脱硫系统中需要补充水,这些补充水都来自哪里?
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发布时间：2022-04-24 23:59
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时间：2023-07-29 15:22
北极星大气网讯：摘 要针对目前国内电厂石灰石-石膏湿法烟气脱硫中脱硫石膏脱水的常见问题，进行原因分析，并根据分析结果提出可行的改造措施，对提高脱硫石膏的质量有一定的参考价值。
关键字：湿法脱硫；脱水；脱硫石膏
1 脱硫石膏脱水现状
石灰石－石膏湿法脱硫采用石灰石（石灰）浆液作吸收剂吸收烟气中的二氧化硫，经过一系列的化学反应后生成石膏。据统计，全国每年待处理的脱硫石膏达 1000 万吨以上。脱硫石膏的主要成分是二水硫酸钙，可以代替天然石膏生产不同用途的石膏制品。石膏含水率是衡量石膏品质的一个重要指标，其值的高低直接影响到脱硫石膏的实际应用价值，但石膏脱水处理较为困难。因石膏品质不合格，造成大量石膏不能进行综合利用，作为一般固体废物进行处置，给企业增加了大量的成本。
大唐 XX 电厂 3、4 号机组脱硫系统于 2006 年 12 月完成建设并通过环保验收。2014 年系统完成增容改造，两台机组分别增设一台预洗塔及两台浆液循环泵。在增容改造和超低改造期间，脱水系统未进行增容改造。石膏脱水系统主要设备有石膏旋流器、石膏浆液罐、石膏浆液排出泵以及真空皮带机（含真空泵）, 石膏浆液旋流器浓缩效果差， 真空皮带脱石膏含水率高，石膏脱水异常，频繁出现含水率高，呈稀泥状现象， 脱硫系统水平衡无法维持。
2 石膏脱水异常分析
2.1 脱水机出力情况分析
物料平衡计算显示，增容改造和超低改造后，单台机组石膏产量为 29.4 t/h，2 台机组合计产量为 58.8t/h，前后两次改造，均未改造脱水机，维持原设计的单台出力 44 t/h，脱水机无法满足一运一备的设置需要。但是，脱硫系统通常在 80%负荷下运行，且入口含硫量在 2000mg/Nm3，低于设计值。所以按照目前运行工况，现有脱水机出力满足工艺需要。
2.2 石膏颗粒粒径问题分析
根据预洗塔浆液化验结果报告，可知石膏旋流器入口石膏颗粒粒径 D50 为 14.29μm，远低于 50%以上颗粒粒径＞35μm的要求。石膏粒径受到浆液停留时间和含灰量等因素影响，其中前者是最大的影响因素。浆液停留时间一般要求在 15 小时以上，才能保证颗粒粒径＞35μm。在进行工艺设计时，预洗塔和吸收塔的浆液停留时间均应为 15 小时，但实际运行时，预洗塔液位仅为 7.5m，通过计算可知，预洗塔浆池浆液停留时间约为 11 小时，与化验报告结果一致。运行时一旦调整到设计液位，预洗塔和吸收塔又容易出现浆液倒流或者液位控制困难，只能采用低液位运行措施。
2.3 石膏旋流器问题分析
石膏旋流器效果表现上是溢流、底流均大幅度偏离设计值，但根据预洗塔旋流器入口浆液的化验报告可知，原本含固量应在 15%左右的石膏浆液，实际含固量高达 27.5%（3 号预洗塔旋流器入口）。现有的石膏旋流器是基于 15%含固量设计的，无法满足现在实际运行工况的需要。因此，为达到预期旋流效果只有两种途径，一是采取措施，调整石膏浆液的含固量，以满足现有旋流器的选型要求；二是更换石膏旋流器，按照现有石膏浆液的成分情况对旋流器进行重新选型。
2.4 废水旋流器问题分析
