湿法脱硫石膏脱水效率影响因素及处理方法的探讨

2014-12-11郝春燕

中国科技纵横 2014年15期

关键词：pH值旋流器石灰石

郝春燕

(神华包头煤化工有限责任公司,内蒙古包头 014010)

湿法脱硫石膏脱水效率影响因素及处理方法的探讨

郝春燕

(神华包头煤化工有限责任公司,内蒙古包头 014010)

本文阐述了某电厂石灰石-湿法脱硫技术中石膏脱水的工艺原理及工艺流程,并总结、分析了石膏脱水系统的影响因素及处理方法,对电厂脱水系统的运行有一定借鉴作用。

石膏脱水影响因素处理方法

某电厂烟气脱硫装置按照4*480t/h燃煤锅炉设计。每两台锅炉安装一套石灰石-石膏湿法脱硫装置，烟气脱硫装置采用无GGH的典型石灰石-湿法烟气脱硫技术，全烟气脱硫。两炉配置一个吸收塔，每套装置烟气处理能力为1188709Nm3/h，脱硫效率大于95%，设置100%的烟气旁路，脱硫吸收剂为合格的石灰石粉，SO2排放浓度小于124mg/Nm3，脱硫副产品为石膏，脱水后含湿量不大于10%。本文就该厂石灰石-石膏湿法脱硫技术的工艺原理、石膏脱水效率低的影响因素及处理方法进行了简要探讨。

1 石灰石-石膏湿法脱硫技术简介

1.1 工艺原理

合格的石灰石粉配制成浓度25%左右石灰石浆液进入吸收塔，与石膏混合形成石灰石-石膏浆液，石灰石-石膏稀浆从吸收塔沉淀槽中由循环泵泵入安装在吸收塔顶部的喷嘴集管中，经喷嘴雾化喷出，与逆流而上的烟气接触，烟气中的SO2溶入水溶液中，并被其中的碱性物质中和，从而使烟气中的硫脱出，石灰石中的碳酸钙与SO2和氧发生反应，并最终生成石膏，这些石膏在沉淀槽从溶液中析出，石膏稀浆液由吸收塔沉淀槽中抽出，经浓缩、脱水和洗涤后，先存储到储仓后再适时运出。

1.2 吸收塔内的主要化学反应

在脱硫吸收塔中主要有如下反应：石灰石的溶解过程：

SO2的吸收过程：

反应产物的氧化：

结晶生成石膏：

2 石膏脱水系统

表1

2.1 石膏脱水系统的工艺原理

在吸收塔内，浆液循环泵排出的浆液与自下而上的烟气逆流接触，生成半水亚硫酸钙并以小颗粒状转移到浆液中，经氧化风机鼓入空气强制氧化后，生成二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)结晶。最终，由石膏排出泵排出吸收塔底部浆液，送至石膏旋流器，进行一级脱水，稀的浆液溢流进入回收水池，浓的浆液送至真空皮带脱水机进行石膏脱水，脱水后的石膏落至石膏仓，由汽车定期外运。从工艺流程和吸收塔内化学反应原理可以看出，作为吸收剂的石灰石的品质和吸收塔内的反应决定了石膏的品质。吸收塔内的CaSO3的充分氧化及CaSO4·2H2O晶体的充分长大为下一步的脱水工艺打下良好基础。石膏主要性能指标如表1。

因此，石膏脱水系统的主要目的，一是脱除石膏结晶内游离的水分，二是洗涤石膏内氯根，使之达到性能标准。

2.2 石膏脱水系统的组成

石膏脱水分为两级处理，一级处理是指利用水力旋流器进行初级脱水，二级处理是指利用真空皮带脱水机进行二级脱水。石膏脱水系统的主要设备包括：石膏排出泵、水力石膏旋流器、真空脱水皮带机、真空泵等。

3 影响石膏脱水的主要因素及处理方法

随着脱硫系统的不断运行，石膏脱水系统出现一系列问题，例如浆液脱不出石膏、石膏含水率较高、石膏表层粘稠有杂质等，分析其原因主要一下几方面。

3.1 吸收塔入口烟气含尘量的影响

吸收塔入口烟气含尘量增加，将导致浆液中的粉尘含量增加，由于粉尘中的氟化物和铝化物较多，容易在高PH值下形成氟铝络合物，其表面积比碳酸钙表面积更小，极易附着在碳酸钙表面，对其形成包裹，阻止碳酸钙的溶解，不但降低了脱硫效率，而且使浆液中的石膏降低，不利于排出石膏的脱水。

3.2 吸收塔溢流的影响

脱硫装置运行时间较长后可能出现吸收塔溢流口冒泡现象，这也是石膏脱水效率降低的一个原因。吸收塔起泡严重时，石膏排出泵入口浆液泡沫增加，泵出口压力降低或压力不稳，无法正常控制石膏流量，石膏旋流器进入浆液流量不稳定，最终导致浆液密度逐渐上升，吸收塔液位难以控制。

