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【实例】电厂脱硫石膏脱水困难的原因分析及解决方案
发布时间: 2016-12-23 12:48    查看: 842
    

信发集团郝集电厂脱硫采用电石渣-石膏湿法脱硫技术,一炉一塔,不设增压风机、GGH。设计入口SO2≦8000mg/m3,出口SO2≦35 mg/m3。电石渣浆液在吸收塔内对烟气进行逆流洗涤,通过物理、化学反映使烟气中的SO2与电石渣中钙离子发生反应,生成半水亚硫酸钙,再被鼓入浆液中的空气强制氧化生成二水硫酸钙,形成电石渣石膏浆液,由排浆泵将吸收塔内的浆液抽出,送往一级水力旋流器进行粒径╱密度分离,含固量5%左右的溢流,主要包括电石渣,灰尘等细小杂质颗粒重新返回吸收塔,含固量40%左右的底流,主要为石膏晶体送往二级真空皮带脱水机机进行脱水,形成含水量小于10%、石膏纯度90%以上的石膏饼,运送至厂外综合利用处理,从而除去烟气中98%以上的SO2污染物。

1石膏脱水困难的现象极其原因分析

1.1现象

1)滤布成型的石膏饼中出现分层现象,上层较湿,下层较干:

2)石膏饼表面有一层湿黏,发亮的物质;

3)石膏病断层有气泡破裂后留下的小孔。

4)下料口不结块、不滑落,成稀泥状,甚至出现下部粘稠、上部成

流水状。

1.2原因分析

影响石膏脱水的因素比较多,归纳起来,不外乎吸收塔物理化学反应过程的参数控制和脱水设备的运行状况。

1.2.1 参数控制

参数控制因素对于吸收塔,除了粉尘,上游烟气因素已不可控,因而在运行过程中,主要要控制吸收塔本身的浆液PH值、浆液密度。吸收塔液位,粉尘含量和氧化风量,这些参数,影响石膏的结晶和水分的脱出,因为在石膏的生成过程中,如果参数控制不好,往往会生成层状、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,如亚硫酸钙晶体。而石膏晶体应是短柱状,比前者颗粒大,易脱水。另外,颗粒较小的物质如电石渣和粉尘等杂质,游离于石膏晶体之间,堵塞水分脱出通道,是水分难以脱出。

1.2.1.1浆液PH值。

浆液PH是控制脱硫反应过程的一个重要参数。控制PH值就是控制过程的一个重要参数。控制PH值就是控制进入吸收塔的电石渣浆液量。因为SO2溶解过程中,离解出大量的H+,高PH的控制有助于SO2的溶解,而电石渣的溶解过程中,离解出大量的OH-,低PH值的控制有助于电石渣的溶解,所以PH值得过高过低都不利于石膏的形成,必须确定一个合理的PH值,否则过高的PH值使大量的电石渣混入石膏,无论是电石渣还是亚硫酸盐,由于其粒径比硫酸钙晶体小,不但降低石膏纯度,而且造成石膏脱水困难。

1.2.1.2浆液密度。

石膏的浆液密度反映了吸收塔中浆液的饱和情况,密度过低,则表明吸收塔石膏含量低,碳酸钙含量相对较大,此时如果将石膏浆液排除吸收塔,将导致石膏中的碳酸钙增加,浪费电石渣,由于其粒径小,既降低石膏品质又使石膏脱水困难;密度过高,则表明石膏浆中石膏和碳酸钙都过量,过量的硫酸钙抑制SO2的吸收,不利于碳酸钙溶解,此时若排除石膏,由于碳酸钙粒径小,造成石膏脱水困难。

1.2.1.3吸收塔液位

吸收塔液位影响亚硫酸盐的充分氧化和石膏在塔内的停留时间。液位低,使收塔中的氧化区缩短,亚硫酸盐得不到重复氧化,同时是

储存在吸收塔中的石膏浆液相对减少,容易石浆液密度超限,使补入的电石渣浆液得不到充分的循环反映就排出吸收塔;液位高,氧化区延长,石膏纯度高,电石渣浆液循环反应充分,但密度一旦超限,由于石膏出不急,会发生密度过高使石膏出不急,会发生密度过高使石膏难于脱水的问题。

1.2.1.4粉尘含量

原烟气中的飞灰进入吸收塔浆液中在一定程度上阻碍了SO2与脱硫剂的接触,降低了电石渣中Ca2+的溶解速率,同时飞灰中不断溶出的一些重金属如Hg、Mg、Cd、Zn等离子会抑制Ca2+与HSO3-的反应,“封闭”了吸收剂的活性。一般要求吸收塔入口的烟尘含量不能超过200mg/m3,如果超过300 mg/m3以上就容易出现这种现象。如果烟尘含量测量仪表不准,最直接的方法可以取样沉淀,如果沉淀的固体物质中上部的黑色灰状物质超过总量的1/3(正常的应在1/4以下),就说明入口的烟尘含量太大了(如下图)。

