摘要：

關(guān)鍵詞：燃煤電廠； 煙氣脫硫； 石膏； 循環(huán)冷卻水； 阻垢劑

燃煤電廠石灰石-石膏濕式煙氣脫硫系統(tǒng)運(yùn)行過程中， 石膏脫水困難是較為常見的問題。在整個(gè)脫硫反應(yīng)過程中， 石膏晶種的形成和生長(zhǎng)受到石灰石粒度、漿液pH 值、雜質(zhì)、工藝水質(zhì)、氧化風(fēng)量、反應(yīng)時(shí)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(yè)廢水， 其成分較為復(fù)雜多變。該系統(tǒng)投運(yùn)7 年來， 數(shù)次發(fā)生石膏結(jié)晶不佳、含水率高的情況。 系統(tǒng)能否維持良好性能成為環(huán)保工作的關(guān)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(huán)， 有利于環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益的提高。

河源電廠2×600 MW 超超臨界機(jī)組采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝， 1 爐1 塔， 2 臺(tái)脫硫塔共用1 套石灰石制備系統(tǒng)和1 套石膏脫水系統(tǒng)。脫硫工藝流程如圖1 所示， 圖中實(shí)線為脫硫工藝介質(zhì)， 虛線為水介質(zhì)。脫硫工藝用水采用處理后的工業(yè)廢水及閉式循環(huán)冷卻塔排污水（以下簡(jiǎn)稱復(fù)用水）， 即脫硫工藝用水處于全廠水平衡系統(tǒng)的關(guān)鍵位置。

        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(shì)， 平均達(dá)到22%； 其中單日最高值達(dá)40%～50%， 石膏呈流體狀， 且粘性很大， 和正常結(jié)晶的石膏完全不同。吸收塔漿液取樣后長(zhǎng)時(shí)間放置，大部分石膏顆粒仍呈懸浮狀態(tài)， 說明石膏顆粒很小， 結(jié)晶過程受到了干擾， 無法正常結(jié)晶長(zhǎng)大。

    通過常規(guī)運(yùn)行調(diào)整， 如加大脫硫廢水排放、降低吸收塔漿液pH 值（5.0～5.5）， 調(diào)整石膏旋流器入口壓力、調(diào)整真空皮帶機(jī)頻率和石膏濾餅厚度等， 石膏漿液品質(zhì)并未好轉(zhuǎn)。

        脫硫過程中石膏晶體的生成及生長(zhǎng)， 涉及脫硫工藝的絕大多數(shù)環(huán)節(jié)。導(dǎo)致其含水率高的原因有很多， 可分為設(shè)備原因、系統(tǒng)原因、介質(zhì)原因等。為此， 對(duì)石膏在脫硫塔內(nèi)生成， 直到脫水機(jī)脫除水分的工藝流程逐項(xiàng)檢查， 將可能影響石膏含水率的因素一一羅列， 并采用比對(duì)分析的方法進(jìn)行排查。

3.1 設(shè)備原因分析與排除

        對(duì)脫硫系統(tǒng)內(nèi)與脫水有關(guān)的設(shè)備包括石膏旋流器、真空皮帶脫水機(jī)等進(jìn)行檢查， 結(jié)果列于表1。由表1 可見， 脫水系統(tǒng)設(shè)備正常， 排除其對(duì)石膏問題的影響。

表1 石膏脫水設(shè)備運(yùn)行狀況

3.2 系統(tǒng)原因分析與排除

        對(duì)1、2 號(hào)吸收塔漿液2 個(gè)月來的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析， 結(jié)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(zhì)量濃度為5 000~ 8 000 mg/L， 碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)大多低于2%， 亞硫酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于0.2%， 酸不溶物質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本低于2%， 硫酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)在90%以下。對(duì)比正常運(yùn)行時(shí)的狀況， 漿液各項(xiàng)指標(biāo)均處于合格狀態(tài)。

3.3 介質(zhì)原因分析與排除

    考慮到該脫硫設(shè)備已穩(wěn)定運(yùn)行近7 年， 一些常規(guī)的影響因素如系統(tǒng)溫度、飽和度、漿液循環(huán)停留時(shí)間、煙氣流量、液氣比等， 在運(yùn)行中不會(huì)突然發(fā)生較大變化， 在此不予分析。漿液中的雜質(zhì)對(duì)結(jié)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(shè)備， 因此從可能帶入系統(tǒng)的雜質(zhì)入手， 分析煙氣、石灰石、工藝水3 種介質(zhì)是否帶有雜質(zhì)或短期內(nèi)發(fā)生改變引起石膏品質(zhì)惡化。

