火电厂湿法脱硫石膏含水率超标原因分析及控制建议

张山山，陈　光，曾庆猛

（华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

火电厂湿法脱硫石膏含水率超标原因分析及控制建议

张山山，陈光，曾庆猛

（华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

某超临界机组湿法脱硫装置石膏品质较差，含水率偏高。结合实际运行情况，对影响石膏含水率的主要原因进行了分析，并针对性的提出了控制建议。

脱硫石膏；含水率；超标；控制措施

0　引言

某电厂一期为2×330MW超临界机组，同步安装脱硫装置。其脱硫装置采用石灰石－石膏湿法脱硫工艺，一炉一塔，处理全部烟气量，无GGH，设计脱硫效率不小于95%。脱硫装置设计的石灰石纯度为89.3%（CaO含量为50%），引风机出口（吸收塔入口）烟气中烟尘含量为100mg/m3，脱硫石膏的纯度为90%，石膏自由含水率为10%。但其湿法脱硫石膏含水率偏高，对石膏的运输和销售产生一定的影响，直接影响石膏的商业价值，需加以控制。

1　石膏含水率超标情况

2015年4月，对该厂脱硫石膏品质进行了初步调研分析，结果表明：因石灰石纯度、除尘器出口烟尘浓度及脱硫废水等多方面的原因，脱硫石膏的纯度大部分低于设计值，基本保持在85%～90%，石膏含水率（自由水分）基本在12%～15%。对石膏的主要性能参数进行了化验，包括石膏含水率及纯度等，具体化验结果见表1。

表1　湿法脱硫石膏化验结果%

通过表1可以发现，脱硫石膏中含水率达到15.6%，明显高于要求，石膏中CaSO4·2H2O质量分数低于要求的90%，CaSO3·0.5H2O和CaCO3质量分数也高于最高标准。

2　石膏含水率超标的原因分析

石膏含水率超标是石灰石－石膏湿法脱硫装置生产运行中经常遇到的问题，导致石膏含水率超标的原因较多，如真空脱水系统故障、石膏漩流器的运行状况不良和石膏浆液品质差等。

2.1真空脱水系统运行状况的影响

电厂的脱水系统真空度高，滤布上明显很脏，也就说明滤水通过滤布的压降增加，滤布有堵塞现象，使脱水效果不佳。真空脱水系统对石膏含水率的影响主要体现在脱水机的真空度（负压）偏低、滤布的透气（水）性差和滤饼厚度不合理等三个方面。

真空脱水机主要是利用滤布两侧的压差来实现石膏浆液的液固分离，如因漏气、真空泵出口滤网堵塞或密封水不足等原因导致造成真空泵压力低，必然会导致浆液的固液分离效果差，石膏含水率超标［1］。

透气性能是滤布的一个重要性能指标，主要表征气（水）等介质在一定的压力下流过滤布的能力，是滤布固有的一种性能。滤布的透气（水）性能差，过滤通道堵塞严重，当脱水机运行一段时间后，石膏浆液中所含的飞灰或其它粒径较小杂质在石膏脱水过程中被滤布截流并深入至滤布内部，滤布过滤通道堵塞，脱水性能下降，导致石膏含水率超标。石膏滤饼的厚薄对石膏含水率有较大影响，当真空脱水机上的石膏浆液流量、浆液密度及脱水机的真空度基本不变时，浆液在滤布上的过滤时间（滤饼厚度）就决定了石膏滤饼的含水率。

滤布转速降低时，滤饼厚度增加，真空泵对表层石膏的抽滤能力明显下降，导致石膏含水率升高；滤布转速升高时，石膏滤饼薄变薄，则易导致石膏饼漏气，不利于真空的形成，也会导致石膏含水率升高。

