結(jié)合山西大土河焦化有限責(zé)任公司熱電一分廠3×75t/h循環(huán)流化床鍋爐石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工程實(shí)例，針對(duì)石膏脫水異常導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)無法正常運(yùn)行的問題，采用定性分析方法，根據(jù)漿液顏色其及沉降分離狀況，以及漿液脫水濾餅外觀，快速準(zhǔn)確地判斷出其主要原因?yàn)闈{液中飛灰、CaSO3?1/2H2O和未溶解的氫氧化鈣含量過高。采用降低飛灰含量，疏通氧化空氣管路，投加石膏晶種和及時(shí)調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)的方法，使問題得以解決。所采用的定性分析方法適用于脫硫工程中的應(yīng)急處理。

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫是目前應(yīng)用很廣泛的一種脫硫技術(shù)，其原理是采用石灰粉制成漿液作為脫硫吸收劑，其與進(jìn)入吸收塔的煙氣逆流接觸煙氣中的SO2與漿液中的氫氧化鈣以及鼓入的氧化空氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，最終生成石膏。

石膏漿液脫水是石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置中必不可少的環(huán)節(jié)。若塔內(nèi)漿液不能正常脫水，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，塔內(nèi)只有石灰漿液加入而沒有石膏漿液排出，其結(jié)果將導(dǎo)致一系列問題的發(fā)生：漿液密度越來越大，塔內(nèi)漿液液位升高甚至出現(xiàn)溢流，循環(huán)泵電流和氧化風(fēng)機(jī)電流增大，攪拌裝置超負(fù)荷運(yùn)行，塔底出現(xiàn)大量沉淀，管路堵塞、磨損嚴(yán)重等，并最終導(dǎo)致系統(tǒng)被迫停運(yùn)。

由此可見，石膏脫水系統(tǒng)的正常運(yùn)行是脫硫系統(tǒng)運(yùn)行中極為重要的一環(huán)，因而成為近年來研究的熱點(diǎn)。本文結(jié)合山西大土河焦化有限責(zé)任公司熱電一分廠3x75t/h循環(huán)流化床鍋爐石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)石膏脫水困難的實(shí)例，對(duì)石膏脫水系統(tǒng)是否出現(xiàn)異常提出了一種簡(jiǎn)單有效的定性分析判斷方法及解決問題的對(duì)策。

1工程概況

山西大土河焦化有限責(zé)任公司熱電一分廠3x75t/h循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硫系統(tǒng)選擇傳統(tǒng)的石灰石-石膏濕法脫硫工藝，工藝參數(shù)如表1所示。

表1：3x75t/h循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硫系統(tǒng)工藝參數(shù)

脫硫系統(tǒng)采用1爐1塔，3套系統(tǒng)共用1套石灰制漿系統(tǒng)，2臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)(1用1備)和1套石膏脫水系統(tǒng)，工藝流程如圖1所示。

圖1脫硫工藝流程

石灰粉在化灰池中制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-10%的漿液，配制好的漿液送入石灰供漿箱待用。鍋爐煙氣經(jīng)電除塵后，進(jìn)入脫硫塔與石灰漿液逆流接觸脫除SO2。正常運(yùn)行時(shí),塔內(nèi)液位控制在5m左右,塔內(nèi)漿液pH值控制在5.8~6.5，石膏脫水系統(tǒng)采用二級(jí)脫水工藝，石膏漿液先經(jīng)過旋流器進(jìn)行一級(jí)脫水，石膏漿液質(zhì)量升數(shù)由20%-25%濃縮至40%-50%。然后由石膏旋流器底部落入真空皮帶脫水機(jī)進(jìn)行二級(jí)脫水,從而得到含水率較低的石膏。

2系統(tǒng)運(yùn)行異常狀況及分析

該脫硫系統(tǒng)于2011年3月初建成，并初步開始調(diào)試運(yùn)行。運(yùn)行初期，主要設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)良好，脫硫效率可達(dá)97%以上，石膏漿液脫水正常。投運(yùn)2周后，3套系統(tǒng)均出現(xiàn)石膏漿液脫水困難的現(xiàn)象，脫水后的石膏粘性大，含水率高，不成型，難以外運(yùn)處理。即便多次采取拋棄塔內(nèi)原漿液，用新漿液置換原漿液的方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，石膏漿液依然不能脫水。為查出問題根源，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了細(xì)致觀察，發(fā)現(xiàn)存在以下異常現(xiàn)象。

