濕法脫硫石膏脫水困難原因分析及 控制
2019-12-06 來(lái)自: 威海市銘遠環(huán)??萍加邢薰? 瀏覽次數:1414
石灰石-石膏濕法脫硫(wetfluegasdesulfurization,WFGD)是世界范圍內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(guò)一系列反應生成副產(chǎn)物石膏。隨著(zhù)濕法脫硫技術(shù)的不斷推廣,其副產(chǎn)物石膏的排放量也與日俱增,預計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,在實(shí)際調研中發(fā)現很多電廠(chǎng)一定程度上均存在石膏脫水困難的問(wèn)題,影響其質(zhì)量及商業(yè)應用。本文將結合某電廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中出現的案例,對造成石膏脫水困難的主要影響因素進(jìn)行分析并提出控制措施。
某電廠(chǎng)一期為2×330MW亞臨界燃煤機組,同步建設脫硫裝置。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成塊狀,嚴重時(shí)甚至出現石膏成稀泥狀無(wú)法脫水成型的情況,而正常石膏脫水后較為松散,顆粒分明。
2.1.1鍋爐投油穩燃
燃煤發(fā)電鍋爐在啟動(dòng)、停運、低負荷穩燃及深度調峰階段由于設計、燃煤等原因均需耗用大量的燃油助燃,由于工況運行不穩定、鍋爐燃燒不充分,會(huì )有相當一部分未燃盡的油污或油粉混合物隨煙氣進(jìn)入吸收塔漿液內,在吸收塔內強烈的擾動(dòng)作用下,極易形成細碎的泡沫,在漿液表面大量聚集。表1為該電廠(chǎng)吸收塔漿液表面泡沫的成分分析。
表1吸收塔漿液表面泡沫成分分析%
油污在漿液表面聚集的同時(shí)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,并在漿液中石灰石、亞硫酸鈣等顆粒表面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(jìn)而影響脫硫效率和石膏的生成。含油的吸收塔漿液通過(guò)石膏排出泵進(jìn)入石膏脫水系統,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(jìn)而導致石膏脫水困難。
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(chǎng)設計除塵器出口(脫硫入口)煙塵濃度20mg/m3,出于節能減少廠(chǎng)用電考慮,除塵器出口實(shí)際控制煙塵濃度在30mg/m3左右,過(guò)多的煙塵進(jìn)入吸收塔依靠脫硫系統的協(xié)同除塵作用進(jìn)行脫除。經(jīng)電除塵凈化后進(jìn)入吸收塔的煙塵粒徑絕大部分小于10μm,甚至小于2.5μm,遠遠小于石膏漿液的粒徑。圖1為該電廠(chǎng)石膏含水率正常時(shí)排出石膏漿液中的平均粒徑分布,86.9%的物質(zhì)粒徑在10μm以上,69.2%的物質(zhì)粒徑在20μm以上。煙塵隨石膏漿液進(jìn)入真空皮帶機后同樣堵塞濾布,導致濾布透氣性能變差,石膏脫水困難。
圖1石膏漿液平均粒徑分布
2.2.1漿液密度
漿液密度的大小說(shuō)明了吸收塔中漿液的密集程度,若密度過(guò)小,說(shuō)明漿液中CaSO4含量較低,CaCO3含量較高,直接造成CaCO3的浪費,同時(shí)由于CaCO3顆粒較小,易導致石膏脫水困難;若漿液密度過(guò)大,則說(shuō)明漿液中CaSO4含量較高,較高的CaSO4會(huì )阻礙CaCO3的溶解,抑制SO2的吸收,CaCO3隨石膏漿液進(jìn)入真空脫水系統同樣影響石膏的脫水效果。濕法脫硫雙塔雙循環(huán)系統,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,漿液密度控制在1100±20kg/m3范圍內,而實(shí)際運行中該廠(chǎng)一級塔漿液密度在1200kg/m3左右,高時(shí)甚至達到1300kg/m3,始終控制較高。圖2為該電廠(chǎng)制漿用石灰石粉平均粒徑分布,81.0%的物質(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(shí)其CaCO3易造成石膏脫水困難。
圖2石灰石粉平均粒徑分布
2.2.2漿液強制氧化程度
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成長(cháng),若氧化不充分,則會(huì )生成亞硫酸鈣與硫酸鈣的混合晶體,造成結垢現象。漿液強制氧化程度取決于氧化空氣量、漿液停留時(shí)間、漿液攪拌效果等因素,氧化空氣量不足、漿液停留時(shí)間過(guò)短、漿液分布不均、攪拌效果不佳等均會(huì )造成塔內CaSO3·1/2H2O含量過(guò)高。
圖3為該電廠(chǎng)一級吸收塔石膏排出泵入口處塔壁的結晶物,由于吸收塔漿液脈沖懸浮母管斷裂,導致塔內漿液攪拌不充分,局部區域內亞硫酸鈣氧化不足,生成混合結晶體Ca(SO3)0.8(SO4)0.21/2H2O即CSS垢,其脫硫石膏與運行正常期間石膏對比見(jiàn)表2??梢?jiàn),由于局部氧化不足,漿液內CaSO3·1/2H2O含量明顯偏高,導致石膏脫水困難,含水率也較高。
