脱硫石膏含水率超标原因分析及控制措施（转贴）

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脱硫石膏含水率超标原因分析及控制措施

摘要：本文针对脱硫石膏含水率超标（>10wt%）的实际情况，从脱硫化学监测分析入手，进行了大量的数据跟踪统计分析，结果发现吸收塔内浆液的固体含量、Cl-浓度、PH值；石膏旋流底流固体含量等系统运行监测参数；真空皮带机的真空、速度等运行参数都有较大范围的变化。针对上述参数变化进行了认真的分析及试验调整，取得了良好的效果，使石膏含水率超标的问题得到了控制。文章记载了分析及调整的过程并阐述了原因，希望能对FGD运行和故障分析起到一定的指导作用。

0 概述

湿法石灰石/石膏烟气脱硫工艺中，用石灰石浆液作为吸收剂，石灰石/石膏浆液在吸收塔对烟气进行逆流洗涤，烟气中的SO2与溶解的石灰石中Ca2+反应，在浆液中生成半水亚硫酸钙（CaSO3•·1/2H2O），再被鼓入的空气将其强制氧化生成二水硫酸钙（CaSO4·2H2O）结晶体。石膏抽出泵将吸收塔内的浆液抽出，送往水力旋流器进行粒径/密度分级，细颗粒/稀的溢流返回吸收塔;较粗颗粒/浓缩的底流送往真空皮带机进行石膏脱水。脱水后的石膏含水率一般控制在10%（重量％）以下（称为达标）－这就是一般可销售的脱硫副产品。含水率过高，对石膏的储存及加工都会造成一定的困难，且直接影响石膏的商业应用价值，为此，应加以控制。

影响石膏含水率的因素较多，如石膏在浆液中的过饱和度、浆液的PH值、石膏结晶体的颗粒形状和大小、石膏脱水设备的运行状态及参与反应控制过程的仪表的准确度等因素有关。在石膏的生成过程中，如果工艺条件控制不好，往往会生成层状尤其是针状晶体，进一步向片状、簇状或花瓣形发展，其粘性大难以脱水，如CaSO3·1/2H2O晶体。而理想的石膏晶体（CaSO4·2H2O）应是短柱状，比前者颗粒大，易于脱水。（见图1）。所以，控制好吸收塔内化学反应条件，调整好系统设备的运行状态是石膏质量的保证。

1        石膏含水率超标情况简述

热电分公司安装2套湿法石灰石/石膏烟气脱硫装置（FGD），脱除两台机组（4台锅炉）产生的SO2。每台机组（200MW）配两台锅炉，每台锅炉额定蒸发量为410 t/h。#2机组（#3、#4锅炉）FGD由德国BBP环保公司提供，2000年10月投入运行；为了脱硫副产品二水石膏的综合利用，同时配套安装了石膏炒制和制板生产线。#1机组（#1、2锅炉）FGD由北京国电龙源环保工程公司承建，采用BBP脱硫技术。为了节省投资，#1FGD设计中考虑到我公司锅炉燃煤含硫量的降低及#2FGD设计裕量大的特点，采用了两套FGD公用一套（#2FGD）石灰石破碎制浆、石膏脱水系统的方案，2003年5月开始调试，7月15日调试完成，进入试运行阶段。

2003年7月18日运行监测发现经皮带机脱水后的石膏含水率升高，取出的石膏样品放置几分钟后呈泥状，经分析游离水高达15.3%，之后，石膏含水率一直居高不下，在13—18%范围波动，最高时达到了20.6%。

1 2003年7-11月#2FGD化学分析汇总表（见表1）

为了查找石膏含水率超标的原因，从FGD化学监测分析入手，进行了大量的数据跟踪统计分析，见表1。分析表1可以看出，石膏含水率超标前后，吸收塔浆液中Cl-浓度、固含量、PH值、皮带机的真空、速度、石膏浆液含固率、密度以及石膏成分等指标都有较大范围的波动。特别是真空皮带机的真空与石膏含水率呈有规律的变化，皮带机真空升高，石膏含水率增大。

2        石膏含水率超标原因分析

2.1真空皮带机滤布堵塞

表2
石膏含水率与皮带机真空和浆液含固率的相关数据

日期		10.29	10.30	7.3	10.24	10.9	10.23	9.29	9.22
石膏含水率	wt%	9.3	9.7	10.7	11.3	13.62	15.28	15.4	20.6
真空表计	bar	-0.514	-0.523	-0.566	-0.586	-0.605	-0.615	-0.64	-0.704
浆液含固率	wt%	51.4	51	45.5	45.2	42.3	42.2	39.7	39.3

