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脱硫石膏含水率超标原因分析及控制措施 |
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| 脱硫石膏含水率超标原因分析及控制措施 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-26 14:35:30  |
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摘要： 文章针对国华北京热电分公司脱硫石膏含水率超标（>10wt%）问题，从脱硫化学监测分析入手，结合实际运行情况及超标现象，从系统的运行方式、设备的运行状况以及运行方式对塔内正常反应的影响等几方面因素分析了石膏含水率超标的原因，并提出了控制石膏含水分的措施和改进方法，希望能对FGD运行和故障分析起到一定的参考作用。
关键词： 脱硫；石膏含水率；控制 0 引言
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。用石膏抽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。脱水后的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，因此，应对其加以控制。
热电分公司在运2台200MW燃煤机组，先后安装了湿法石灰石/石膏烟气脱硫装置（FGD）。2号机组FGD由德国BBP环保公司总承包，并提供全套设备和技术，2000年10月投入运行，同时为了保证脱硫副产品二水石膏的综合利用，同期配套安装了石膏炒制和制板生产线。1号机组FGD由北京国电龙源环保工程公司承建，采用BBP脱硫技术， 2003年5月开始调试，7月15日调试完成，移交生产。
为了节省基建投资，1号机组FGD设计中考虑到公司锅炉燃煤含硫量的降低及2号机组FGD设计裕量大的特点，采用了2套FGD公用1套石膏脱水系统的方案。
2号机组FGD投入运行后，生产状况一直比较稳定，石膏含水率基本上控制在10%以下。但2003年7月以后的一段时间里，出现了较长时间的石膏含水率超标（10%）现象，脱水后的石膏含水率达15%以上，最高时达到了20.6%，石膏水分严重超标，导致石膏仓卸料困难，大量石膏无法销售。
1 石膏含水率超标原因分析
影响石膏含水率的因素较多，如石膏在浆液中的过饱和度、浆液的pH值、氧化空气用量、石膏晶体的颗粒形状和大小、石膏脱水设备的运行状态及参与反应控制过程的仪表的准确度等。在石膏的生成过程中，如果工艺条件控制不好，往往会生成层状或针状晶体，尤其是针状晶体，形成的石膏颗粒小，粘性大，难以脱水，如CaSO3·1/2H2O晶体。而理想的石膏晶体（CaSO4·2H2O）应是短柱状，比前者颗粒大，易于脱水。所以，控制好吸收塔内化学反应条件和结晶条件，使之生成粗颗粒和短柱状的石膏晶体，同时调整好系统设备的运行状态是石膏正常脱水的保证。
为了查找石膏含水率超标的原因，从FGD运行参数和化验室监测分析数据入手，对石膏水分超标前后的数据进行统计和比较分析，结果发现：真空皮带机运行参数变化较大，特别是运行真空较高；2号机组FGD吸收塔浆液pH值显示与监测值偏差较大、浆液Cl-浓度偏高、石膏旋流浆液底流含固率偏低等。1号机组FGD密度计显示值与实验室分析值偏差较大。另外，检查运行记录，发现由于废水旋流频繁堵塞，废水处理系统长时间处于停运消缺状态。2003年7～12月2号机组FGD 典型化学监测分析数据见表1。
表1 2003年7～12月2号机组FGD典型化学监测分析数据
吸收塔
皮带机
石膏组分（化验室结果）
石膏浆液
日期
（月.日）
pH
(CRT)
密度
(Lab.)