2.2石膏漩流器运行状况的影响

石膏漩流器是石膏脱水装置的重要组成部分，主要是利用离心分离的原理将吸收塔内浆液进行浓缩和分离。经漩流器分离后，漩流器底流浆液（进入石膏脱水机）密度高、所含颗粒物粒径大、质量重、二水硫酸钙纯度高；溢流浆液（主要返回吸收塔）则密度小，所含颗粒粒径小、质量轻、二水硫酸钙纯度低。如旋流器的运行状况不良，石膏的分离效果差，对石膏含水率产生不良影响。就漩流器而言，影响漩流器分离效果差的主要原因有漩流器的运行压力偏低和衬砂嘴的直径偏大。

石膏漩流器的运行压力对其分离效果产生明显影响：当运行压力高，则分离效果好，但设备磨损严重；当运行压力低，则分离效果差，底流浆液含固量低，不利于石膏脱水，导致石膏含水率偏高。

衬砂嘴是漩流器的一个重要部分，对漩流器的分离效果会产生显著影响：当衬砂嘴直径过大，则漩流器的分离效果差，底流浆液含固量低，石膏含水率偏高。

2.3石膏浆液品质的影响

在石膏脱水工艺中，石膏浆液品质是石膏含水率的主要影响原因，从以下3个方面进行石膏浆液品质对石膏含水率的影响分析：

（1）石膏浆液密度低

石膏浆液密度对石膏含水率的影响主要体现在两个方面，即影响石膏漩流器的分离效果和石膏的结晶时间。当石膏浆液密度低，漩流器底流浆液的含固量也会偏低，导致石膏含水率偏高；另一方面，石膏浆液密度低，同等条件下石膏晶体在吸收塔内的停留时间短，导致石膏晶体粒径偏小，不利于石膏脱水，导致石膏含水率偏高。

（2）脱硫废水排放量小，氯离子等浓度高

石灰石浆液在吸收二氧化硫的同时，烟气中的HCl和HF以及飞灰等都会进入吸收塔浆液中，长期运行后浆液中的氯离子浓度会增加，因氯和钙易结合生成吸水性能很强的氯化钙，导致石膏含水率增加［2］。此外，脱硫系统工艺水普遍采用添加了具有一定粘度的阻垢剂和杀菌剂的循环水排水。在吸收塔内，工艺水被数十倍浓缩，浆液的粘度增加，使浆液的脱水性能降低，导致石膏含水率偏高。

（3）半水亚硫酸钙的含量高

因CaSO3·0.5H2O晶体粒径小、粘性较强、呈晶簇状，且其晶簇呈开放多孔，受压且易破碎，释放晶簇内的水，即而导致滤饼看似干燥，经抖动或挤压后容易释放出水，导致石膏含水率偏高。

造成CaSO3·0.5H2O含量偏高的主要原因有：原烟气SO2含量高和运行pH控制不合理。当原烟气SO2含量超出设计值，吸收塔内氧化空气量不足，即而生成Ca-SO3·0.5H2O。pH对CaSO3·0.5H2O生成的影响从两个方面进行论述［3］：1）pH计测量的准确性：当pH计测量不准，则需要添加的石灰石浆液量就不能准确控制，而过量的石灰石使石膏纯度降低，造成石膏脱水困难。2）最佳氧化pH：对于石灰石-石膏施法脱硫工艺，为了保证脱硫产物石膏的生成，需要向吸收塔内补充一定的氧化空气来实现亚硫酸根和亚硫酸氢根（为主）的氧化。因CaSO3的溶解度远小于CaSO4，如塔内pH过高，则SO32-与石灰石溶解电离的Ca2+快速反应，生成不溶于水的CaSO3·0.5H2O；如塔内pH过低，浆液中的SO2主要以H2SO3的形似存在，氧化空气不能实现H2SO3的有效氧化。由图1亚硫酸的平衡曲线可知，吸收塔内的最佳氧化pH为4.5，过高（＞6）或过低（＜3）的pH均不利于亚硫酸根的氧化和石膏的生成。

