石膏脱水困难原因分析
1.锅炉油供给和稳定燃烧
由于设计原因和煤炭燃烧特性,燃煤发电锅炉在启动、停机、低负荷稳定燃烧和深度调峰等过程中需要消耗大量燃油辅助燃烧。由于运行不稳定和锅炉燃烧不充分,相当数量的未燃尽燃油或油粉混合物会随烟气进入吸收器浆液。在吸收器内的强烈扰动下,极易形成细小泡沫并聚集在浆液表面。本文对某电厂吸收器浆液表面的泡沫进行了成分分析。
当油聚集在浆体表面时,一部分油在搅拌和喷淋的作用下迅速分散到吸收器浆体中,并在浆体中石灰石、亚硫酸钙等颗粒表面形成一层薄油膜,包裹住石灰石等颗粒,阻碍石灰石的溶解和亚硫酸钙的氧化,从而影响脱硫效率和石膏的生成。含油吸收塔浆体经石膏排料泵进入石膏脱水系统。由于油和未完全氧化的亚硫酸产物的存在,容易造成真空带式输送机滤布缝隙堵塞,导致石膏脱水困难。
2.入口处的烟雾浓度
湿式脱硫吸收塔具有一定的协同除尘效果,除尘效率可达70%左右。电厂设计除尘器出口(脱硫入口)的粉尘浓度为20mg/m³。为节能降耗,实际除尘器出口粉尘浓度控制在30mg/m³左右。过量的粉尘进入吸收塔,并被脱硫系统的协同除尘效果去除。经静电除尘净化后进入吸收塔的粉尘颗粒大多小于10μm,甚至小于2.5μm,远小于石膏浆的粒径。粉尘随石膏浆进入真空带式输送机后,会堵塞滤布,导致滤布透气性差,影响石膏的脱水效果。
2.石膏浆质量的影响
1. 浆料密度
浆体密度的大小反映了吸收塔内浆体的密度。如果密度过小,则意味着浆体中CaSO4含量低而CaCO3含量高,这会直接造成CaCO3的浪费。同时,由于CaCO3颗粒较小,容易导致石膏脱水困难;如果浆体密度过大,则意味着浆体中CaSO4含量高。较高的CaSO4含量会阻碍CaCO3的溶解,抑制SO2的吸收。CaCO3随石膏浆体进入真空脱水系统,也会影响石膏的脱水效果。为了充分发挥湿法烟气脱硫双塔双循环系统的优势,应将第一级塔的pH值控制在5.0±0.2范围内,并将浆体密度控制在1100±20kg/m³范围内。在实际运行中,该装置第一级塔的浆料密度约为 1200kg/m3,高峰时期甚至可达 1300kg/m3,始终控制在较高水平。
2.浆料强制氧化程度
浆料强制氧化是指向浆料中引入足够的空气,使亚硫酸钙氧化为硫酸钙的反应趋于完全,氧化率高于95%,从而保证浆料中有足够的石膏晶体生长。如果氧化不充分,则会生成亚硫酸钙和硫酸钙的混合晶体,导致结垢。浆料强制氧化的程度取决于氧化空气的量、浆料的停留时间和搅拌效果等因素。氧化空气不足、浆料停留时间过短、浆料分布不均匀以及搅拌效果差都会导致塔内CaSO₃·1/2H₂O含量过高。由此可见,由于局部氧化不充分,浆料中CaSO₃·1/2H₂O含量显著偏高,导致石膏脱水困难,含水量偏高。
3. 浆体中的杂质含量 浆体中的杂质主要来源于烟气和石灰石。这些杂质在浆体中形成杂质离子,影响石膏的晶格结构。烟气中不断溶解的重金属会抑制Ca²⁺和HSO₃⁻的反应。当浆体中F⁻和Al³⁺含量较高时,会生成氟铝络合物AlFn,覆盖在石灰石颗粒表面,导致浆体中毒,降低脱硫效率,并且细小的石灰石颗粒混入未完全反应的石膏晶体中,使石膏难以脱水。浆体中的Cl⁻主要来源于烟气和工艺水中的HCl。由于工艺水中的Cl⁻含量相对较低,因此浆体中的Cl⁻主要来源于烟气。当浆料中氯离子(Cl⁻)含量较高时,氯离子会被晶体包裹,并与浆料中一定量的钙离子(Ca²⁺)结合形成稳定的氯化钙(CaCl₂),同时晶体中会残留一定量的水。此外,浆料中一定量的氯化钙会残留在石膏晶体之间,阻塞晶体间自由水的通道,导致石膏的含水量增加。
