火电厂湿法烟气脱硫石膏脱水问题分析及处理措施

孙靖

（大唐宝鸡热电厂，陕西 宝鸡 721000）

火电厂是电能生产中至关重要的造成部分，其发电量占全世界发电量的80%。而火电机组在燃烧发电的过程中，尤其是燃煤发电中，会排放出大量的二氧化硫，二氧化硫作为酸雨的元凶，会对环境造成严重污染。因此，火电厂要按国家规定，控制二氧化硫排放量。石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术，因其具有其适用范围广、脱硫效率高、成本较低等优点，成为了目前湿法烟气脱硫（FGD）中技术最为成熟，且应用最为广泛的脱硫方法。据统计，在世界上已投运的烟气脱硫（FGD）系统中，石灰石-石膏湿法FGD占85%左右。如何确保脱硫设备高效稳定地运行及如何控制脱硫质量，发挥FGD最大效益，成为了使用者非常关注的问题。

石灰石-石膏FGD工艺，主要原理是用石灰石浆液作为吸收剂，与烟气在吸收塔逆流混合，烟气里的二氧化硫与浆液里的碳酸钙反应，生成亚硫酸钙。亚硫酸钙遇塔中鼓入的氧化空气，生成石膏浆液。石膏浆液经过石膏旋流器的初级脱水，真空皮带的二级脱水，从而得到了含水率不超过10%的石膏。石膏的品质直接影响到石膏的销售和实际应用价值，但石膏脱水处理比较困难。

一、脱硫石膏脱水现状

石灰石－石膏湿法脱硫采用石灰石（石灰）浆液作吸收剂吸收烟气中的二氧化硫，经过一系列的化学反应后生成石膏。据统计，全国每年待处理的脱硫石膏达1000万吨以上。脱硫石膏的主要成分是二水硫酸钙，可以代替天然石膏生产不同用途的石膏制品。石膏含水率、氯离子多少、重金属离子、亚硫酸钙含量、碳酸钙含量、石膏纯度等都会直接影响到脱硫石膏的实际应用价值，但石膏脱水处理较为困难。因石膏品质不合格，造成大量石膏不能进行综合利用，作为一般固体废物进行处置，给企业增加了大量的成本。

二、造成石膏脱水的主要原因

（一）石灰石纯度

脱硫工艺过程中，使用的石灰石的纯度越高越有利于作业的完成，这和石灰石的构造有关系，它的颗粒越细小，相对的表面积就会越大，和脱硫浆液的接触面积也会相应地增大，从而能够有效加快反应速度，增强吸收能力，提高石灰石的利用率。一般要求石灰石的纯度不低于90%，不然就需要对石灰石进行提纯处理再进行加工作业。

（二）入口烟气含尘量

入口烟气的飞灰在运行过程中产生的不断增加的重金属会对吸收塔内的脱硫过程以及晶体的形成都会造成负面影响同时飞灰进入浆液中不仅会增加脱水难度、增加石膏中杂质含量，降低石膏的纯度，进而影响石膏的品质。

（三）吸收塔浆液起泡、溢流

当吸收塔中的浆液发生严重起泡现象的时候，泡沫会封闭浆液，导致脱水时石膏脱不干，脱水系统无法投运，导致石膏无法正常排出，从而吸收塔液位难以控制、吸收塔浆液密度上升。

（四）浆液相对过饱和度的影响

石膏溶液只有在适当的过饱和度状态下，才能实现晶体数量少，让新生成的石膏都在为数不多的晶体上长大从而形成大的石膏晶体。饱和度过低，浆液中石膏晶种不够，结晶速度会受到影响；饱和度过高，晶体的数量和体积都会增长，会抑制石膏结晶。因此在加工过程中，必须控制在一个合理的范围内。

（五）浆液的pH值的影响

浆液的PH值对石膏结晶的影响不是直接而是间接的，但是这并不影响它对于整个过程影响的决定性地位。浆液的PH值对整个脱硫过程的影响是通过影响亚硝酸盐的氧化速度从而影响石膏的相对饱和度这样的一个过程来实现的。经过不断的实践研究表明，PH值控制在4.5，亚硝酸盐的氧化作用最强，换言之，PH为4.5是一个最佳的作业状态，是一个理想的状态。但4.5的PH值会降低SO2的吸收，对整个脱硫过程影响比较大。一般情况下，PH值在4.9-5.5左右比较常见。因此，为了能够实现很好的脱硫效果，这就不得不采取其他的措施来提高氧化的速度，从而提高脱硫的效果，进而获得高质量的石膏产品。这样做的过程中需要注意的是需要保证所有物料处在一个相对稳定的化学状态之下，特别是浆液的PH值最好保持在一定的水平上，这样整个化学状态比较稳定，对于其它的作业流程比如保持石膏的过饱和度等都是十分有利的，这样也就对优质石膏的形成打好了一个基础。

