燃煤電廠石灰石-石膏濕式煙氣脫硫系統運行過程中， 石膏脫水困難是較為常見的問題。在整個脫硫反應過程中， 石膏晶種的形成和生長受到石灰石粒度、漿液pH 值、雜質、工藝水質、氧化風量、反應時間等多種因素的影響。 河源電廠脫硫采用石灰石-石膏濕法工藝， 工藝用水來源為處理后的工業廢水， 其成分較為復雜多變。該系統投運7 年來， 數次發生石膏結晶不佳、含水率高的情況。 系統能否維持良好性能成為環保工作的關鍵。石膏含水率高的問題得到解決可使煙氣排放、固廢處理、廢水零排放三大體系保持良性循環， 有利于環保和經濟效益的提高。 河源電廠煙氣脫硫系統概況 河源電廠2×600 MW 超超臨界機組采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝， 1 爐1 塔， 2 臺脫硫塔共用1 套石灰石制備系統和1 套石膏脫水系統。脫硫工藝流程如圖1 所示， 圖中實線為脫硫工藝介質， 虛線為水介質。脫硫工藝用水采用處理后的工業廢水及閉式循環冷卻塔排污水（以下簡稱復用水）， 即脫硫工藝用水處于全廠水平衡系統的關鍵位置。 石膏脫水異常狀況 正常情況下， 脫硫石膏含水率一般在13%左右。2015 年5～6 月， 脫硫石膏含水率呈明顯升高趨勢， 平均達到22%； 其中單日最高值達40%～50%， 石膏呈流體狀， 且粘性很大， 和正常結晶的石膏完全不同。吸收塔漿液取樣后長時間放置，大部分石膏顆粒仍呈懸浮狀態， 說明石膏顆粒很小， 結晶過程受到了干擾， 無法正常結晶長大。 通過常規運行調整， 如加大脫硫廢水排放、降低吸收塔漿液pH 值（5.0～5.5）， 調整石膏旋流器入口壓力、調整真空皮帶機頻率和石膏濾餅厚度等， 石膏漿液品質并未好轉。 原因分析 脫硫過程中石膏晶體的生成及生長， 涉及脫硫工藝的絕大多數環節。導致其含水率高的原因有很多， 可分為設備原因、系統原因、介質原因等。為此， 對石膏在脫硫塔內生成， 直到脫水機脫除水分的工藝流程逐項檢查， 將可能影響石膏含水率的因素一一羅列， 并采用比對分析的方法進行排查。 3.1 設備原因分析與排除 對脫硫系統內與脫水有關的設備包括石膏旋流器、真空皮帶脫水機等進行檢查， 結果列于表1。由表1 可見， 脫水系統設備正常， 排除其對石膏問題的影響。 表1 石膏脫水設備運行狀況 3.2 系統原因分析與排除 對1、2 號吸收塔漿液2 個月來的運行數據進行分析， 結果顯示， 漿液pH 值基本在5.2~5.7，漿液密度為1.09~1.12 g/cm3， 氯離子質量濃度為5 000~ 8 000 mg/L， 碳酸鈣質量分數大多低于2%， 亞硫酸鈣質量分數均低于0.2%， 酸不溶物質量分數基本低于2%， 硫酸鈣質量分數在90%以下。對比正常運行時的狀況， 漿液各項指標均處于合格狀態。 3.3 介質原因分析與排除 考慮到該脫硫設備已穩定運行近7 年， 一些常規的影響因素如系統溫度、飽和度、漿液循環停留時間、煙氣流量、液氣比等， 在運行中不會突然發生較大變化， 在此不予分析。漿液中的雜質對結晶過程同樣有重要的影響， 其主要來自石 灰石、也有可能來自加入的水、煙氣或是腐蝕的設備， 因此從可能帶入系統的雜質入手， 分析煙氣、石灰石、工藝水3 種介質是否帶有雜質或短期內發生改變引起石膏品質惡化。 