(1)漿液不沉淀。運(yùn)行期間，多次對(duì)塔內(nèi)漿液取樣，發(fā)現(xiàn)漿液成灰白色，靜置4-6h后，漿液仍成懸浮狀態(tài)，幾乎不沉淀或產(chǎn)生很少量沉淀(見圖2a)，脫水較好的石膏漿液一般可在5-20min幾乎完全沉淀(見圖2b)。上述漿液不沉淀現(xiàn)象說明石膏結(jié)晶不佳。

圖2石膏漿液沉淀效果

(2)漿液表層出現(xiàn)黑色漂浮物。脫水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，真空皮帶機(jī)濾布上面的漿液表層出現(xiàn)大面積黑色漂浮物(見圖3)。據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，其主要為飛灰。原因是電除塵器運(yùn)行效果不好，造成大量飛灰淤積到了脫硫系統(tǒng)漿液中。飛灰太多，會(huì)導(dǎo)致塔內(nèi)CaSO3?1/2H2O無法及時(shí)氧化為CaS04?2H20。

CaSO3?1/2H2O為膠體狀物質(zhì)，透氣性很差，即使增加真空泵的真空度也無法很好脫去其中的水分而且還會(huì)降低濾布的使用壽命。正常脫水時(shí)的濾餅厚度為2-3cm，石膏漿液脫水異常時(shí)，濾布上濾餅厚度僅為0.5cm左右，與正常值差距較大，且濾餅上面覆蓋的水層無法脫除。用手揉搓濾餅，發(fā)現(xiàn)濾餅粘性較大，含水率很高。據(jù)此可以判斷漿液中CaSO3?1/2H2O含量和飛灰含量超標(biāo)。

圖3漿液表層的黑色漂浮物

(3)脫出石膏成糊狀。石膏漿液脫水異常時(shí)，脫出的石膏成糊狀，粘性大，含水率高，且不成型，難以運(yùn)輸(見圖4a)，脫水很差的石膏在日光下曬一段時(shí)間可結(jié)成灰白色硬塊，與脫水較好的石膏存在較大差別。脫水較好的石膏如圖4b所示，外觀看起來比較松散，用手揉搓有滑膩感，日光下易失水變成干鬆狀態(tài)。

圖4脫水狀況不同的石膏

(4)出現(xiàn)壞漿現(xiàn)象。石膏漿液脫水異常時(shí)漿液pH值在5.8~6.5，略偏低，脫硫效率很低僅能保持在60%-70%。取樣觀察發(fā)現(xiàn),漿液呈白色，即產(chǎn)生了壞漿現(xiàn)象。所謂壞漿，即不能發(fā)揮脫硫作用的石灰漿液。分析認(rèn)為，這是漿液中未溶解的氫氧化鈣被大量粘性大、顆粒小的亞硫酸鈣晶體以及飛灰包裹所致(見圖5a)，未溶解的氫氧化鈣顆粒周圍覆蓋著大量飛灰和亞硫酸鈣晶體堵塞了氫氧化鈣顆粒溶解通道，致使?jié){液pH值偏低，脫硫效率降低。

此外，氧化不充分，漿液中生成的多為晶粒較小、難于脫水的針狀或?qū)訝頒aSO3?1/2H2O晶體。即便產(chǎn)生小部夯CaS04?2H20晶體，一方面晶體顆粒太小，達(dá)不到短柱狀易脫水石膏晶體的要求；另一方面，亞硫酸鈣和飛灰含量占優(yōu)勢(shì)，小顆粒CaS04?2H20晶體也很容易被亞硫酸鈣和飛灰包裹，堵塞脫水通道(見圖5b)，也即漿液中飛灰或其他雜質(zhì)過多，會(huì)抑制石膏晶體生長(zhǎng)及氧化。

圖5：Ca(OH)2和CaSO4?2H20被包裹示意

3措施

石膏漿液脫水困難主要原因有：漿液中飛灰過多，未溶解的氫氧化鈣含量過高，針狀或?qū)訝頒aSO3?1/2H2O晶體過多，脫硫廢水處理系統(tǒng)不能正常投用，導(dǎo)致系統(tǒng)中雜質(zhì)無法排出，煤種硫分偏高導(dǎo)致煙氣脫硫裝置進(jìn)口煙氣中含硫量遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值，漿液過飽和度、pH值及氧化空氣量控制不當(dāng)?shù)取?/span>

根據(jù)上文觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行定性介析，認(rèn)為石膏脫水困難主要原因?yàn)闈{液中飛灰、CaSO3?1/2H2O和未溶解的氫氧化鈣含量過高，據(jù)此采取了以下措施，使系統(tǒng)脫水恢復(fù)正常。