3.3 浆液PH值的影响

浆液的PH值对石膏结晶的影响是简接的，但也是决定性因素之一。根据吸收塔内的反应原理，可以得出高PH值的控制有助于SO2的溶解，低PH值的控制有助于石灰石的溶解，所以PH值过高过低都不利于石膏的形成，过高的PH值使大量的石灰石混入石膏，过高的PH值无则可能导致亚硫酸盐混入石膏，由于两者的粒径均比硫酸钙晶体小，不但降低石膏纯度，而且造成石膏脱水困难。

3.4 浆液密度的影响

液中石膏含量低，碳酸钙含量相对较大;密度过高，则表明浆液中石膏过量，过量的硫酸钙浆液密度反映了吸收塔中浆液的饱和情况，密度过低，表明浆抑制SO2的吸收，从而PH值增加不利于碳酸钙的溶解，所以浆液密度过高或者过低都将导致石膏中的碳酸钙含量增加，降低石膏品质，且因碳酸钙粒径小，造成石膏脱水困难。

3.5 氧化空气量的影响

石灰石-湿法脱硫工艺中，氧化空气经过氧化风机进入吸收塔，主要将HSO3-强制氧化为SO42-，充足的氧化空气将保证HSO3-能得到充分氧化，与Ca2+反应生成CaSO4·2H2O。因此，保证足够的氧化空气量是确保吸收塔内浆液结晶的重要原因，进而是确保脱水效率的重要因素。

3.6 运行设备的影响

(1)石膏旋流器的影响;石膏旋流器主要是靠离心力的作用实现浆液的浓缩和分级，完成一级脱水。吸收塔浆液切向进入石膏旋流器，在离心力的作用下，进行浓缩及颗粒分级，稀的溢流返回吸收塔，浓缩的底流送往真空脱水皮带机进行二级真空皮带机脱水。其影响分离效果的因素主要有投运的旋流子个数和旋流器入口的压力。旋流子投运个数多，吸收塔出石膏快，反之较少;旋流器入口压力高，则分离效果明显。(2)脱水皮带机的影响;真空皮带脱水机的工作原理是通过真空抽吸浆液达到脱水的目的。浆液被送入真空皮带脱水机的滤布上，滤布是通过一条重型橡胶皮带传送的，此橡胶皮带上横向开有凹槽且中间开有通孔以使液体能够吸入真空箱。滤液和空气同时被抽送到真空总管，真空总管中的滤液和空气进入气液分离器进行气水分离，气液分离器顶部出口与真空泵相连，气体被真空泵抽走。分离后的滤液由气液分离器底部出口进入滤液接收水槽。浆液经真空抽吸经过过滤部、清洗部和脱水部形成合格的滤饼，在卸料区经卸料斗落入石膏仓。

4 提高脱水效率的处理方法

(1)确保脱硫剂石灰石粉的质量，对于外购石灰石粉，每车供货都要进行严格化验，要求石灰石颗粒90%通过250目筛，保证其纯度大于90%。确保入口烟气粉尘含量控制在标准状况200mg/Nm3以内，防止高粉尘浓度的烟气进入吸收塔，污染浆液。针对该项措施，可以对原有的电除尘器进行改造，引进电袋除尘器，更好的提高除尘效率。(2)正常运行时，确保废水系统投运，及时控制氯根和重金属离子的含量，保证浆液品质。如果吸收塔出现溢流或者冒泡现象，在吸收塔区地坑内加入适当的消泡剂。(3)调整运行方式，确保吸收塔运行参数控制在最佳范围，如吸收塔液位控制在7.1-7.3m，PH值控制在5.1-5.3，浆液密度控制在1120-1150mg/m3。(4)提高吸收塔内浆液氧化程度。正常运行时，密切关注氧化风机电流和出口压力，电流升高，可能是氧化风管结垢严重，在吸收塔检修的过程中要对氧化风管进行清垢处理。出口压力低，可能是入口堵塞、管道存在漏气现象或者风机内部间隙太大，及时查找原因，进行处理。(5)对旋流器进行了沉降试验，确保其他参数一定，详细记录了各种压力状态下真空皮带脱水机的真空度、滤饼厚度以及石膏品质，最终确定了旋流器出口压力的最佳运行值为0.15MPa。同时，加强对石膏旋流器的应定期清理工作，保证浆液在旋流器中的分离效果。加强日常运行中对底流口液体流出的状态的检查，当沉砂嘴喷出的为雾状时效果为最佳，接近直流时效果已经变差，此时可以考虑更换沉砂嘴。(6)一般真空度偏低主要由滤布破损、皮带机运行轨迹不平、真空泵本体故障等原因造成的。而真空度突然变高，则可能是滤布堵塞、滤布冲洗水水量不足等。保证真空皮带机在最佳工作状态运行，主要控制真空度在(-50Kpa—-60Kpa)，滤饼厚度在(25-30mm)。