影响烟气脱硫石膏附着水质量分数的因素分析
影响烟气脱硫石膏附着水质量分数的因素分析
于 峥
（广州珠江电力有限公司，广州５１１４５７）
摘 要：针对石灰石／石膏湿法烟气脱硫系统中出现的石膏附着水超标问题，结合实例从脱硫化学检测入手进行分析，综合考虑设备状况和系统实际运行方式等方面，指出了该脱硫石膏从结晶到脱水全过程中存在的问题，并提出保证石膏品质的措施。
关键词：脱硫；石膏；附着水；控制
１ 石灰石／石膏法脱硫工作原理
在石灰石／石膏法脱硫工艺中，吸收塔内的石膏浆液通过石膏排出泵送入石膏水力旋流站浓缩，水力旋流器按照石膏颗粒的粒度对石膏浆液进行分选，浓缩后的石膏浆液进入真空皮带脱水机，稀浆液被送至缓冲箱，期间开启滤饼冲洗水冲洗石膏滤饼，降低杂质中氯、氟等离子的质量浓度，石膏过滤水收集在滤液箱中，经脱水处理后的石膏由皮带输送机送入石膏料仓存放待运，石膏旋流站出来的溢流浆液一部分进入废水旋流站，一部分返回吸收塔循环使用。
２ 机组概况
某电厂在运４台３００ＭＷ 燃煤机组，总装机容量１ ２００ＭＷ。湿法石灰石／石膏烟气脱硫装置（ＦＧＤ）采用二炉一塔（１、２号锅炉为一塔，３、４号锅炉为一塔）设计，每套装置的烟气处理能力为２台锅炉１００％ＢＭＣＲ工况时的烟气量，公用装置包括石灰石浆液制备、石膏脱水、工艺水、压缩空气、废水处理等系统，脱硫效率按大于９１％设计。石膏脱水系统包括：２套石膏旋流系统；２台真空皮带脱水机，每台真空皮带脱水机的额定容量按４台锅炉ＢＭＣＲ工况运行时产生的石膏浆液量的７５％配置；水环式真空泵；一套滤液分离系统；一套滤布冲洗水箱和冲洗水泵；石膏饼厚度监测系统等。２套系统的石膏旋流器能交叉运行，石膏表面附着水质量分数≤１０％为达标。
该厂２套ＦＧＤ投入运行初期，生产状况比较稳定，石膏附着水质量分数一直控制在保证值内；但２０１０年１月以后的一段时间，石膏附着水严重超标，滤饼有“浆液化”倾向，造成积料堵塞，影响生产过程的正常进行，见图１。
３ 石膏附着水质量分数超标原因
石膏附着水质量分数是脱水系统的重要性能指标，综合反映了系统的工作状况。如果附着水质量分数过高，石膏的黏性增强，在装载、提升、输送的过程中极易黏附在各种设备容器上［１］，不仅导致石膏卸料困难，而且造成较大范围的环境污染。影响石膏附着水质量分数的因素有很多，如烟尘引起石膏（干态）中的酸性不溶物质量分数超标，石膏在浆液中的过饱和度［２］，氧化空气用量及利用率，石膏晶体的粒度形状和大小，石膏浆液氯离子质量浓度过高，在线检测仪表偏差影响运行人员对工况值的调整等，这些都将造成石膏脱水不畅。为了查找石膏附着水质量分数超标的主要原因，对石膏皮带上样本进行分析，结果见表１。
３．１ 影响石膏浆液品质的因素
３．１．１ 石灰石品质
石灰石品质的好坏直接影响到石膏浆液中硫酸盐和亚硫酸盐的质量分数［３］，其杂质质量分数将造成离子的迁移性降低，石膏结晶变坏。从表２化验室分析数据反映：石灰石浆液中Ｍｇ２＋质量分数普遍偏高，不仅降低了石灰石的活性，增大浆液的黏度；而且石灰石磨得太细导致反应速度太快，进入系统的石灰石浆液与ＳＯ２迅速反应，生成大量细小针状及层状晶体［４］，造成包裹，无法形成合格的短柱状或粒状晶体，进而影响副产物的沉淀，致使石膏中残留过量的Ｍｇ２＋（表１）堵塞真空皮带机上的滤布，影响石膏的脱水性能。
３．１．２ｐＨ 值
石膏结晶体粒径越大，其脱水性能越好［５］。浆液的ｐＨ 值是控制石膏粒径的主要因素，工艺上通过控制石膏浆液的相对饱和度来保证石膏的生成。吸收塔浆液池中的ｐＨ值是通过调节石灰石浆液的投放量来控制的，而加入塔内新制备石灰石浆液的量取决于预计的锅炉负荷、ＳＯ２含量以及实际的吸收塔浆液的ｐＨ值。由表１数据发现：残留在石膏中的ＣａＣＯ３和ＣａＳＯ３·１／２Ｈ２Ｏ质量分数偏高，当吸收塔循环浆液中含有的未溶解石灰石增多，随着ＳＯ２的吸收，溶解度的变化使滤液中的ＣａＳＯ３·１／２Ｈ２Ｏ析出沉积在石灰石表面，使石灰石颗粒表面钝化，阻碍了石灰石在塔内进行充分的消溶反应。５０℃时不同ｐＨ值下石灰石、ＣａＳＯ３·１／２Ｈ２Ｏ和ＣａＳＯ４·２Ｈ２Ｏ的质量浓度见表３。