图1　亚硫酸的平衡曲线

2.4浆液中烟尘等杂质含量高

因塔内杂质主要来源于烟气中的细微粉尘和石灰石粉，其共同的特点是粒径小、质量轻、不像石膏一样因结晶而粒径变大。当杂质含量过高，在石膏脱水过程中，这些粒径较小的杂质会夹杂在石膏晶粒之间，阻碍水从石膏晶粒之间通过，导致石膏含水率偏大；此外还会使滤布的孔隙堵塞，使浆液的脱水性能降低，导致石膏含水率偏高。

2.5石膏晶体粒径的影响

石膏晶体粒径的大小对石膏的含水率有较大影响。同等情况下石膏晶粒的粒径越大，其脱水性能越好，石膏含水率越低；反之，石膏粒径越小，其脱水性能越差，石膏含水率越高。从脱硫石膏取样做的电镜扫描分析，可以看出石膏晶体中细颗粒粒径较小，如图2所示。

图2　电厂石膏电镜扫描

在吸收塔内，石灰石溶解的Ca2+与氧化所得的SO42-离子结合，生成二水硫酸钙晶粒（石膏颗粒）。控制石膏结晶，使其生成易于分离和脱水的石膏颗粒，在工艺以上主要控制浆液的过饱和度。

2.6机组频繁投油助燃的影响

在机组的实际运行过程中，因机组负荷（低）及煤质（发热量低、灰分高、挥发份低）等原因，在锅炉的运行过程中需投运一定的工业柴油进行助燃。该厂锅炉助燃柴油为0号轻柴油，其粘度明显比水大，水和0号柴油的粘度比较结果见表2。

表2　水和0号柴油粘度比较

当含油的浆液经过脱水机时，因油的粘度大，石膏与油难分离，必然导致石膏含水率偏高；另一方面，含油的浆液经过滤布时，油易粘附在滤布表面，导致滤布堵塞，脱水机的透气性能变差，导致石膏含水率偏高。

3　结语

石膏含水率偏高是湿法脱硫装置普遍存在的问题，本文对FGD石膏含水率超标原因进行了分析。对于石膏含水率超标，可通过石膏浆液的沉淀性能来对石膏的脱水性能进行预判，便于及时进行运行调整。针对FGD石膏含水率超标的现象，建议从以下几个方面进行控制，降低石膏的含水率：

（1）运行中注意监督脱水机的运行负压、石膏滤饼厚度，石膏旋流器的工作压力，控制合理的浆液密度和pH。

（2）定期检查衬砂嘴，及时更换堵塞或磨损较为严重的滤布。

（3）加强脱硫主要仪表的校准和维护，保障其正常投运。

（4）控制燃煤灰分和石灰石杂质含量，加强除尘器的运行调整，减少进入吸收塔的杂质含量。

（5）加强机组运行调整，减少锅炉灭火频次，降低燃油对浆液品质的影响。

（6）加大脱硫废水处理设施的运行维护，保障脱硫废水的正常投运，减少塔内杂质及氯离子含量。

［1］徐峥，胡明华，孙建峰.电厂脱硫石膏含水率超标原因分析及控制措施建议［J］.工业安全与环保，2012，38（9）：28～30.

［2］尹连庆，徐铮.氯离子对脱硫石膏脱水影响研究及机理探讨［J］.粉煤灰，2008，12（3）：13～17.

［3］曾庭华.湿法烟气脱硫系统的调试、试验及运行［M］.北京：中国电力出版社，2008.

Analyses on the Reasons and the Appropriate Control Measures of High Moisture Content of FGD Gypsum

ZHANG Shan-shan，CHEN Guang，ZENG Qing-meng
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

The quality of FGD gypsum which was installated in a supercritical unit is poor and the FGD moisture content of it is too high.The major factors and reasons of which affected the moisture content of FGD gypsum are researched by analyzing the actual operating conditions in this study，and the specific control advice are given out.

FGD gypsum；moisture content；exceed standard；control measures

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.04.013

X710.3

B

2095-3429（2015）04-0045-03

2015-07-17

修回日期：2015-08-26

张山山（1987-），硕士，工程师。