同样从预洗塔旋流器入口浆液的化验报告的数据来看，碳酸钙（Ca CO3） 含量为 4.12%（3 号预洗塔） 和 5.70%（4 号预洗塔），含量偏高（正常控制在 3%以下，最大 5%），其结果一方面是加大了石灰石耗量，另一方面就是降低了石膏品质（石膏含量相对降低），但其含量并不影响石膏结晶颗粒大小。
2.5 氧化效果分析
从预洗塔旋流器入口浆液的化验报告的数据来看，亚硫酸钙（Ca SO3·1/2H2O）含量为 0.05%（3 号预洗塔）和 0.04%（4 号预洗塔），属于正常范围（正常范围一般在 0.4%以下，0.5%以下均属于可接受范围）。所以氧化效果没有问题。
2.6 碳酸钙含量情况分析
2.7 水平衡控制困难问题分析
串塔工艺系统是理想化的系统，即主要脱硫反应在一级塔，二级塔中去除少量 SO2及大部分粉尘，而二级塔产生的石膏则通过浆液流动，汇同一级塔产生的石膏一起，由一级塔统一打入脱水系统。系统中补充的工艺水，除了设备冷却水等进入外，最大的加入水来自于除雾器冲洗水。XX 项目也是采用的上述工艺思路，但实际上，由于水蒸发主要发生在一级塔（一级塔进出口温差大），而补水（除雾器冲洗水）最大量则发生在二级塔（二级塔进出口温差基本为 0，所以蒸发出的水量很小），所以二级塔更容易出现水平衡控制困难问题。工艺设计文件显示，吸收塔（即二级塔）设计液位比预洗塔（一级塔）仅仅高出 1.3m，而两塔之间相距直线距离约 18m，联通管道管径 DN500，根据伯努利方程，
计算得出，联通管道内石膏浆液的流速约为 5.1m/s，而吸收塔由于除雾器冲洗水量大（约 86m3/h），但蒸发量小（吸收塔进出口温差小），所以吸收塔液位无法通过联通管道快速调整好。同时，若吸收塔连续运行，其塔内浆液密度将随着水量的增加而持续降低，将会影响石膏结晶，导致石膏脱水困难。
3 整改方案
针对 XX 电厂脱硫系统存在的问题，可通过以下改造进行降低石膏含水率：
3.1 新增石膏倒浆泵
有效增加两塔间浆液的混合程度及速度，使两塔浆液在短时间内充分混合，将整个脱硫系统的水平衡维持于正常水平，可有效解决石膏结晶困难的问题。本次技改为每个机组预洗塔和吸收塔分别设置 1 台倒浆泵，两个机组共设置 4 台倒浆泵，倒浆泵为变频泵，流量为 300m3/h。其中吸收塔倒浆泵放置于吸收塔旁原扩容排浆泵间，预洗塔倒浆泵放置于预洗塔石膏排除泵间。
3.2 更换石膏旋流器
进入石膏旋流器的石膏浆液含固量偏高、颗粒粒径远低于正常值，现有石膏旋流器已不能满足要求，需要更换。目前现场共有 4 台石膏旋流器，其中，石膏旋流器 A/B 出力为 64.1m3/h，石膏旋流器 C/D 出力 130 m3/h。现更换石膏旋流器，并加大出力，更换后石膏旋流器 A/B 出力为 100m3/h，6 个旋流子，备用 1个旋流子；石膏旋流器 C/D 出力 150 m3/h，8 个旋流子，备用 1个旋流子。
3.3 更换滤布滤饼冲洗水泵
现共有 4 台滤布滤饼冲洗水泵，3 运 1 备，流量为 10.6m3/h。目前滤布滤饼冲洗喷嘴存在堵塞情况，致使滤布再生无法满足要求，进而导致石膏脱水异常，这是由冲洗水泵流量过低造成的，因此需要对滤布滤饼冲洗水泵进行更换，提高冲洗水流量，将原有四台滤布冲洗水泵全部更换为 25m3/h，每两台冲洗水泵对应一台皮带机，按照 1 运 1 备方式运行。现滤布滤饼冲洗水箱有效容积为 3m3，容积不能满足改造后要求，需要进行扩容改造，扩容后容积为 6m3。