/kg·L-1
密度
(CRT)
/kg·L-1
含固量
/%
Cl-
/mg·l-1
真空
/bar
石膏含
水率wt/%
CaSO4·
2H2O/%
CaSO3·
1/2H2O/%
CaCO3
/%
固体含量
/%
备 注
7.03
4.97
1.11
1.10
12.7
11775
-0.566
10.68
91.4
0.28
0.92
45.5
7.17
4.84
1.10
1.10
11.5
11775
-0.540
11.41
97.4
0.06
0.64
44.0
7.21
4.94
1.10
1.09
11.2
12450
-0.623
17.40
94.4
0.02
0.89
44.1
8.04
4.98
1.10
1.10
10.7
12750
-0.567
14.77
95.5
0.06
1.09
41.4
8.14
5.10
1.09
1.09
8.8
14700
-0.569
17.38
94.2
0.08
1.39
39.2
9.18
5.55
1.11
1.11
11.0
15380
-0.609
14.46
92.4
0.04
1.43
44.8
9.22
4.73
1.10
1.10
9.1
16120
-0.704
20.60
90.1
0.04
2.80
39.3
皮带机改手动
9.24
4.50
1.11
1.11
11.1
16860
-0.718
18.44
91.6
0.10
1.09
排废水
9.25
5.04
1.10
1.10
9.5
16380
-0.615
16.37
93.9
0.04
0.55
36.9
9.29
5.08
1.10
1.09
9.2
15390
-0.640
15.40
96.8
0.10
0.30
39.7
10.09
5.02
1.11
1.10
11.1
13360
-0.605
13.62
98.1
0.08
0.11
42.3
10.13
6.60
1.11
1.11
11.5
13050
-0.576
15.90
97.2
0.04
0.36
45.9
10.21
5.54
1.10
1.10
10.7
11455
-0.685
15.23
94.6
0.02
0.55
46.0
清理旋流子
10.22
5.50
1.11
1.10
11.0
11230
-0.688
12.40
95.1
0.02
0.68
42.1
10.23
7.20
1.11
1.11
11.3
11125
-0.615
15.28
92.5
0.02
0.32
42.5
10.24
5.40
1.11
1.11
11.30
10420
-0.586
11.30
94.4
0.02
0.02
45.2
10.27
4.30
1.10
1.10
11.1
10430
-0.575
13.80
96.5
0.02
0.07
46.9
10.29
6.37
1.12
1.11
12.9
10250
-0.514
9.30
97.0
0.02
0.27
51.4
10.03
5.40
1.10
1.11
12.2
9950
-0.523
9.70
93.4
0.02
0.09
51.0
11.17
5.15
1.10
1.11
12.3
9000
-0.503
10.8
94.3
0.10
0.45
49.1
11.27
6.48
1.113
1.105
11.3
8733
-0.572
9.66
97.5
0.04
0.50
46.0
12.01
5.60
1.105
1.114
13.3
9026
-0.519
9.20
98.5
0.08
0.29
51.0
12.08
5.48
1.101
1.106
12.6
9170
-0.543
11.6
93.3
0.04
0.11
46.5
1.1 真空皮带机滤布阻塞
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、滤布的清洁程度有较大的关系。皮带机滤水收集箱真空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，反应出石膏含水率增大。石膏含水率与皮带机真空和浆液含固率的相关数据见表2。
表2 石膏含水率与皮带机真空和浆液含固率的相关数据
日期(月·日）
10.29
10.30
7.3
10.24
10.9
10.23
9.29