当含有脱硫副产品石膏浆液从旋流器底部排出，残留在石膏中ＣａＣＯ３质量分数高，由于过高的ｐＨ值造成浆液中的ＨＳＯ－３和未溶解ＣａＣＯ３的增加，又影响了Ｃａ２＋、ＨＳＯ－３和Ｏ２之间的氧化反应速度［６］。当氧化风量无法满足系统要求，将改变ＣａＳＯ３·１／２Ｈ２Ｏ的氧化速率，进而影响浆液中石膏的相对过饱和度，导致ＣａＳＯ３·１／２Ｈ２Ｏ质量分数偏高、ＣａＳＯ４·２Ｈ２Ｏ质量分数偏低，附着水质量分数上升。该厂石膏中ＣａＳＯ３·１／２Ｈ２Ｏ、ＣａＣＯ３和ＣａＳＯ４·２Ｈ２Ｏ质量分数随ｐＨ值的变化曲线见图２。
３．２ 影响脱水系统的正常运行
３．２．１ 废水排放量不稳定
脱硫系统中排出的废水取自废水旋流器的溢流，夹杂了从飞灰、脱硫剂中带来的杂质以及未溶解的石灰石。在ＦＧＤ系统中，Ｃｌ－主要以可溶性的ＣａＣｌ２存在。随着系统运行，Ｃｌ－会在系统中不断富集；与Ｃｌ－一样，飞灰也会在系统中不断积累。为了保证石膏纯度，降低石膏中杂质质量浓度，必须排放废水。由于该厂一直燃用低硫煤，Ｃｌ－质量浓度低未超出设计（限）值，废水排放量应根据Ｃｌ－质量浓度和微细粉尘质量浓度来确定排放量。图３为石膏附着水质量分数与运行参数的关联图。
从图３可以看出：废水的排放量极不稳定。只有一套脱硫系统投运时，废水排放量时高（２６．１ｍ３／ｈ）时低（１６．７２ｍ３／ｈ），当两套系统同时投运时，废水排放量也有时低至１８ｍ３／ｈ；远远低于设计流量４０ｍ３／ｈ。经查找运行记录发现：石灰乳制备系统的制备箱料位计长期堵塞，无法正常投运，致使废水排放量少而不稳定，导致吸收塔浆液中的杂质质量浓度增加，石膏中酸性不溶物质量分数增加（数据见表１），影响了石膏结晶体的长大，堵塞了游离水在结晶之间的通道，使石膏脱水变得不畅。
３．２．２ 真空度的影响
从图３可见：真空度与石膏的附着水呈规律性变化，真空度高时，石膏附着水质量分数增大。皮带机的真空度突然升高，意味着脱水设备运行不正常，或者石膏浆液本身性质的变化。经检修人员现场检查脱水设备运行正常，查表１数据后发现石膏中的杂质和ＣａＳＯ３·１／２Ｈ２Ｏ质量分数呈上升趋势，说明单纯提高真空度非但没有降低石膏的附着水质量分数，反而使含有大量水分的ＣａＳＯ３·１／２Ｈ２Ｏ的晶族呈开放多孔状，未氧化的ＣａＳＯ３·１／２Ｈ２Ｏ在石膏晶体上结晶，细小颗粒吸附着大量的浆液，致使石膏粒径层次不齐，呈针状的浆液堵塞滤布，造成石膏脱水性能变差。
３．２．３ 滤布堵塞
滤布堵塞也是直接影响石膏脱水效果的因素之一。造成滤布堵塞的原因有很多：Ｃｌ－、飞灰、滤饼冲洗水不足、喷嘴堵塞等。排除设备原因，从图３可知：在启排石膏时滤饼冲洗水并没有定期连续开启，脱水后的石膏滤饼在冲洗不够或没有冲洗的情况下，Ｃｌ－、杂质在系统中不断富集，使石膏的脱水性降低。
４ 控制措施
４．１ 选择合适的ｐＨ值，确保石灰石浆液品质
虽然浆液中ｐＨ值的增加在一定程度上可以提高脱硫效率，但通过增加石灰石供应量来提高脱硫率的裕度并不大［７］。根据邓志银等［８］的研究，ＣａＳＯ４的晶须生长过程随ｐＨ值增加先增加后降低，选择ｐＨ值为５．０～５．６时适宜，此时酸性气体的脱除率和石灰石的溶解速度高。通过加入石灰石将吸收塔浆池内的ｐＨ值控制在最佳范围内，并选用含碱低、有害杂质较少的石灰石浆液，既可以保证较高的脱硫率，又可以得到高品位的石膏晶体；同时还可降低设备的结垢速率。
４．２ 加强化学分析工作
加强化学管理工作，确保吸收塔浆液成分正常。分别制定日常运行和事故状态下分析项目和频次的工作制度，根据脱硫效果和化学分析报告，及时调整氧化风机风量，使浆液中的ＣａＳＯ３完全氧化成ＣａＳＯ４，建立监测数据与运行操作紧密联系的分析管理制度，使监测数据真正起到监督、指导运行的作用。
４．３ 加强设备维护和运行管理
为保证吸收塔内反应正常进行及石膏的品质，必须保证废水的连续稳定排放和滤饼冲洗水流量，以降低吸收塔内Ｃｌ－和杂质质量分数；严密监视皮带机运行参数，控制皮带机真空度，加强对运行人员的培训管理，使他们可以利用表盘数据定性分析石膏品质，对运行工况值做出相应调整，及时修正不正常工作状态。
５ 结语
石膏的氧化、结晶过程主要在吸收塔浆池内进行，浆液必须在吸收塔内有足够的停留时间，以生成结构致密、粒径分布合理的结晶，才能保证其脱水率。ＦＧＤ系统就像一个“化工厂”，只有从系统化学循环中获得经验和知识，才能控制好吸收塔内的化学反应和结晶条件，调整好石膏脱水系统设备状态，减少浆液中Ｃｌ－、ＣａＳＯ３·１／２Ｈ２Ｏ和杂质的质量分数，防止滤布堵塞，降低石膏附着水质量分数。