3.3.1 煙氣 煙氣中與石膏晶體形成有關的參數為SO2和粉塵含量。SO2含量變化對石膏的作用較微弱，一般通過影響液相堿度引起液膜阻力增加。而當煙氣中體積細小的粉塵含量過高時， 粉塵會直接包裹在CaCO3和亞硫酸鹽晶體表面阻止反應， 降低石膏漿液品質。粉塵中的氟鋁絡合物對CaCO3的“包裹” 作用也會使脫硫效率下降， 從而降低漿液中的石膏含量， 造成石膏脫水困難。對近1 年進入脫硫塔煙氣成分進行了分析，無論是1 號還是2 號脫硫吸收塔， 其入口SO2、粉塵含量并沒有發生明顯變化， 均控制在設計值之內， 在石膏品質惡化期的各項指標都在歷史范圍內或低于歷史數值， 說明煙氣對石膏品質并無影響。 3.3.2 石灰石 石灰石中常含有少量MgCO3， 在漿液中以溶解形式或白云石形式存在。溶解后的Mg2+會影響結晶或增大漿液黏度而不利于過濾， 而白云石因不溶解而隨副產物離開系統， 因此要求石灰石中CaCO3的質量分數不低于90%。對近1 年來石灰石的純度以及MgCO3含量進行了查驗， 可知近3個月來石灰石純度符合標準， MgCO3也在控制范圍內， 未發生較大的變化； 石灰石漿液顆粒度較低， 但與之前的相比并無顯著變化， 說明石灰石品質并非影響石膏結晶的關鍵因素。 3.3.3 工藝用水水質 脫硫工藝用水主要用于脫硫塔補水、石灰石制漿系統， 一般含有可溶性鹽， 此外有機物如檢修機油等也會通過地坑進入脫硫塔， 因此吸收塔用水來源復雜。電廠自投產以來， 一直使用復用水作為脫硫系統工藝用水。電廠復用水為機組冷卻塔循環冷卻水的排污水（循環冷卻水為高倍濃縮， 間斷排污）、制水系統反滲透的濃縮廢水和處理達標后的工業廢水（包括制水設備的沖洗水和反洗水、凝結水精處理設備的沖洗水、機組大修期間空氣預熱器及爐膛受熱表面沖洗水）。由此可知， 復用水的來源廣泛， 成分復雜且并非一成不變。其中循環冷卻水（簡稱循環水）排污水中所添加的阻垢劑， 理論上能夠阻礙脫硫石膏晶粒長大。復用水、循環水排污水以及工業水的水質由表2所示。 從 表2 結果可知， 相對于水質較好的工業水，復用水所含陽離子較多， 電導率增大， 而循環水排污水離子含量更多， 電導率高， 溶解固形物含量高（質量濃度為598 mg/L）。 分析河源電廠2014 年3 月2 日至2015 年10月23 日脫硫工藝水質變化趨勢， 電導率在2015年4 月到6 月之間表現出上升的趨勢， 從600 μS/cm 左右上升到1 200 μS/cm 左右（見圖2）， 硬度與氯根的變化與電導率相似。電導率顯著上升是由于循環水加入了過量的阻垢劑， 使循環水的濃縮倍率上升， 同時阻垢劑隨著冷卻塔排水進入到復用水中， 再流入脫硫系統， 造成石膏晶體生長不利。因此， 對于用作脫硫工藝用水的復用水，仍需要進一步處理， 使其不影響石膏結晶之后才能再次投用。 措施與效果 對于脫硫工藝水質問題， 先由工業用水臨時代替復用水， 并投加外購的石膏晶種。待石膏漿液恢復到應有的品質之后， 再逐步使用復用水，重要的是在復用水重新啟用之前， 需對其進行“去阻垢劑” 處理。 4.1 恢復脫硫塔漿液品質 自2015 年6 月底開始， 脫硫工藝水補充水由復用水改為水質較好的工業水。