9.22
石膏含水率wt/%
9.3
9.7
10.7
11.3
13.62
15.28
15.4
20.6
真空表计/bar
-0.514
-0.523
-0.566
-0.586
-0.605
-0.615
-0.64
-0.704
浆液固含量/%
51.4
51
45.5
45.2
42.3
42.2
39.7
39.3
皮带机的真空升高，反映出滤水通过滤布时的压降增加，其增加的原因，一是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；二是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从滤布孔隙分离出来。若要达到一定的固液分离效果，必须使真空升高。
1.2 废水排放量少
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，并且过量氯根将大量吸收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的。
表1统计数据表明，7～10月吸收塔内Cl-浓度一直保持在11000mg/L以上，最高时达到了17760mg/L；观察石膏滤饼的颜色，发现表面呈深褐色，手感发粘，且很快会析出水份。检查运行记录发现，由于废水处理系统管路频繁堵塞及石灰乳系统设备故障率高，投运率下降。废水排放量减少，导致了吸收塔浆液中Cl-浓度的升高及杂质含量的增加。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。石膏饼分层成份及水分分析见表3，石膏中的水分和杂质主要集中在上层石膏中。增大废水排放量后，化验室监测Cl-浓度呈逐渐下降的趋势，石膏饼表面的颜色也由深褐色变为白色。
表3 石膏饼分层成份及水分分析
水分
CaSO4·2H2O
CaSO3·1/2H2O
CaCO3
杂质
上层
16.4
61.7
—
2.00
36.3
下层
10.8
96.1
0.02
0.25
3.65
1.3 石膏浆液固体含量低
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。工艺设计中在石膏排出泵出口管道上安装石膏浆液密度表，运行中根据该密度值的高低来自动控制石膏浆液的排放，即密度值低于设定值时，石膏旋流分离器双向分配器转换到吸收塔，也就是不排放石膏。一旦密度超过设定的最大值，将开始排放石膏。
石膏浆液密度设定值根据反应产物—石膏形成和结晶情况来确定，一般要求是形成大颗粒易脱水的石膏晶体，运行过程中根据浆液性质的不同，设定值有所不同，一般控制在1090～1100之间，固体含量在12%左右。
表1统计数据表明，7～10月吸收塔浆液固体含量在8.8%～11.7%之间，偏离吸收塔正常运行参数，排出的石膏浆液固体含量偏低，其原因是：①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塔内浆液性质的改变（CI-浓度和杂质含量升高）改变了浆液的溶解特性，提高了浆液的饱和度，导致了在原设定的密度下，石膏结晶体结构的改变和小颗粒晶体的形成，细小颗粒和不饱和的石膏不易脱水。吸收塔内浆液密度设定值与石膏含水率关系见表4。
表4 吸收塔内浆液密度设定值与石膏含水率关系
密度设定值/kg·L-1
1090
1101
1104
1107
1110
石膏含水率/%
11.17
10.98
10.45
9.62
9.92
石膏浆液固体含量偏低的另一个原因是石膏旋流器堵塞。石膏旋流器承担着石膏浆液的浓缩和分离作用。石膏旋流器的溢流含固量一般控制在1%～3%（质量含量）左右，固体颗粒细小，主要为未完全反应的吸收剂、石膏小结晶等，前者继续参加反应，后者作为浆池中结晶长大的晶核，影响着下一阶段石膏大晶体的形成。旋流的底流含固量一般在45%～50%（质量含量）左右，固体颗粒主要为粗大的石膏结晶，真空皮带脱水机的目的就是要脱除这些大结晶颗粒之间的游离水。
表1统计数据表明，7～10月石膏旋流器底流固体含量在30%～45%之间，偏离正常运行参数。检查石膏旋流器发现旋流筒体内石膏沉积、旋流子入口被大量草根堵塞，旋流器堵塞，石膏浆液浓缩及颗粒分级效果变差，过多的小颗粒进入底流，影响石膏的脱水。