（六）温度

经过实践研究表明，在工艺控制中把温度控制在40-60度之间，既能够保证可以生成合格的石膏颗粒，同时又能够避免系统结垢，是最理想的温度状态。但是需要注意的是，这个状态是材质中没有其他杂质的情况，如果物料中杂质成分过高对于温度也是有一定的影响的，这个温度范围是会有一定的变化的不是一成不变的。

（七）氧化空气量

用空气对生成的亚硫酸钙进行强制氧化是一道重要工序。这个过程对于鼓入的空气的量换言之也就是氧气的量是有一定要求的。过少，不能实现亚硫酸盐的充分氧化；过多，则会提高整体运行成本，影响脱硫电耗。

（八）机械力

实践中发现，机械力对结晶体的大小和形状均有影响。在机械力的作用下，一方面会使结晶体尖角部位的晶束从晶体中分离出来，发生二次结晶而形成小颗粒，给脱水造成困难；另一方面，由于机械力的作用，使得晶体的形状向非针状方向发展，有利于脱水。可见，机械力对石膏结晶的影响是双向的，搅拌强度是工艺设计和运行方式控制的难点。

（九）脱硫废水

脱硫废水中含有的杂质普遍有质量较清、易悬浮的特点。日常生产过程中，脱硫废水受设备故障，废水分离效果差或废水处理不能正常投用，就会造成吸收塔浆液中杂质的积累，降低石膏品质的同时，增加的脱水难度。

（十）脱水工序的影响

当浆液中石膏达到一定的过饱和度时，抽出一部分浆液送入石膏脱水系统。石膏脱水分两步进行，第一步先经过旋流器脱水，使石膏的含水率降到50%，然后再利用真空皮带脱水机，使其含水率小于10%。石膏的纯度是通过第一步控制的。进入脱水系统的浆液中除含有大量的石膏外，还含有一部分未反应的吸收剂和氯、氟、铁等杂质。水力旋流分离器使吸收剂与石膏分开，然后通过水洗，除去石膏中的杂质，从而得到纯净的石膏产品。

三、如何尽量规避石膏脱水问题

（一）入口烟气的含尘量

经除尘器净化后进入吸收塔的粉尘和飞灰粒径很小，远远小于石膏粒径，故石膏在真空皮带机上脱水时，滤布的细孔容易堵塞，导致石膏中的水分难以去除。且飞灰中含有金属离子，金属离子溶出会对吸收塔内二氧化硫的吸收造成影响，石膏的质量难以保证。主要解决方法是提高燃煤质量，增强电除尘的投入率，加强电除尘的捕捉效率，将入口烟气含尘量控制在200mg/m3以下，并定期清洗滤布。

（二）浆液饱和度

石膏浆液过饱和度反应了吸收塔浆液中石膏的饱和度，石膏浆液的密度过低，表明吸收塔内石膏含量低，碳酸钙仍大量存在，此时如果将石膏浆液排出塔，将导致石膏中碳酸钙含量增加，即浪费石灰石，也降低了石膏品质；浆液的密度过高，则石表明膏和碳酸钙均过量，过量的硫酸钙会不利于二氧化硫的吸收且不利于碳酸钙溶解，而且由于石灰石粒径小，会堵塞滤布，使石膏脱水困难。据研究发现，当浆液中固体含量在15~18%时，石膏结晶含量最高。

（三）浆液的pH值

一般来说，pH值高的吸收液环境有利于二氧化硫的吸收，反之，pH低的环境有利于碳酸钙离子的溶解和亚硫酸钙的氧化。总的来说，pH值过高或过低都会使石膏品质下降，反应不完全。在实际生产应用中，控制浆液的pH值在5.0~5.8左右会较合理。

（四）吸收塔液位

适当提高吸收塔液位会使得氧化区增长，有利于二氧化硫的吸收和亚硫酸盐的充分氧化，但同时由于浆液达到脱水密度的时间延长，晶体有从易于脱水的棱柱状晶体转化成不易于脱水的片状、花瓣状晶体发展的趋势。

