上海純化水設(shè)備解讀：廢水處置系統(tǒng)設(shè)備運行影響石膏脫水的因素
關(guān)鍵詞:脫硫石膏;脫水困難;原因分析;控制措施
0引言
石灰石－石膏濕法脫硫(wetfluegasdesulfurWFGD世界范圍內(nèi)煙氣脫硫的主流技術(shù)。該技術(shù)以石灰石(石灰)作為吸收劑吸收煙氣中的SO2經(jīng)過一系列反應(yīng)生成副產(chǎn)物石膏。隨著濕法脫硫技術(shù)的不時推廣，其副產(chǎn)物石膏的排放量也與日俱增，預(yù)計2020年我國脫硫石膏的排放量將達到1億噸。脫硫石膏具有廣泛的商業(yè)用途，商業(yè)上對脫硫石膏的要求是:顆粒度在100μm左右，含水率10%純度高。然而，實際調(diào)研中發(fā)現(xiàn)很多電廠一定水平上均存在石膏脫水困難的問題，影響其質(zhì)量及商業(yè)應(yīng)用。本文將結(jié)合某電廠實際生產(chǎn)中出現(xiàn)的案例，對造成石膏脫水困難的主要影響因素進行分析并提出控制措施。
1設(shè)備概況
某電廠一期為2330MW亞臨界燃煤機組，上海純化水設(shè)備同步建設(shè)脫硫裝置。煙氣脫硫采用石灰石－石膏濕法脫硫工藝，一爐雙塔，設(shè)置增壓風(fēng)機，吸收塔漿液攪拌采用脈沖懸浮方式，石膏脫水利用石膏旋流器和真空皮帶脫水機。機組在近兩年的運行中多次出現(xiàn)石膏脫水困難的情況，石膏含水率一直偏高，落入石膏庫的石膏團結(jié)成塊狀，嚴(yán)重時甚至出現(xiàn)石膏成稀泥狀無法脫水成型的情況，而正常石膏脫水后較為松散，顆粒分明。
2石膏脫水困難原因分析
2.1鍋爐投油穩(wěn)燃及入口煙塵濃度的影響
2.1.1鍋爐投油穩(wěn)燃
燃煤發(fā)電鍋爐在啟動、停運、低負(fù)荷穩(wěn)燃及深度調(diào)峰階段由于設(shè)計、燃煤等原因均需耗用大量的燃油助燃，由于工況運行不穩(wěn)定、鍋爐燃燒不充分，會有相當(dāng)一局部未燃盡的油污或油粉混合物隨煙氣進入吸收塔漿液內(nèi)，吸收塔內(nèi)強烈的擾動作用下，極易形成細(xì)碎的泡沫，漿液外表大量聚集。表1為該電廠吸收塔漿液外表泡沫的成分分析。
油污在漿液外表聚集的同時也有一部分在攪拌、噴淋等相互作用下快速分散在吸收塔漿液內(nèi)，并在漿液中石灰石、亞硫酸鈣等顆粒外表形成一層薄薄的油膜，對石灰石等顆粒形成包裹，阻礙石灰石的溶解和亞硫酸鈣的氧化，進而影響脫硫效率和石膏的生成。含油的吸收塔漿液通過石膏排出泵進入石膏脫水系統(tǒng)，由于油污及未完全氧化的亞硫酸產(chǎn)物等的存在容易造成真空皮帶機濾布空隙的堵塞，進而導(dǎo)致石膏脫水困難。
2.1.2入口煙塵濃度
濕法脫硫吸收塔具有一定的協(xié)同除塵效果，其除塵效率可達到70%左右。該電廠設(shè)計除塵器入口(脫硫入口)煙塵濃度20mg/m3出于節(jié)能減少廠用電考慮，除塵器入口實際控制煙塵濃度在30mg/m3左右，過多的煙塵進入吸收塔依靠脫硫系統(tǒng)的協(xié)同除塵作用進行脫除。經(jīng)電除塵凈化后進入吸收塔的煙塵粒徑絕大部分小于10μm甚至小于2.5μm遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于石膏漿液的粒徑。圖1為該電廠石膏含水率正常時排出石膏漿液中的平均粒徑分布，86.9%物質(zhì)粒徑在10μm以上，69.2%物質(zhì)粒徑在20μm以上。煙塵隨石膏漿液進入真空皮帶機后同樣堵塞濾布，導(dǎo)致濾布透氣性能變差，石膏脫水困難。