3.3.1 煙氣

        煙氣中與石膏晶體形成有關(guān)的參數(shù)為SO2和粉塵含量。SO2含量變化對(duì)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(dāng)煙氣中體積細(xì)小的粉塵含量過高時(shí)， 粉塵會(huì)直接包裹在CaCO3和亞硫酸鹽晶體表面阻止反應(yīng)， 降低石膏漿液品質(zhì)。粉塵中的氟鋁絡(luò)合物對(duì)CaCO3的“包裹” 作用也會(huì)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(duì)近1 年進(jìn)入脫硫塔煙氣成分進(jìn)行了分析，無論是1 號(hào)還是2 號(hào)脫硫吸收塔， 其入口SO2、粉塵含量并沒有發(fā)生明顯變化， 均控制在設(shè)計(jì)值之內(nèi)， 在石膏品質(zhì)惡化期的各項(xiàng)指標(biāo)都在歷史范圍內(nèi)或低于歷史數(shù)值， 說明煙氣對(duì)石膏品質(zhì)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(huì)影響結(jié)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(chǎn)物離開系統(tǒng)， 因此要求石灰石中CaCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于90%。對(duì)近1 年來石灰石的純度以及MgCO3含量進(jìn)行了查驗(yàn)， 可知近3個(gè)月來石灰石純度符合標(biāo)準(zhǔn)， MgCO3也在控制范圍內(nèi)， 未發(fā)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(zhì)并非影響石膏結(jié)晶的關(guān)鍵因素。

3.3.3 工藝用水水質(zhì)

        脫硫工藝用水主要用于脫硫塔補(bǔ)水、石灰石制漿系統(tǒng)， 一般含有可溶性鹽， 此外有機(jī)物如檢修機(jī)油等也會(huì)通過地坑進(jìn)入脫硫塔， 因此吸收塔用水來源復(fù)雜。電廠自投產(chǎn)以來， 一直使用復(fù)用水作為脫硫系統(tǒng)工藝用水。電廠復(fù)用水為機(jī)組冷卻塔循環(huán)冷卻水的排污水（循環(huán)冷卻水為高倍濃縮， 間斷排污）、制水系統(tǒng)反滲透的濃縮廢水和處理達(dá)標(biāo)后的工業(yè)廢水（包括制水設(shè)備的沖洗水和反洗水、凝結(jié)水精處理設(shè)備的沖洗水、機(jī)組大修期間空氣預(yù)熱器及爐膛受熱表面沖洗水）。由此可知， 復(fù)用水的來源廣泛， 成分復(fù)雜且并非一成不變。其中循環(huán)冷卻水（簡(jiǎn)稱循環(huán)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(zhǎng)大。復(fù)用水、循環(huán)水排污水以及工業(yè)水的水質(zhì)由表2所示。

        從 表2 結(jié)果可知， 相對(duì)于水質(zhì)較好的工業(yè)水，復(fù)用水所含陽離子較多， 電導(dǎo)率增大， 而循環(huán)水排污水離子含量更多， 電導(dǎo)率高， 溶解固形物含

量高（質(zhì)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(zhì)變化趨勢(shì)， 電導(dǎo)率在2015年4 月到6 月之間表現(xiàn)出上升的趨勢(shì)， 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(dǎo)率相似。電導(dǎo)率顯著上升是由于循環(huán)水加入了過量的阻垢劑， 使循環(huán)水的濃縮倍率上升， 同時(shí)阻垢劑隨著冷卻塔排水進(jìn)入到復(fù)用水中， 再流入脫硫系統(tǒng)， 造成石膏晶體生長(zhǎng)不利。因此， 對(duì)于用作脫硫工藝用水的復(fù)用水，仍需要進(jìn)一步處理， 使其不影響石膏結(jié)晶之后才能再次投用。

    對(duì)于脫硫工藝水質(zhì)問題， 先由工業(yè)用水臨時(shí)代替復(fù)用水， 并投加外購(gòu)的石膏晶種。待石膏漿液恢復(fù)到應(yīng)有的品質(zhì)之后， 再逐步使用復(fù)用水，重要的是在復(fù)用水重新啟用之前， 需對(duì)其進(jìn)行“去阻垢劑” 處理。

4.1 恢復(fù)脫硫塔漿液品質(zhì)

自2015 年6 月底開始， 脫硫工藝水補(bǔ)充水由復(fù)用水改為水質(zhì)較好的工業(yè)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(xù)向1、2 號(hào)吸收塔分別加入60、68 t 外購(gòu)的石膏晶種，兩塔石膏漿液開始好轉(zhuǎn)， 脫水后的石膏落入石膏

庫(kù)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(tái)脫硫系統(tǒng)石膏含水率基本恢復(fù)到正常水平，即石膏含水率為12%～15%， 說明漿液品質(zhì)已恢復(fù)正常。