（五）杂质含量

反应体系的杂质主要来自烟气的飞灰中和石灰石的粉尘中，主要影响杂质有、等。其中对石膏影响最大，这是由于氯离子比碳酸根离子酸性强，会抑制二氧化硫溶解成亚硫酸根，不利于石膏的形成。另一方面，氯离子极易与钙离子结合，生成6个结晶水的·6O，把水留在晶体中，使含水量上升。且由于六水氯化钙的生成，浆液中的钙离子浓度增大，由于同离子效应，使碳酸钙分解的平衡向左移动，抑制亚硫酸钙的生成。和的影响主要在这些离子会与氯离子形成胶体，胶体粒径小、粘性大的特性影响石膏的脱水。杂质的多少可以从石膏饼的形态看出，杂质含量高的石膏饼表面会成深褐色且入手很黏，和含量超标会使石膏饼出现严重难脱水和皲裂现象。在水洗步骤中适当加大用水量和保证废水系统的正常投用会有效去除杂质，保证石膏质量。主要解决方法：针对传统废水处理不合理方面，改变废水处理过程，特提出以下改正方案，废水主要任务是清除浆液中的杂质，而杂质在二级脱水过程中有两个去向，一部分随石膏外排，这一部分不做考虑，另外一部分经脱水机分离后，存在于气液分离器的液体中，拟利用将气液分离器中的液体直接进入三联箱作为废水进行处理。其优点在于，1分离后的液体石膏含量低，减少石膏对废水的影响；2.氯离子、重金属的含量较高；3.降低投资费用，降低运维成本；4.运行可靠，废水投入量大等优点。

（六）积极协调燃料配煤，降低燃煤硫分

通过生产调度管理系统，将之前几天脱硫入口硫含量数据汇报给生产调度，及时调整电厂供配煤，确保烟气含硫量在设计值内运行。因此如果烟气中的含硫量过大，最直接的办法还是以采购合格含硫量的燃煤为根本。

（七）对除尘全面检查，确保高压柜及布袋除尘设备投入

需要加强对除尘器的全面检查，分别查看各个高压柜的二次电流是否在合适的范围内。在此提一点，如果发现高压柜全部在投，且电压正常，但效果还是较差时，就要对现在常用的顶部电磁振打进行检查，振打好坏，频率如何都是关键。

（八）严密监督石灰石质量

大部分厂是采用外购石灰石粉，对此确保车车化验，制定严格的考核管理。如果石灰石粉不合格，明显表现是加大供浆量后PH值也达不到规定值，停止供浆后PH值也下降的很缓慢。石灰石粉的指标控制是250目过筛，纯度不小于90%，CaO~”l不小于50%。

（九）加强对石膏旋流器的监控及维修

对于石膏旋流器的操作并不多，最直接的方法就是通过石膏排出泵出口或石膏旋流器旋流子阀门来调整压力。日常维护要加强检查石膏排出泵出口压力，旋流器底流口液体流出的状态，当喷出的为雾状时效果为最佳，接近直流时效果已经变差，此时可以考虑更换喷嘴。也可以通过测量旋流器出口浓度，当旋流后达不到40-50%的分离效果就要考虑更换旋流器或旋流子。

（十）保持真空皮带机的最佳工作状态

皮带机的问题也就是通过关注真空度的高低、石膏含水率及石膏分离效果关来确定脱水运行状况的好坏，当锅炉投油燃烧，油脂进入吸收塔内与浆液混合也会影响脱水效果，也就是锅炉要尽可能减少投油燃烧时间。另外真空泵的运行状态、冲洗水压力、皮带转速等都会影响脱水效果。

（十一）提高浆液氧化程度

正常运行时氧化风机要注意出口压力及流量的变化，并定期切换氧化风机运行，当发现出口压力增大时(吸收塔液位、浓度正常)，流量降低时，估计氧化风管已经结垢严重，在吸收塔大检修时要对氧化风机及氧化风管进行清垢处理。

（十二）其他措施

某厂就曾发生过密度计故障后，没有及时进行脱水，导致塔内石灰石粉含量逐渐升高，导致脱水困难。所以保持仪表准确程度是脱硫运行的关键，运行人员要加强对运行参数监测仪器的检查，定期进行保养维护，发现异常时应及时查找原因解决。保持吸收塔浆液PH值在5．2—5．8之间，防止吸收塔浆液PH值过高或过低。PH值过低浆液呈酸陛不能吸收s0使脱硫效率降低同时对塔内设备腐蚀较大，PH值过高导致浆液中的石灰石量增多，多以PH值过高或过低都不利于运行稳定。另外，加强废水系统的投运效率，使吸收塔内浆液重金属离子含量及吸收塔内CL-含量在20000ppm以下不超标。

四、总结

影响脱硫石膏质量的因素很多，如石膏在浆液中的过饱和度、浆液的pH值、石膏的结晶温度、氧化空气用量、浆液搅拌强度以及石膏脱水工序等。此外，晶体的总表面积以及晶体的生长时间也会影响脱硫石膏的质量。而且，上述诸因素之间会产生相互影响和制约。比如浆液的pH值、氧化空气用量等直接影响石膏在浆液中的过饱和度。因此，在研究其中一种影响因素时，必须同时考虑其他因素的相关影响，脱硫石膏的质量控制还应结合具体工程实际，采用科学手段进行更加深入的研究。