3.1降低飛灰含量

煙氣中飛灰含量過高時(shí)，將會(huì)對(duì)石灰的溶解遇此情況，及石膏的結(jié)晶產(chǎn)生負(fù)面影響。及時(shí)提高電除塵器電場(chǎng)的參數(shù)，確保煙氣中的含塵量在150mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))以下。

3.2疏通氧化空氣管路

氧化空氣量不足會(huì)導(dǎo)致石膏氧化過程反應(yīng)不完全，使?jié){液中存在過多的CaSO3?1/2H2O，從而影響石膏的品質(zhì)并導(dǎo)致石膏脫水性能下降，因此必須提供足夠量的氧化空氣。運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)氧化風(fēng)機(jī)電流偏大，氧化風(fēng)管表面和出口冷卻水溫度偏高，基本確定為氧化風(fēng)管結(jié)垢堵塞。此種情況下，要及時(shí)對(duì)曝氣管路進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的沖洗和疏通，直至運(yùn)行電流、氧化風(fēng)管表面和出口冷卻水溫度恢復(fù)正常。

3.3投加石膏晶種

在控制飛灰含量和確保氧化充分的條件下，向塔內(nèi)投加3%～7%，脫水較好的石膏晶體，連續(xù)運(yùn)行6-8h后，漿液密度和pH值均可達(dá)到運(yùn)行要求。此后，啟動(dòng)石膏排出泵及后續(xù)脫水系統(tǒng)，即可取得較好的脫水效果。其機(jī)理如圖6所示。

圖6大顆粒石膏晶體形成過程示意

隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液趨于過飽和狀態(tài)，大量被包裹的小顆粒CaSO4?2H20晶體逐漸向晶種方向遷移，并最終成為晶種的一部分，進(jìn)而使晶種越來越大，使其脫水更容易。小顆粒的CaSO4?2H20晶體在遷移過程中，破壞了原本較為嚴(yán)密的包裹結(jié)構(gòu)，打開了外部的包裹通道，使原包裹結(jié)構(gòu)被迫解體，被包裹的Ca(OH)2顆粒得以溶解CaSO3?1/2H2O晶體可被充分氧化，塔內(nèi)平衡重新建立，系統(tǒng)很快恢復(fù)正常運(yùn)行。

由于飛灰含量得到控制，氧化空氣量得到了保證以及投入CaSO4?2H20晶種重新構(gòu)建了塔內(nèi)漿液的平衡，短時(shí)期內(nèi)脫硫系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)石膏脫水困難的現(xiàn)象。

投加石膏晶種的方法在本工程3套系統(tǒng)中分別試驗(yàn)，均取得較好的效果。

3.4及時(shí)調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)

通常火電廠不具備對(duì)脫硫石膏漿液成分進(jìn)行檢測(cè)的條件，因此，當(dāng)石膏漿液脫水困難時(shí)，很難根據(jù)其成分定量分析系統(tǒng)存在的問題；即便有些電廠具備檢測(cè)條件，也因測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)而無法對(duì)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時(shí)糾正。

此時(shí)可根據(jù)客觀現(xiàn)象，對(duì)問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行定性分析，以便對(duì)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行快速進(jìn)行調(diào)整。此外，脫硫系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可能遇到煤種的變化，導(dǎo)致煙氣中SO2含量很高。對(duì)于已建脫硫系統(tǒng)，氧化風(fēng)機(jī)風(fēng)量已經(jīng)確定，當(dāng)SO2含量遠(yuǎn)超系統(tǒng)設(shè)計(jì)上限時(shí)，很可能導(dǎo)致漿液氧化不充分。若變更氧化系統(tǒng)則比較困難，且得不償失。

由于原煙氣中剩余氧氣對(duì)漿液有一定氧化作用，此時(shí)可加大液氣比，縮短塔內(nèi)漿液停留時(shí)間，對(duì)漿液進(jìn)行強(qiáng)制氧化。除此之外，也可采取煤中摻燒石灰石的措施，在爐內(nèi)進(jìn)行前置脫硫，降低原煙氣中SO2含量，進(jìn)而保證后續(xù)脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行。這2種方法在本工程中作為應(yīng)急處理，均取得了較好的運(yùn)用效果。

4結(jié)語

石膏漿液不能脫水原因很多，遇此情況，不要盲目拋棄原漿液，而要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采取排除法逐步查明原因，以免浪費(fèi)人力物力。本文采用定性分析方法，根據(jù)漿液顏色其及沉降分離狀況，以及漿液脫水濾餅外觀，快速準(zhǔn)確地判斷出脫硫系統(tǒng)石膏脫水困難原因所在，采取有效措施后使問題得以解決。這一分析方法適用于脫硫工程中的應(yīng)急處理，以快速消除運(yùn)行缺陷。