3. 设备运行状态的影响
1. 石膏脱水系统 石膏浆料经石膏排料泵送至石膏旋风分离器进行初级脱水。当底流浆料的固含量浓缩至约50%时,流入真空带式输送机进行二级脱水。影响石膏旋风分离器分离效果的主要因素是旋风分离器入口压力和沉砂喷嘴尺寸。若旋风分离器入口压力过低,固液分离效果差,底流浆料固含量低,影响石膏脱水效果,导致含水量增加;若旋风分离器入口压力过高,分离效果较好,但会影响旋风分离器的分级效率,造成设备严重磨损。若沉砂喷嘴尺寸过大,也会导致底流浆料固含量低、颗粒细小,影响真空带式输送机的脱水效果。
真空度过高或过低都会影响石膏的脱水效果。真空度过低会降低从石膏中抽取水分的能力,导致石膏脱水效果变差;真空度过高则可能导致滤布缝隙堵塞或传送带偏移,同样会降低石膏脱水效果。在相同的工况下,滤布的透气性越好,石膏脱水效果越好;如果滤布透气性差,滤道堵塞,则石膏脱水效果变差。滤饼厚度对石膏脱水也有显著影响。当传送带速度降低时,滤饼厚度增加,真空泵抽取滤饼上层水分的能力减弱,导致石膏含水率升高。当皮带输送机速度增加时,滤饼厚度减小,容易导致局部滤饼泄漏,破坏真空,并导致石膏含水量增加。
2. 脱硫废水处理系统运行异常或废水处理量过小会影响脱硫废水的正常排放。长期运行下,烟尘等杂质会持续进入浆液,浆液中的重金属、氯离子、氟离子、铝离子等也会持续富集,导致浆液水质不断恶化,影响脱硫反应、石膏生成和脱水等过程的正常进行。以浆液中的氯离子为例,某电厂一级吸收塔浆液中氯离子含量高达22000mg/L,石膏中氯离子含量达到0.37%。当浆液中氯离子含量约为4300mg/L时,石膏脱水效果较好。随着氯离子含量的增加,石膏脱水效果逐渐下降。
控制措施
1. 加强锅炉运行的燃烧调节,减少锅炉启动和停机阶段或低负荷运行期间喷油和稳定燃烧对脱硫系统的影响,控制投入运行的浆液循环泵数量,减少未燃油粉混合物对浆液的污染。
2. 考虑到脱硫系统的长期稳定运行和整体经济性,加强除尘器的运行调节,采用高参数运行,将除尘器出口(脱硫入口)的粉尘浓度控制在设计值范围内。
3. 浆料密度的实时监测(浆料密度计),氧化空气量,吸收塔液位(雷达液位计)、浆料搅拌装置等,以确保脱硫反应在正常条件下进行。
4. 加强石膏旋风分离器和真空带式输送机的维护和调整,将石膏旋风分离器的入口压力和带式输送机的真空度控制在合理范围内,并定期检查旋风分离器、沉砂喷嘴和滤布,确保设备处于最佳运行状态。
5. 保证脱硫废水处理系统的正常运行,定期排放脱硫废水,降低吸收塔浆液中的杂质含量。
结论
石膏脱水困难是湿法脱硫设备中常见的难题。影响因素众多,需要从外部介质、反应条件、设备运行状态等多个方面进行综合分析和调整。只有深入了解脱硫反应机理和设备运行特性,并合理控制系统的主要运行参数,才能保证脱硫石膏的脱水效果。
发布时间:2025年2月6日