另外，1号机组FGD吸收塔浆液密度表显示偏高，也是造成石膏水分高的一个主要原因。分析1号机组FGD化学监测分析数据，发现吸收塔密度计CRT显示与实验室测试值偏差较大，偏差范围在-0.030～+0.035kg/L之间，最大时达到0.154kg/L。热电分公司1、2机组FGD共用一个石膏皮带脱水系统，1号FGD石膏脱水系统设计为石膏经石膏旋流一级脱水进入石膏浆液罐，然后通过石膏输送泵进入2号机组FGD石膏浆液罐进行二级脱水。如前所述，石膏浆液密度值反应塔内反应物的形成情况，浆液密度测试偏高，不饱和的石膏浆液以及小颗粒石膏晶体进入公用的石膏浆液罐，与二单元石膏浆液混合进入皮带脱水系统，石膏浆液稀且细小结晶颗粒比例大，引起石膏脱水困难。
1.4 2号机组FGD吸收塔浆液pH值测量值波动较大
吸收塔液的pH测量值是参与反应控制的一个重要参数，其输出值与锅炉负荷、FGD入口二氧化硫的浓度值和新鲜石灰石浆液的密度综合起来，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。
表1统计数据表明，7～10月2号机组吸收塔浆液的pH值CRT显示与实验室测试（Lab）值相差较大，CRT显示偏低，最高时偏差达1.5以上，石膏中的CaCO3的含量超过1%以上。
2 石膏水分超标控制措施
2.1 加强废水系统设备维护，确保系统的正常投运
为了保证塔内反应正常进行及石膏的质量，废水处理系统必须正常投入运行，保证废水排放，以降低吸收塔内Cl-浓度及杂质含量，保证塔内化学反应的正常进行及晶体的生成和长大。塔内Cl-浓度应控制在10000mg/L以下，并尽量维持低运行值。
浆液中的Cl-对设备具有较强的腐蚀性，低Cl-浓度可延缓设备腐蚀，提高设备的使用寿命。
2.2 严密监视皮带机运行参数，控制皮带机真空
皮带机运行中真空的变化，直接反应石膏脱水的效果。真空升高时应关注塔内浆液监测指标是否在正常范围内。特别是真空超过-0.5bar时，检查真空升高的原因，并及时调整，并联系监测站对石膏水分进行取样分析。
2.3 定期清理石膏旋流器，保证浆液的浓缩及颗粒分离效果
运行监测发现石膏旋流底流固体含量低于40%～45%范围时，及时检查旋流器运行情况，发现堵塞及时清理。制定定期清理制度，防止由于堵塞引起的石膏浆液密度、固体含量的降低，影响石膏的脱水。
2.4 加强在线检测仪表的维护，减小CRT显示与实际值的偏差
按照吸收塔中反应物计量和生成物品质要求，石灰石浆液的密度和吸收塔pH值与脱硫效率有直接关系。吸收塔浆液密度控制着吸收塔生成物石膏品质。因此，石灰石浆液和石膏浆液密度计以及吸收塔pH计都是参与化学反应和控制的重要仪表，运行中必须加强这些在线仪表的维护，保证其准确性。
2.5 加强对运行参数的监测分析
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。
2.6 加强运行管理、制定定期分析制度
制定由运行、检修、监测站、仪表维护等人员参加的对FGD化学分析表单定期分析制度，掌握系统设备的运行状况，将不正常状态及时修正。
2.7 完善系统设计，对浆液系统进行防堵改造
针对废水系统排放管路及旋流子堵塞的根本原因，对浆液系统进行防堵改造。在磨机二级旋流出口加装开放式过滤网，从源头上将来料中的杂物清除，保证了浆液的清洁，减少了系统的堵塞，特别是废水系统的堵塞，为废水的正常排放和塔内化学反应的正常进行提供了保证。
3 结论
FGD工艺系统复杂，影响石膏含水率的因素比较多，各因素之间又存相互影响。文章通过对FGD石膏含水率超标的原因分析，在充分开展试验研究的基础上找出了超标的主要原因。废水处理系统设备缺陷多，投入率低、废水排放量少，导致吸收塔浆液Cl-浓度及杂质含量升高，干扰了塔内脱硫化学反应的正常进行，影响了石膏的结晶和生长，使石膏结晶体颗粒大小、形状发生变化，晶体中细颗粒比例增大造成真空皮带机滤布堵塞是引起石膏含水率超标的根本原因。另外，吸收塔浆液固体含量低、pH计波动范围大也是影响大颗粒石膏的形成的原因之一。
加强脱硫系统设备的运行管理，及时消除设备缺陷；提高运行及检修人员的操作及维护水平是维持系统设备安全正常运行的保证。同时，加强脱硫化学监测分析表单的管理，建立监测数据与运行操作的紧密联系，使监测数据真正起到监测、监督、指导运行的作用。
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