濕法脫硫石膏脫水困難原因分析及控制
2020-06-12 來(lái)自: 威海市銘遠環(huán)??萍加邢薰? 瀏覽次數:1663
李文鼎 高惠華 黃躍滔 汪 勝
摘要: 石膏脫水困難是濕法脫硫裝置普遍存在的問(wèn)題,嚴重時(shí)影響其正常產(chǎn)出和商業(yè)應用。結合某電廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中出現的案例,對濕法脫硫石膏脫水困難的原因進(jìn)行了分析,表明鍋爐投油穩燃、入口煙塵濃度、漿液密度、漿液氧化程度、漿液中雜質(zhì)含量、石膏脫水系統及廢水處理系統設備的運行均影響石膏脫水的效果,并提出了一系列控制措施。
一、石膏脫水困難原因分析
1 鍋爐投油穩燃及入口煙塵濃度的影響
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。
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。
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 20 mg/m 3 ,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 30 mg/m 3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 10 μm,甚至小于 2. 5 μm ,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10 μm 以上,69. 2%的物質(zhì)粒徑在20 μm 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。
2 石膏漿液品質(zhì)的影響
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±20 kg/m3范圍內,而實(shí)際運行中該廠(chǎng)一級塔漿液密度在 1200 kg/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 10 μm 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。
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???/span>見(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。
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。
3 設備運行狀況的影響
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. 17 MPa,而實(shí)際運行中旋流器入口壓力介于 0. 08~0. 14 MPa,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。
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 4300 mg/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 。
二、控制措施
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。
三、結束語(yǔ)
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。