现在由于电除尘器效率不是很好,吸收塔变成了吸尘器,吸收塔浆液发黑,起泡,脱水时在石膏表明有一层黑色物质,在这种状况下再坚持运行可想而知。吸收塔浆液极易“中毒”。一旦发生“中毒”现象,就需要将浆液全部排出臵换新鲜的浆液,造成很大的浪费,并影响脱硫系统的正常投入。吸收塔浆液 “中毒”后,需要半月时间纠正才能彻底改善,在此期间会浪费大量电石渣,排放大量浆液,提高了运行成本。


图片:左侧为浆液含灰量大沉淀的取样照片,右侧为正常浆液取样沉淀后的照片

1.2.1.5氧化风量

氧化风量影响亚硫酸盐的氧化,风量足则氧化充分,生成粗壮的石膏晶体,极易脱水,则,生成粘度较大的、颜色发黑,晶格不规则的小粒径亚硫酸盐的晶体,不利于石膏脱水。同时,可溶性亚硫酸盐能提供可溶性碱量,当亚硫酸盐相对饱和度较高时,亚硫酸盐形成的碱性环境控制碳酸钙的溶解,从而导致浆液中的碳酸钙含量增大,使石膏纯度降低并难以脱水。燃煤含硫量突然增大,而鼓入吸收塔的氧化空气量并未随之增加,特别当SO2浓度超过设计值,氧化风量也是无法改变,由于严重氧化不足,会造成石膏结晶困难,增加脱水的难度。氧化率下降时,浆液中的可溶性亚硫酸盐浓度增大,将拟制电石渣的溶解反应,石膏纯度也将下降,其中的电石渣将增大,由于电石渣的粒径较小,容易吸附到真空皮带机的滤布上,从而造成脱水困难。这时若从吸收塔取样可以发现,浆液成灰白色,沉淀速度较慢,正常石膏浆液完全沉淀时间越20分钟,此时需要1小时左右。

1.2.1.6 灰分等杂质含量

一方面,由于氯根离子较碳酸根离子强,氯根极易与钙离子结合,并以氯化钙的形式存在于浆液中,从而使浆液中的钙离子浓度增大,由于氯离子效应,将抑制电石渣的离解,同时由于氯根较亚硫酸氢根离子强,因而抑制SO2溶解生成亚硫酸氢根,不利于石膏晶体的形成。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,是石膏脱水变得困难,吸收塔内杂质含量的高低,可从皮带机上的石膏滤饼表面颜色间接了解,吸收塔内杂质的含量高时,石膏饼表面被一层呈深褐色物质覆盖,这层物质手感很黏,且很快会析出水分,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,轻轻的杂质漂浮的将也得上部,而杂质颗粒较石膏颗粒细且粘性的,水分不易脱除。

1.2.2设备原因

1.2.2.1石膏旋流器出现异常

判断旋流器工作是否正常,可以采取检查及测量的方法。测量的方法十分简单,分别取进石膏旋流器进口、出口的浆液,沉淀30分钟,对比一下含固量的差别,如果入口的含固量为出口的40-60%说明旋流子运行正常,如果高于60%以上就要检查更换旋流子了。可想而知,如果进入真空皮带机的石膏浆液过稀,负压析出的水量过大。脱水过程中形成不了真空,从而脱水效果也就变差。

1.2.2.2 真空皮带机异常

真空皮带机是石膏二次脱水的重要设备,脱水效果与浆液的性质、滤布的清洁程度有较大的关系。汽液分离器的表计直观地反映了皮带机的真空,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,反映出滤水通过滤布时的压降增加,反应出石膏含水率增大。其增加的原因,一是脱水设备运行不正常,如滤布冲洗不干净或滤布使用周期过长都

会使皮带机脱水效果变差,脱水不畅;二是石膏浆液本身性质的变化,如浆液中小颗粒石膏晶体增多或浆液中的杂质含量增加等引起滤布过滤通道的堵塞,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,必须使真空升高。

根据现场取样化验以及运行调整等方面的情况分析,脱硫石膏脱水困难的原因有以下几个原因:

1、电除尘投运率不能保证,电厂除灰运行经常出现退电场情况,造成脱硫吸收塔入口烟气含尘量增加,影响电石渣浆液分解反应吸收,长时间运行会造成浆液“中毒”。根据化验取样化验分析,吸收塔浆液已属于“中毒”范畴。

2、吸收塔入口SO2含量长时间超出设计要求,氧化风机风量无法增加,

造成吸收塔氧化率下降,浆液中的可溶性亚硫酸盐浓度增大,将拟制CaCO3的溶解,石膏纯度也将下降,其中的CaCO3将增大,由于CaCO3的粒径较小,容易吸附到真空皮带机的滤布上,从而造成脱水困难。利旧真空皮带机出力有限,新增脱水机运行过程中故障,不能满足石膏脱水要求,造成吸收塔石膏浆液长时间高浓度,影响电石渣浆液分解,使浆液中电石渣含量增加,既浪费电石渣,又不能很好地脱除SO2。

