脱硫石膏含水率高的原因分析及对策

脱硫石膏含水率高的原因分析及对策

王浩 吴香

中韩（武汉）石油化工有限公司 湖北省武汉市 430000

摘要：石灰石-石膏湿法脱硫技术在电站锅炉系统应用较为普遍，但随着脱硫系统运行时间长，脱硫石膏产品质量出现含水率偏高的问题，本文针对脱硫石膏含水率高的现象，确定影响因素，运用变量分析方法，实施相关对策，取得了显著的效果，使脱硫石膏的含水率达标。

关键词：脱硫石膏；含水率；影响因素；对策

1引言

某装置脱硫系统采用石灰石——石膏湿法脱硫工艺，其副产品为石膏。自2018年1月份起副产品石膏含水率持续偏高，石膏表面出现粘稠状物体，影响到设备的稳定运行，为了解决脱硫石膏含水率高的问题，保障脱硫设备长周期运行，本文通过研究石膏形成的机理，分析影响脱硫石膏含水率的各种因素，提出改善方法，实施了多种处理措施，取得了显著的成效。

2 脱硫石膏形成的机理

脱硫石膏是烟气脱硫的主要副产品，烟气随后和泥浆完全相接触处，烟气被泥浆冷却并到达饱和，烟气中的SO2、SO3、HCl、HF等酸性组份被吸附，将脱硫反应产生的亚硫酸钙(CaSO₃1/2H₂O)氧化为石膏(CaSO₄2H₂O)。吸收塔浆池中反应产生的石膏浆液，当吸收塔的石膏泥浆浓度达高设定值，便通过石膏的排出泵送至石膏旋流站,并进入石膏的脱水处理系统。送到石膏旋流站后完成一级脱水过程。将石膏旋流站的下溢浓缩液(悬浮物固定比重浓度约为40~50%)借助自重直接送入真空皮带脱水机完成二级脱水，经过调节真空脱水机上的石膏层厚薄以保证脱水特性，从真空皮带上流出的石膏含水率一般不超过百分之十，直接送到石膏库。

3 影响脱硫石膏含水率的因素

2018年2月初，某装置石膏品质不合格，含水量偏大问题显著，不能正常拖运。为此，2月27日、3月27日某装置组织召开专题对接会，通过对石膏的成色、气温成分分析、多次运行调整等角度进行如下分析：

图1 脱硫石膏改善前目测情况

根据历史数据可知，在石膏品质不合格期间，石膏中含水率约为13.00%，含水率不合格率为85.71%，但排除偶然因素的干扰后，石膏中含水率约为14.70%，含水率合格率为0%。上述数据，表明形成CaSO₄.2H₂O含量低、成色偏黑、水分高，说明形成过程不充分、含飞灰杂质。

而根据研究石膏形成的机理^[1]可知，形成合格的石膏要达成合适密度必然满足合适的浆液PH、合适的供氧量、充分反应、脱水效果。现确定影响因素如下：

3.1.1 吸收塔浆液的PH不合适

湿法脱硫技术的运行经验表明，在其它参数基本稳定的工况下，升高浆液pH值即增加石灰石浆液量，可在一定程度上提高脱硫效率。但若长时间保持高pH运行，会导致石膏中未完全反应的CaCO₃和CaSO₃含量增加，品质下降；因为当PH>5.9时，石灰石中Ca²⁺的溶出速度会减慢。同时，当PH>5.9时SO₃^2-的氧化也受到抑制，因为SO₃^2-氧化的最佳PH在4.5～4.7，此环境下只要鼓入足够的氧化空气，SO₃^2-几乎可以全部氧化，而且此范围pH同时也是石膏结晶的最佳PH环境。但较低值的PH会使SO₂的吸收受抑制，若PH为4.0，SO₂几乎不被浆液吸收，而且加剧了设备的腐蚀。因此工艺控制中必须兼顾烟气脱硫和SO₃^2-氧化对浆液pH的要求，一般控制PH在5.2～5.3。

3.1.2供氧量不足

氧化风机供氧量不足，导致石膏浆液氧化反应时间不足，造成石膏生成量不足，密度不佳，CaSO_3。1/2H₂O含量会高，从而形成石膏浆液分层，导致脱水效果不佳。

3.1.3 浆液氯离子及氨氮离子含量高

通过查阅文献资料可知，吸收塔浆液或废水中Cl^-、NH₄^＋含量高会抑制石膏晶体的反应形成，使化学反应不充分。

（1）氯离子的负作用

吸收塔浆液中氯化物浓度升高，会抑制二氧化硫溶解生产亚硫酸氢根，引起石膏中碳酸钙含量增大，氯离子含量增加，石膏脱水性能下降，石膏品质恶化。如果想得到更高品质的石膏，就需要大量增加冲洗水量，使整个系统形成恶性循环，并且进入脱硫废水中的氯离子含量大幅增加，废水处理难度增大。