2.2石膏漿液品質(zhì)的影響
2.2.1漿液密度
漿液密度的大小說明了吸收塔中漿液的密集水平，若密度過小，說明漿液中CaSO4含量較低，CaCO3含量較高，直接造成CaCO3浪費，同時由于CaCO3顆粒較小，易導(dǎo)致石膏脫水困難;若漿液密度過大，則說明漿液中CaSO4含量較高，較高的CaSO4會阻礙CaCO3溶解，抑制SO2吸收，CaCO3隨石膏漿液進入真空脫水系統(tǒng)同樣影響石膏的脫水效果。濕法脫硫雙塔雙循環(huán)系統(tǒng)，為了充分發(fā)揮其優(yōu)勢，一般一級塔pH值宜控制在5.0±0.2范圍內(nèi)，漿液密度控制在1100±20kg/m3范圍內(nèi)，而實際運行中該廠一級塔漿液密度在1200kg/m3左右，高時甚至達到1300kg/m3始終控制較高。圖2為該電廠制漿用石灰石粉平均粒徑分布，81.0%物質(zhì)粒徑在10μm以下，小于正常石膏的物質(zhì)粒徑，漿液密度高時其CaCO3易造成石膏脫水困難。
2.2.2漿液強制氧化水平
漿液強制氧化是向漿液中通入足量的空氣，使亞硫酸鈣氧化為硫酸鈣反應(yīng)趨于完全，氧化率高于95%保證漿液中有足夠的石膏品種用于晶體生長，若氧化不充分，則會生成亞硫酸鈣與硫酸鈣的混合晶體，造成結(jié)垢現(xiàn)象。漿液強制氧化水平取決于氧化空氣量、漿液停留時間、漿液攪拌效果等因素，氧化空氣量不足、漿液停留時間過短、漿液分布不均、攪拌效果不佳等均會造成塔內(nèi)CaSO31/2H2O含量過高。
圖3為該電廠一級吸收塔石膏排出泵入口處塔壁的結(jié)晶物，由于吸收塔漿液脈沖懸浮母管斷裂，導(dǎo)致塔內(nèi)漿液攪拌不充分，局部區(qū)域內(nèi)亞硫酸鈣氧化不足，上海純化水設(shè)備生成混合結(jié)晶體CaSO30.8SO40.21/2H2O即CSS垢，其脫硫石膏與運行正常期間石膏對比見表2可見，由于局部氧化缺乏，漿液內(nèi)CaSO31/2H2O含量明顯偏高，導(dǎo)致石膏脫水困難，含水率也較高。
2.2.3漿液中的雜質(zhì)含量
漿液中的雜質(zhì)主要來源于煙氣和石灰石，這些雜質(zhì)在漿液中形成雜質(zhì)離子，影響石膏的晶格結(jié)構(gòu)。煙塵中不斷溶出的重金屬會抑制Ca2+與HSO3反應(yīng)，漿液中的F和Al3+含量較高時會生成氟鋁絡(luò)合物AlFn覆蓋在石灰石顆粒外表，造成漿液中毒，使脫硫效率降低，細(xì)小的石灰石顆粒夾雜在未完全反應(yīng)的石膏晶體中，使石膏脫水困難。漿液中的Cl主要來自煙氣中的HCl和工藝水，工藝水中的Cl含量相對較少，因此漿液中的Cl主要來自煙氣攜帶。當(dāng)漿液中存在大量的Cl時，Cl會被晶體包裹，并于漿液中存在一定量的Ca2+結(jié)合生成穩(wěn)定的CaCl2將一定量的水留在晶體內(nèi)，同時漿液中一定量的CaCl2會留在石膏晶體之間，堵塞晶體之間游離水的通道，造成石膏含水率升高。
2.3設(shè)備運行狀況的影響
2.3.1石膏脫水系統(tǒng)