2解决问题的对应方法

2.1 对电除尘全面检查,确保高压电场投入以及输灰系统的正常运行

需要对加强对电除尘的规范运行及全面检查,分别查看各个高压柜的二次电流是否在合适的范围内。在此提一点,如果发现高压柜全部在投,且电压正常,但效果还是较差时,就要对现在常用的顶部电场振打进行检查,振打好坏,频率如何都是关键。再一个是灰斗振打,要保证定时振打,确保下灰顺畅。输灰系统是否能满足输灰要求也是影响电场能否正常运行的重要因素,对除灰运行对输灰系统频次、时间以及输灰空气压力合理的调整,保证输灰畅通,进而保证电场的投运。

2.2 严密监督电石渣质量。

我公司是采用电石渣,对此制定严格的管理制定,确保车车监督,严格考核。日常积极与供货厂家沟通,让厂家清楚脱硫生产过程,明白脱硫的重要性及严肃性,加强前期管理,让电石渣供应明白只有脱硫稳定运行才能正常消耗电石渣,才能给集团带来利润。通过我们的各项工作之后,目前质量非常稳定。

2.3 降低燃煤含硫量大的问题,积极协调燃料配煤

通过厂内燃煤管理部门,将先一日脱硫入口含硫量的数据通报给燃料搀配采购分配部门,及时指导其配煤工作,确保按脱硫运行中的烟气含硫量在设计值之内。因此如果烟气中的含硫量过大,可以采取提高PH值的办法暂时维持脱硫运行。但长时间还是以降低采购合格含硫量的燃煤为根本。

2.4 加强对旋流站的监控及维修

对于石膏旋流站的操作并不多,除了调整压力以外并没有太多手段。日常要加强检查底流口液体流出的状态,根据经验判断,当沉砂嘴喷出的为雾状时效果为最佳,接近直流时效果已经变差(见下图),此时可以考虑更换沉砂嘴。也可以测量一下,旋流后达不到40-50%的脱水效果就要考虑更换旋流器了。再者就是停运后增加冲洗时间,防止浆液在旋流子中沉淀结垢。

2.5 保持真空皮带机的最佳工作状态

皮带机的问题也就是关注滤布的状况,当被油污染后也会影响脱水效果,保持稳定的滤布冲洗水压力,调整合理的皮带转速,发现真空异常时及时清理真空罐中的杂物等等。

2.6 提高浆液氧化程度

若发现氧化风机电流、升高,氧化风压力升高,估计氧化风管已经结垢堵塞严重,在吸收塔检修的过程中要对氧化风管进行清垢处理。

减少电石渣供浆量及石膏浆液的排出量,加大浆液在吸收塔内的停留时间。同时降低PH的控制要求,一般保持在4.5-5.0即可。

2.7 其他措施

控制石膏脱水程度也是一个方面,保持仪表准确程度是脱硫运行的关键,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。

保持PH值在5.0—5.5之间,防止过高或过低。过低可能造成脱硫效率的降低、腐蚀性加强,过高浆液中未反应的电石渣量增多,两种情况都不利于运行稳定。

另外,加强废水排放,控制吸收塔内CL-含量在20000ppm以下不超标。

3 快速恢复正常的技巧

如果吸收塔石膏浆液脱水出现异常情况,如何尽快改善脱水效果问题,保证合格的石膏品质是运行的关键。通过咨询相关权威专家,大多都是全部更换浆液,但这种方法时间长影响大,达不到立竿见影的效果。往往脱硫系统又不能长期停运,加之脱硫相关检查较多,不可能长时间去纠正。在实际运行中有一个解决问题的简单办法,只需停运系统8个小时左右或者不需停运就能解决的办法,以供大家参考:

首先,将脱水困难的塔停止脱水,降低吸收塔液位至最低,对氧化风管进行一次彻底冲洗,时间大约15分钟,同时申请减小烟气量,减少供浆量,保持合理的燃煤硫分。然后利用地坑泵加入以前脱水效果好时的石膏,加入量大概在10-15吨左右,密度可以提高到1150-1200kg/m3左右。6-8小时后重新脱水,效果得到改善,状况得到纠正。

此种方法经过多次试验,都在极短的时间内解决了。想想其中的原理:也就是不管什么原因将塔内的平衡破坏了,重新补充一次晶种恢复原来的环境,建立起塔内的平衡,问题也就解决了。具体的化学原理分析就不再叙述了。

这只是暂时的办法,要防患于未然,还要加强运行过程中的各个问题的控制。此种方法仅供参考,具体情况还有具体分析。

脱硫工艺系统复杂,影响石膏含水率的因素比较多,各因素之间又存相互影响。通过对脱硫系统石膏含水量大的原因分析,在运行实际过程总结经验、分析原因。烟气含灰量含硫量大、石灰石品质、设备故障、氧化风量不足等等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,造成真空皮带机滤布堵塞是引起石膏脱水困难的根本原因。另外,废水的排放程度、pH值波动范围大也是影响大颗粒石膏的形成的原因之一。

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,电厂应加强对原煤质量的控制、除尘、除灰系统的正常运行与合理调整,才能使脱硫系统保持稳定正常运行。


作者:初保斌


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