為了加快置換漿液， 將吸收塔漿液排至事故漿液箱， 并陸續向1、2 號吸收塔分別加入60、68 t 外購的石膏晶種，兩塔石膏漿液開始好轉， 脫水后的石膏落入石膏 庫呈松散粉末狀， 石膏含水率慢慢下降。脫硫塔漿液含固率以及脫水石膏含水率的變化情況如圖3 所示。 由圖3 可見， 自2015 年7 月5 日， 石膏含水率開始有了明顯下降， 至2015 年7 月12 日，2 臺脫硫系統石膏含水率基本恢復到正常水平，即石膏含水率為12%～15%， 說明漿液品質已恢復正常。 4.2 復用水“去阻垢劑” 處理 復用水中含有循環水排污水， 其中的阻垢劑阻礙脫硫石膏晶粒長大， 導致石膏含水率偏高，擬采用熟石灰對循環水排污水進行處理， 為此進行了小型試驗。試驗情況： 在循環水排污水中加入熟石灰粉， 單純調節pH 值， 考察沉淀效果，發現當pH 值為12 時水質失穩， 即阻垢劑的水質穩定效果被破壞， 沉淀物能很好地沉淀下來。本文稱該處理方式為“去阻垢劑” 處理， 工業應用方法如下。 將循環水排污水排入工業廢水池， 向其中投加熟石灰粉使其pH 值達到12 并曝氣， 之后通過正常工業廢水處理系統進行處理， 使水中的阻垢劑協同水中懸浮物及生成的沉淀物進行物理沉降，達到去除阻垢劑效果， 最后將處理后的循環水排污水作為脫硫工藝水補充水， 并監測石膏含水率變化情況。在循環水排污水進入工業廢水系統處理期間， 持續監測工業廢水池內的水質， 分析結果說明熟石灰粉能夠去除阻垢劑， 處理后的循環水排污水可以作為脫硫工藝水水源。 4.3 “去阻垢劑” 處理后的復用水進入脫硫系統 為了滿足全廠水平衡關系， 脫硫工藝水需恢復到原來方式運行（由復用水補充）。為了防止石膏品質再次惡化， 脫硫系統工藝水采用復用水逐步更換工業水方式， 即根據石膏品質變化按比例逐漸恢復。 逐步補水方案： 按2 臺脫硫工藝用水約1 500m3/d 計算， 擬定復用水和工業水按1∶4、2∶3、3∶2、4∶1、5∶0 的比例方式逐步進行替換， 每個比例運行周期為7 天， 逐步增加復用水比例， 直到完全恢復。 此過程注意事項： （1）密切監視真空泵負壓變化情況， 真空泵運行負壓不低于50 kPa， 低于50 kPa 時運行人員立即匯報以便作出相應調整； （2）脫水機運行期間， 運行人員每間隔1 h 巡視石膏變化情況1 次， 發現異常及時匯報； （3）化驗人員每天分析石膏水分， 石膏水分不得高于20%，超出時應立即匯報， 暫停置換水源。 河源電廠共有4 個工業廢水池。第1 池復用水處理結束后按照上述方法逐步將復用水補入吸收塔， 石膏含水率和工藝水電導率的變化趨勢如圖4 所示。
由圖4 可見， 工藝水箱水電導率自處理后的復用水補充后第3 天起變化明顯， 電導率、硬度等成倍增加， 但石膏品質沒有受到影響， 含水率仍保持在12%～13%。說明對復用水的“ 去阻垢劑” 處理成功遏制了阻垢劑的影響， 恢復了石膏的結晶能力。復用水經過處理之后持續跟蹤1 年有余， 脫硫水質穩定， 石膏含水率保持在13%以下。 結語 本文研究結果表明， 脫硫石膏含水率過高引起脫水困難， 其主要原因在于石膏結晶過程受到影響， 晶體細小。利用現有廢水處理設備， 對影響石膏晶種生長的循環水排污水進行處理， 破壞阻垢劑的水穩效果， 使問題得到解決。處理后的復用水重新用作脫硫系統工藝用水， 可使電廠原有的水平衡體系得到恢復， 達到節水減排的效果。 |