（2）氨氮的负作用

在一定条件下碳酸钙与硫酸氢铵可以反应生成NH₄^＋、H^＋、SO₄^2-，在脱硫系统中存有以上物质，会对脱硫系统浆液反应产生影响，另外NH₄^＋较Ca^2＋活泼，在一定程度上影响碳酸钙的充分反应，造成供浆过量或碳酸钙反应不完全；在石膏中会含有一些氨的络合物，这部分络合物具有一定的吸潮性能，最终会影响石膏含水率偏高；浆液中氨氮含量高，影响了浆液的反应，同时影响浆液PH值的提升，容易造成运行监盘人员误判，根据在线PH值提高供浆量，导致碳酸钙反应不彻底，影响石膏品质，浆液中氨络合物进入石膏中会含有结晶水，影响石膏含水率偏高；废水中氨氮含量高，影响PH值提高，除氟效果差，导致废水外排减量，系统浆液氯离子升高，形成恶性循环。

3.1.4 吸收塔入口飞灰含量高

电袋除尘器除尘效果下降，烟气携带的飞灰的干扰。目前，某装置电袋除尘器已运行6年，电区在锅炉吹灰时频繁跳停，1#、2#炉袋区只进行局部更换，1#、2#炉吹灰时相应的吸收塔入口粉尘明显上升，尤其以1#炉的问题较为显著。电袋除尘器除尘效果下降，造成进入吸收塔内的粉尘增加，在一定程度上抑制二水合硫酸钙生成，从而影响石膏的品质。

3.1.5 脱水设备故障

石膏浆液旋流器旋流子磨损、堵塞，真空皮带脱水机冲洗水管外漏、滤布冲洗不干净，造成脱水效果不好，影响石膏的质量。

3.1.6 石膏浆液密度不高

石膏浆液密度偏低，会导致CaSO₄.2H₂O含量低，进而造成脱水效果不好，影响石膏的质量。

4 实施改善对策

针对影响脱硫石膏的含水率高的因素，通过变量分析法对本次脱硫石膏含水率高的情况，实施相应的对策。

4.1.1选择合适的浆液PH^[2]

根据工艺指标的要求，吸收塔浆液的PH控制范围为5.2～5.8，使浆液的PH靠低限运行，利于SO₂的吸收反应。通过试验调整趋势如下：

表1 吸收塔浆液PH与石膏含水量高的关系

根据试验结果可知，吸收塔浆液PH值不是本次脱硫石膏含水率高的主要原因，但也要保障合适的浆液PH值。

4.1.2确定足够的供氧量

吸收塔浆液PH值不变，通过启动备用氧化风机运行，调整氧化风机的出口压力，通过试验调整趋势如下：

表2 氧化风机压力与石膏含水量高的关系

根据试验结果可知，供氧量不足是本次石膏含水率高在石膏脱水困难时，保持合适的PH值，间断地启动两台氧化风机保证氧化效果，使脱硫反应中生成的亚硫酸钙(CaSO3)氧化为硫酸钙(CaSO4)，并生成石膏(CaSO4•2H2O)晶体，使得石膏具有良好的脱水性能。

4.1.3 降低浆液或废水氯离子及氨氮含量

通过置换塔内浆液。一方面，恢复脱硫废水外排操作；另一方面，将1#、2#吸收塔部分“中毒”浆液置换成新鲜浆液，把1#、2#塔内旧浆液通过事故浆液箱逐步打入3#塔。通过试验调整趋势如下：

表3 氯离子含量与石膏含水率的关系

表 4氨氮含量与石膏含水率的关系

根据试验结果可知，置换浆液、加强废水排放量，补充新鲜浆液，能从本质上较大程度改善石膏含水率高的问题。

4.1.4 降低吸收塔入口飞灰含量高

2018年6月在1#炉检修期间，将1#电袋除尘器袋区布袋全部更换为超净滤袋，并对电区极板进行清扫。通过试验调整效果如下：

表5 吸收塔入口飞灰含量高与石膏含水率的关系

（2018.3.12 10:00和2018.7.11 10:00对比）

按照两年半一个使用周期，更新电袋除尘器的布袋，能在一定程度上提高石膏品质。

石膏含水率高

4.1.5 更换石膏浆液旋流子或真空皮带脱水机滤布

通 过更换石膏浆液旋流子或真空皮带脱水机滤布，能提高脱水设备的脱水能力，降低脱硫石膏的含水率。通过试验调整效果如下：

图2 石膏浆液旋流子设备更换前后

图 3石膏浆液旋流子更换前后石膏目标情况

3.1.6 适当提高石膏浆液密度

在以上效果均使用后，还要进一步的降低脱硫石膏的含水率，可采用逐步提高石膏浆液密度，但最大不超过1200mg/m³，脱水效果显著。通过试验调整趋势如下：

表 6 石膏浆液密度与石膏含水率的关系

综上所述，采取具体的对策后，脱硫石膏含水率大大降低，石膏品质达标。如图所示：

图4脱硫石膏改善后目测情况

5 结论

某装置2018年1月份以来，脱硫石膏含水率高，无法外运。本次从脱硫石膏形成的机理出发，确定了六大影响因素，通过变量分析的方法，逐一试验调整，确定其影响的情况，制定了具体的对策，较大降低脱硫石膏含水率高的现状，取得了显著的成效。

参考文献

[1] 蒋文举等.烟气脱硫脱硝技术手册[M].北京：化学工业出版社，2007.2.

[2] 中韩（武汉）石油化工有限公司热电联产装置岗位操作法，2017.8.

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