂共有4 个工业废水池。第1 池复用水处理结束后按照上述方法逐步将复用水补入吸收塔， 石膏含水率和工艺水电导率的变化趋势如图4 所示。
由图4 可见， 工艺水箱水电导率自处理后的复用水补充后第3 天起变化明显， 电导率、硬度等成倍增加， 但石膏品质没有受到影响， 含水率仍保持在12%～13%。说明对复用水的“ 去阻垢剂” 处理成功遏制了阻垢剂的影响， 恢复了石膏
的结晶能力。复用水经过处理之后持续跟踪1 年有余， 脱硫水质稳定， 石膏含水率保持在13%以下。
本文研究结果表明， 脱硫石膏含水率过高引起脱水困难， 其主要原因在于石膏结晶过程受到影响， 晶体细小。利用现有废水处理设备， 对影响石膏晶种生长的循环水排污水进行处理， 破坏阻垢剂的水稳效果， 使问题得到解决。处理后的复用水重新用作脱硫系统工艺用水， 可使电厂原有的水平衡体系得到恢复， 达到节水减排的效果。本文方法可供有类似问题的电厂借鉴。
沈健 董强强 黄剑文 中国电力
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