石膏漿液通過石膏排出泵送至石膏旋流器進行一級脫水，底流漿液濃縮到含固量達到50%左右時自流到真空皮帶機進行二級脫水。影響石膏旋流器分離效果的主要因素有旋流器入口壓力和沉砂嘴尺寸。旋流器入口壓力過低，則固液分離效果變差，底流漿液含固量較少，影響石膏的脫水效果，導(dǎo)致含水率升高;若旋流器入口壓力過高，則分離效果較好，但影響旋流器的分級效率，同時對設(shè)備的磨損較嚴(yán)重。沉砂嘴尺寸過大，同樣會造成底流漿液含固量較少，顆粒物較小，影響真空皮帶機脫水效果。該電廠正常石膏脫水時要求石膏旋流器入口壓力為0.17MPa而實際運行中旋流器入口壓力介于0.080.14MPa與運行要求值相比偏低，且入口壓力動搖較大，圖4圖5分別為該廠石膏旋流器運行正常與異常的沉砂嘴工作狀況，異常沉砂嘴噴射出的漿液形狀滿意足固液分離線型的要求，旋流子及沉砂嘴存在磨損及堵塞，實測底流漿液含固量僅有30%40%影響真空皮帶機脫水效果的主要因素有真空度、濾布透氣性及濾餅厚度。真空度過高或過低都會影響石膏脫水效果，真空度過低，則對石膏中水分的抽吸能力降低，石膏脫水效果變差;真空度過高，則濾布空隙可能存在堵塞或皮帶存在跑偏，同樣導(dǎo)致石膏脫水效果變差。同樣的工況條件下，濾布的透氣性越好，則石膏的脫水效果越好;濾布的透氣性差，過濾通道被堵塞，則石膏的脫水效果變差。濾餅厚度對石膏脫水同樣有顯著影響，皮帶機轉(zhuǎn)速降低時，濾餅厚度增加，真空泵對濾餅上層的抽吸能力減弱，導(dǎo)致石膏含水率升高;皮帶機轉(zhuǎn)速升高時，濾餅厚度減薄，容易造成局部濾餅漏氣，破壞真空，也會導(dǎo)致石膏含水率升高。
2.3.2脫硫廢水處置系統(tǒng)
脫硫廢水處置系統(tǒng)運行不正常或廢水處置量小均會影響脫硫廢水的正常外排，臨時運行下煙塵等雜質(zhì)不時進入漿液，漿液中重金屬、ClFAl等不斷富集，導(dǎo)致漿液品質(zhì)不時惡化，影響脫硫反應(yīng)的正常進行、石膏的生成以及脫水。以漿液中的Cl為例，該電廠一級吸收塔漿液中Cl含量高時達到22000mg/L石膏中的Cl含量達到0.37%漿液中的Cl含量在4300mg/L左右時，石膏的脫水效果較好，隨著氯離子含量的升高，石膏的脫水效果逐漸變差。
3控制措施
1加強鍋爐運行燃燒調(diào)整，減少鍋爐啟停階段或低負(fù)荷運行時投油穩(wěn)燃對脫硫系統(tǒng)的影響，上海純化水設(shè)備控制漿液循環(huán)泵的投運數(shù)量，減少未燃盡油粉混合物對漿液的污染。
2從對脫硫系統(tǒng)臨時穩(wěn)定運行和整體經(jīng)濟性方面考慮，加強除塵器運行調(diào)整，采用高參數(shù)運行，控制除塵器入口(脫硫入口)煙塵濃度在設(shè)計值以內(nèi)。
3對漿液密度、氧化空氣量、吸收塔液位、漿液攪拌裝置等進行實時監(jiān)控，確保脫硫反應(yīng)在正常條件下進行。
4加強石膏旋流器和真空皮帶機的維護和調(diào)整，控制石膏旋流器入口壓力和皮帶機真空度在合理范圍內(nèi)，對旋流子、沉砂嘴和濾布定期檢查，確保設(shè)備在最佳狀態(tài)下運行。
5確保脫硫廢水處置系統(tǒng)正常運行，脫硫廢水定期外排，減少吸收塔漿液中的雜質(zhì)含量。
4結(jié)束語
石膏脫水困難是濕法脫硫裝置普遍存在問題，其影響因素眾多，需要從外部介質(zhì)、反應(yīng)條件及設(shè)備運行狀況等多個方面進行綜合分析及調(diào)整。深入了解脫硫反應(yīng)機理和設(shè)備運行特性，合理控制系統(tǒng)主要運行參數(shù)，才干保證脫硫石膏的脫水效果。
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