皮带机滤水收集箱真空表计直观地反映了皮带机的真空（设当地大气压为0 bar）。从表2可以看出，真空升高至-0.586 bar时，石膏含水率达到了11.3%，真空继续升高至-0.605 bar时，石膏含水率达到了13.62%，真空再升高，石膏含水率将继续增大。

皮带机的真空升高，也即滤水通过滤布的压降增加，说明滤布有堵，使脱水不畅。实际上是石膏浆液中细小颗粒比例升高，阻塞了皮带机滤布的滤水通道，使浆液中的水不容易从滤布孔隙分离出来。若要达到一定的固液分离效果，必须使真空增加。

2.2 废水排放量少

吸收塔中杂质主要是由烟气中飞灰和石灰石中杂质组成。这些杂质一般不参加反应。杂质量可间接从监测Cl-浓度反映出来。从表1可以看出，7-10月份塔内Cl-浓度一直保持在11000mg/l以上，最高时达到了17760mg/l。检查运行记录发现，由于废水处理系统管路堵塞频繁及石灰乳系统设备故障率高，使之投运率下降，废水排放量减少，吸收塔浆液中Cl-浓度及杂质含量升高。

脱硫系统中排出的废水取自石膏水力旋流器稀的溢流中的一小部分（～2t/h），含固量约2%，主要为细灰和未溶的石灰石。废水处理系统停运时吸收塔内的细灰杂质没有一个正常的出路只能积累在浆液中被排出，塔内Cl-浓度及杂质含量日益累积升高。虽然设计Cl-浓度在20000mg/l以下对脱硫反应无甚影响，但杂质影响了石膏的结晶及大颗粒石膏的生成，使石膏的纯度降低。另一方面，杂质夹杂在石膏结晶之间，堵塞了游离水在结晶之间的通道，使石膏脱水变得困难。

吸收塔内杂质含量的高低，一方面可以通过Cl-浓度的化验监测值直接反映出来；另一方面可从皮带机上的石膏滤饼表面颜色间接了解，吸收塔内杂质含量高时，石膏饼表面被一层呈深褐色物质覆盖（见图2），这层物质手感很粘，且很快会析出水份，这是因为杂质大多为烟气中的飞灰，质量相对较轻，当石膏浆液流入皮带机滤布上时，较轻的杂质漂浮在浆液的上部，而杂质颗粒较石膏颗粒细且粘性大，水份不易脱除，石膏饼分层取样水份及成分分析见表3。

表3
石膏饼分层成分及水份分析

	单位	水份	CaSO4×2H2O	CaSO3×1/2H2O	CaCO3	杂质
上层	%	16.4	61.7	----	2.00	36.3
下层	%	10.8	96.1	0.02	0.25	3.65

*注：杂质=100%-（CaSO4×2H2O+CaSO3×1/2H2O +CaCO3）%

从表3可以看出，石膏中的水份和杂质主要集中在上层石膏中。因此，要保证石膏的品质，废水必须连续排放。

另外，进入FGD 的原烟气含尘浓度应确实满足设计要求(<～200mg/Nm3)。虽然该值已设定于FGD保护逻辑中，但设计中原烟气在线监测中未安装粉尘监测仪。锅炉电除尘器运行不正常时也应及时通知FGD操作员，适当加大排废水量或停运FGD运行，防止高浓度粉尘进入脱硫系统，影响石膏品质。

表4

石膏含水率与原烟气含尘浓度的关系（合同商设计保证数据）

含尘浓度：	<100mg/Nm3（干态）	<150mg/Nm3（干态）	<200mg/Nm3（干态）
石膏含水率：	<10wt%	<11wt%	<12wt%

图3
#1、2FGD石膏浆液工艺流程

调试及运行过程发现#1FGD吸收塔密度计CRT显示与实验室测试值偏差较大，偏差范围在-0.030—+0.035 kg/l之间，最大时（8月6日监测值）达到0.154kg/l（偏高）。

吸收塔浆液排出泵出口管道上的石膏浆密度计控制着吸收塔生成物石膏品质。若浓度低于设定值浆液需打回吸收塔再循环;若浓度高于设定值打至一级旋流脱水，底流进石膏浆液箱，再通过石膏浆液泵打到#2FGD皮带机进行二次脱水。