4.2 復(fù)用水“去阻垢劑” 處理

        復(fù)用水中含有循環(huán)水排污水， 其中的阻垢劑阻礙脫硫石膏晶粒長(zhǎng)大， 導(dǎo)致石膏含水率偏高，擬采用熟石灰對(duì)循環(huán)水排污水進(jìn)行處理， 為此進(jìn)行了小型試驗(yàn)。試驗(yàn)情況： 在循環(huán)水排污水中加入熟石灰粉， 單純調(diào)節(jié)pH 值， 考察沉淀效果，發(fā)現(xiàn)當(dāng)pH 值為12 時(shí)水質(zhì)失穩(wěn)， 即阻垢劑的水質(zhì)穩(wěn)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(yè)應(yīng)用方法如下。

將循環(huán)水排污水排入工業(yè)廢水池， 向其中投加熟石灰粉使其pH 值達(dá)到12 并曝氣， 之后通過正常工業(yè)廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理， 使水中的阻垢劑協(xié)同水中懸浮物及生成的沉淀物進(jìn)行物理沉降，達(dá)到去除阻垢劑效果， 最后將處理后的循環(huán)水排污水作為脫硫工藝水補(bǔ)充水， 并監(jiān)測(cè)石膏含水率變化情況。在循環(huán)水排污水進(jìn)入工業(yè)廢水系統(tǒng)處理期間， 持續(xù)監(jiān)測(cè)工業(yè)廢水池內(nèi)的水質(zhì)， 分析結(jié)果說明熟石灰粉能夠去除阻垢劑， 處理后的循環(huán)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(fù)用水進(jìn)入脫硫系統(tǒng)

        為了滿足全廠水平衡關(guān)系， 脫硫工藝水需恢復(fù)到原來方式運(yùn)行（由復(fù)用水補(bǔ)充）。為了防止石膏品質(zhì)再次惡化， 脫硫系統(tǒng)工藝水采用復(fù)用水逐步更換工業(yè)水方式， 即根據(jù)石膏品質(zhì)變化按比例逐漸恢復(fù)。

逐步補(bǔ)水方案： 按2 臺(tái)脫硫工藝用水約1 500m3/d 計(jì)算， 擬定復(fù)用水和工業(yè)水按1∶4、2∶3、3∶2、4∶1、5∶0 的比例方式逐步進(jìn)行替換， 每個(gè)比例運(yùn)行周期為7 天， 逐步增加復(fù)用水比例， 直到完全恢復(fù)。

此過程注意事項(xiàng)：

 （1）密切監(jiān)視真空泵負(fù)壓變化情況， 真空泵運(yùn)行負(fù)壓不低于50 kPa， 低于50 kPa 時(shí)運(yùn)行人員立即匯報(bào)以便作出相應(yīng)調(diào)整；

（2）脫水機(jī)運(yùn)行期間， 運(yùn)行人員每間隔1 h 巡視石膏變化情況1 次， 發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)匯報(bào)； 

（3）化驗(yàn)人員每天分析石膏水分， 石膏水分不得高于20%，超出時(shí)應(yīng)立即匯報(bào)， 暫停置換水源。

        河源電廠共有4 個(gè)工業(yè)廢水池。第1 池復(fù)用水處理結(jié)束后按照上述方法逐步將復(fù)用水補(bǔ)入吸收塔， 石膏含水率和工藝水電導(dǎo)率的變化趨勢(shì)如圖4 所示。

由圖4 可見， 工藝水箱水電導(dǎo)率自處理后的復(fù)用水補(bǔ)充后第3 天起變化明顯， 電導(dǎo)率、硬度等成倍增加， 但石膏品質(zhì)沒有受到影響， 含水率仍保持在12%～13%。說明對(duì)復(fù)用水的“ 去阻垢劑” 處理成功遏制了阻垢劑的影響， 恢復(fù)了石膏

的結(jié)晶能力。復(fù)用水經(jīng)過處理之后持續(xù)跟蹤1 年有余， 脫硫水質(zhì)穩(wěn)定， 石膏含水率保持在13%以下。

本文研究結(jié)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(jié)晶過程受到影響， 晶體細(xì)小。利用現(xiàn)有廢水處理設(shè)備， 對(duì)影響石膏晶種生長(zhǎng)的循環(huán)水排污水進(jìn)行處理， 破壞阻垢劑的水穩(wěn)效果， 使問題得到解決。處理后的復(fù)用水重新用作脫硫系統(tǒng)工藝用水， 可使電廠原有的水平衡體系得到恢復(fù)， 達(dá)到節(jié)水減排的效果。本文方法可供有類似問題的電廠借鑒。

沈健 董強(qiáng)強(qiáng) 黃劍文 中國(guó)電力