圖3石膏排出泵入口處塔壁結晶
表2石膏主要成分分析%
2.2.3漿液中的雜質(zhì)含量
漿液中的雜質(zhì)主要來(lái)源于煙氣和石灰石,這些雜質(zhì)在漿液中形成雜質(zhì)離子,影響石膏的晶格結構。煙塵中不斷溶出的重金屬會(huì )抑制Ca2+與HSO3-的反應,漿液中的F-和Al3+含量較高時(shí)會(huì )生成氟鋁絡(luò )合物AlFn,覆蓋在石灰石顆粒表面,造成漿液中毒,使脫硫效率降低,細小的石灰石顆粒夾雜在未完全反應的石膏晶體中,使石膏脫水困難。漿液中的Cl-主要來(lái)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(lái)自煙氣攜帶。當漿液中存在大量的Cl-時(shí),Cl-會(huì )被晶體包裹,并于漿液中存在的一定量的Ca2+結合生成穩定的CaCl2,將一定量的水留在晶體內,同時(shí)漿液中一定量的CaCl2會(huì )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。
2.3.1石膏脫水系統
石膏漿液通過(guò)石膏排出泵送至石膏旋流器進(jìn)行一級脫水,底流漿液濃縮到含固量達到50%左右時(shí)自流到真空皮帶機進(jìn)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(guò)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,導致含水率升高;若旋流器入口壓力過(guò)高,則分離效果較好,但影響旋流器的分級效率,同時(shí)對設備的磨損較嚴重。沉砂嘴尺寸過(guò)大,同樣會(huì )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(chǎng)正常石膏脫水時(shí)要求石膏旋流器入口壓力為0.17MPa,而實(shí)際運行中旋流器入口壓力介于0.08~0.14MPa,與運行要求值相比偏低,且入口壓力波動(dòng)較大,圖4、圖5分別為該廠(chǎng)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不滿(mǎn)足固液分離線(xiàn)型的要求,旋流子及沉砂嘴存在磨損及堵塞,實(shí)測底流漿液含固量?jì)H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(guò)高或過(guò)低都會(huì )影響石膏脫水效果,真空度過(guò)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(guò)高,則濾布空隙可能存在堵塞或皮帶存在跑偏,同樣導致石膏脫水效果變差。在同樣的工況條件下,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(guò)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(zhù)影響,皮帶機轉速降低時(shí),濾餅厚度增加,真空泵對濾餅上層的抽吸能力減弱,導致石膏含水率升高;皮帶機轉速升高時(shí),濾餅厚度減薄,容易造成局部濾餅漏氣,破壞真空,也會(huì )導致石膏含水率升高。
圖4正常沉砂嘴工作狀況
圖5異常沉砂嘴工作狀況
2.3.2脫硫廢水處理系統
脫硫廢水處理系統運行不正?;驈U水處理量小均會(huì )影響脫硫廢水的正常外排,長(cháng)期運行下煙塵等雜質(zhì)不斷進(jìn)入漿液,漿液中重金屬、Cl-、F-、Al-等不斷富集,導致漿液品質(zhì)不斷惡化,影響脫硫反應的正常進(jìn)行、石膏的生成以及脫水。以漿液中的Cl-為例,該電廠(chǎng)一級吸收塔漿液中Cl-含量高時(shí)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(shí),石膏的脫水效果較好,隨著(zhù)氯離子含量的升高,石膏的脫水效果逐漸變差。
1)加強鍋爐運行燃燒調整,減少鍋爐啟停階段或低負荷運行時(shí)投油穩燃對脫硫系統的影響,控制漿液循環(huán)泵的投運數量,減少未燃盡油粉混合物對漿液的污染。
2)從對脫硫系統長(cháng)期穩定運行和整體經(jīng)濟性方面考慮,加強除塵器運行調整,采用高參數運行,控制除塵器出口(脫硫入口)煙塵濃度在設計值以?xún)取?/span>
3)對漿液密度、氧化空氣量、吸收塔液位、漿液攪拌裝置等進(jìn)行實(shí)時(shí)監控,確保脫硫反應在正常條件下進(jìn)行。
4)加強石膏旋流器和真空皮帶機的維護和調整,控制石膏旋流器入口壓力和皮帶機真空度在合理范圍內,對旋流子、沉砂嘴和濾布定期檢查,確保設備在蕞佳狀態(tài)下運行。
5)確保脫硫廢水處理系統正常運行,脫硫廢水定期外排,減少吸收塔漿液中的雜質(zhì)含量。
石膏脫水困難是濕法脫硫裝置普遍存在的問(wèn)題,其影響因素眾多,需要從外部介質(zhì)、反應條件及設備運行狀況等多個(gè)方面進(jìn)行綜合分析及調整。深入了解脫硫反應機理和設備運行特性,合理控制系統主要運行參數,才能保障脫硫石膏的脫水效果。
本文發(fā)表于《環(huán)境工程》 2019年
作者簡(jiǎn)介:齊偉明 ,碩士,主要研究方向為大氣污染防治研究。