浆液密度测试不准确，如偏高，不饱和的石膏浆液以及小颗粒石膏晶体进入公用的石膏浆液罐，与二单元石膏浆液混合进入皮带脱水系统，如前所述，石膏浆稀且细小结晶颗粒比例大，引起石膏脱水困难。

2.4
#2FGD吸收塔浆液PH值测量值波动较大

从表1可以看出：#2吸收塔浆液PH值CRT显示与实验室测试（Lab）值相差较大，CRT显示偏低，最高时偏差达1.5以上。

吸收塔液的PH测量值是参与反应控制的一个重要参数，其输出值与其它一些信号，如锅炉的负荷、FGD入口二氧化硫的浓度值和新鲜石灰石浆液的密度，综合起来用于确定需要输送到烟气脱硫吸收塔的新鲜反应浆液的流量。pH值升高，新的反应浆液供应量将减少。反之，pH值降低，新的反应浆液供应量将增加。若pH计不准，由其控制的加石灰石量不是真正需要的量。过量的石灰石使石膏纯度降低，造成石膏脱水困难。因此，运行中应及时校正表计，尽量减少CRT显示与Lab测试偏差，保证塔内反应的正常进行。

3        石膏水分超标控制措施

3.1废水系统检查消缺，加大和保持废水的正常排放

为了保证塔内反应正常进行及石膏的质量，废水处理系统必须正常投入运行，保证废水排放，以降低吸收塔内Cl-浓度及杂质含量，保证塔内化学反应的正常进行及晶体的生成和长大。塔内CI-浓度应控制在10000mg/l以下，并尽量维持低运行值。因为浆液中的CI-对设备具有较强的腐蚀性，低CI-浓度可延缓设备腐蚀，提高设备的使用寿命。

3.2严密监视皮带机运行参数，控制皮带机真空不超过-0.58bar

皮带机运行中真空的变化，直接反应石膏脱水的效果。真空升高时应关注塔内浆液监测指标是否在正常范围内。特别是真空超过-0.58bar时，检查真空升高的原因，及时调整，并联系监测站对石膏水份进行取样分析。

3.3定期清理石膏旋流器，保证浆液的浓缩及颗粒分离效果

运行监测发现石膏旋流底流固体含量低于40—45%范围时，及时检查旋流器运行情况，发现堵塞及时清理。制定定期清理制度，防止由于堵塞引起的石膏浆液密度、固体含量的降低，影响石膏的脱水。

3.4加强在线检测仪表的维护，减小CRT显示与实际值的偏差

按照吸收塔中反应物计量和生成物品质要求，石灰石浆液的密度和吸收塔PH值与脱硫效率有直接关系。吸收塔浆液密度控制着吸收塔生成物石膏品质。因此，石灰石浆液和石膏浆液密度计以及吸收塔PH计都是参与化学反应和控制的重要仪表，运行中必须加强这些在线仪表的维护，保证其准确性。

3.5 加强对运行参数的监测分析

运行人员要加强对运行参数的监测分析，发现不正常时应查找原因，及时调整，防止多参数发生变化，给问题的处理造成困难。

3.6 加强运行管理、制定定期分析制度

制定由运行、检修、监测站、仪表维护等人员参加的对FGD化学分析表单定期分析制度，掌握系统设备的运行状况，将不正常状态及时修正。

4 结论

FGD工艺系统复杂，影响石膏含水率的因素比较多，各因数之间又存相互影响，再加上我公司两套脱硫公用一套石膏脱水设备的特殊性，使问题的分析处理变得复杂和困难。文章通过对FGD石膏含水率超标的原因分析，在充分开展试验研究的基础上找出了超标的根本原因。废水处理系统设备缺陷多，投入率低、废水排放量少，导致吸收塔浆液Cl-浓度及杂质含量升高，干扰了塔内脱硫化学反应的正常进行，影响了石膏的结晶和生长，使石膏结晶体颗粒大小、形状发生变化，晶体中细颗粒比例增大造成真空皮带机滤布堵塞是引起石膏含水率超标的根本原因。另外，吸收塔浆液固体含量低、PH计波动范围大也是影响大颗粒石膏的形成的原因之一。同时针对性的采取了系统的消缺和调整，使石膏含水率超标的问题得到了控制和解决。

加强脱硫系统设备的运行管理，及时消除设备缺陷；提高运行及检修人员的操作及维护水平是维持系统设备安全正常运行的保证。同时，加强脱硫化学监测分析表单的管理，建立监测数据与运行操作的紧密联系，使监测数据真正起到监测、监督、指导运行的作用。