石灰石-石膏湿法烟气脱硫石膏品质的运行调整和控制

石灰石—石膏湿法烟气脱硫石膏品质的运行调整和控制

吴 冬

大唐华银株洲发电有限公司环保部，湖南 株洲 412000

Gypsum quality operation control and adjustment in wet limestone --

gypsum flue gas desulfurization

摘 要：本文介绍了株电公司在湿式石灰石（石灰）－石膏法烟气脱硫工艺中的对脱硫石膏品质的控制。通过分析入口反应物、运行调整工艺、脱水设备对石膏品质的影响，得出石膏品质可行控制工艺，优化了脱水系统运行，保证了石膏品质，对提高脱硫石膏的质量有一定的参考价值。 关键字：烟气脱硫 石膏品质 运行调整

Abstract: This paper introduces the desulfurization gypsum quality control of wet limestone— gypsum FGD in Zhuzhou coal fired power plant. The paper through analyzes some factors how to influence the desulfurization gypsum quality，such as desulfurization reactants，operation adjustment process and dewatering equipment，and obtain feasible methods to improve the desulfurization gypsum quality. It is valuable reference for controlling the quality of desulfurization gypsum.

Key words: flue gas desulfurization; desulfurization gypsum; Operation adjustment

要的课题。

1.概述

脱硫石膏作为燃煤电厂脱硫设施上马后的主要环保经济指标得到越来越大的重视，烟气脱硫副产品石膏的品质成为衡量脱硫工艺控制的一个重要指标，如何将工艺控制和石膏品质有机的结合起来并通过试验得出可行指导参数，最终达到可控石膏品质是一个重

名称 水分 氯离子 CaSO3·1/2H2O

数值 ＜10% ＜200ppm ＜ 1.5%

株洲电厂2*310MW机组采用一炉一塔脱硫方案，设计脱硫剂为石灰石(CaCO3)与水磨制的悬浮浆液，与烟气中SO2反应后生成亚硫酸钙,并就地强制氧化为石膏，石膏经两级脱水处理排出。

株电公司石膏品质要求： 名称 CaCO3 CaSO4·2H2O

数值 ＜3% ＞90%

株电公司两套脱水系统于2007年10月正式投入运行，随着投入时间的逐步增长，石膏品质的调整暴露出越来越多的问题。本文通过石膏产生过程出发，

阐述株电公司根据本系统具体情况如何通过分析和调整得出控制石膏品质的具体参数。

塔，在吸收塔内，烟气中的二氧化硫首先被浆液中的水吸收，再与浆液的CaCO3反应生成CaSO3，CaSO3被鼓入的氧化空气中的O2氧化，最终生成石膏晶体CaSO4·2H2O。脱硫副产品石膏由石膏排出泵从吸收塔浆液池排出，先输送至石膏旋流站(一级脱水系统)，石膏浆液通过离心旋流实现固液分离，石膏浆液较稀

2.石膏的产生的工艺过程

烟气脱硫石膏是电厂采用湿式石灰石(石灰)—石膏法烟气脱硫时产生的副产物。它的主要成分为二水硫酸钙，由烟气中的SO2与脱硫剂CaCO3发生反应经强制氧化生成的。株电公司石膏产生的工艺过程：石灰石经过湿式球磨机制浆系统研磨，配置浆液进入吸收

1

的部分进入溢流，而浓厚的浆液从底部流走，经一级脱水后的底流石膏浆液含固率约为50%～60%，再送至真空皮带脱水机(二级脱水系统)进行过滤脱水，使石膏表面含水量降到10%以下，送入石膏仓内。脱水后含水量降到10%以下的石膏被送入石膏库。

反应式如下。

CaCO3+SO2+H2O→CaSO3·1/2H2O+1/2H2O+CO2 CaSO3·1/2H2O+SO2→Ca(HSO3)2+1/2H2O Ca(HSO3)2+1/2O2+2H2O→CaSO4·2H2O+SO2+H2O CaSO3·1/2H2O+1/2O2+2H2O→CaSO4·2H2O+1/2H2O

3）设备运行维护：石膏水力旋流器的运行状态、真空脱水皮带机的运行状态；

针对石膏工艺控制中常见问题：石膏含水量高、石膏中碳酸钙含量高、飞灰含量高、石膏中亚硫酸钙含量低，株电公司综合各参数分析对石膏品质的影响并通过试验方式得出公司内可行的控制工艺和参数。

3.1运行调整控制 3.1.1 Ph值的控制

Ph值的控制影响着脱硫石膏中CaCO3的含量，设定合理的ph值是提高石膏品质的重要保证。一般来说，浆液中pH值高对吸收二氧化硫有利，但试验表明只有在pH值低于4.8以下时脱硫率才有明显下降。在保证脱硫效率，当入口烟气条件不变的情况下，通过调整有利于提PH值可以达到降低浆液中过剩的CaCO3含量，高石膏纯度。株电公司通过PH值和石膏品质对应实验得出脱水最佳PH值，具有可操作性，试验数据如下：

3.影响石膏品质的主要因素及其工艺控制

从石膏的产生过程和工艺来看，石膏的最终产生和各反应物的进入、吸收塔内氧化和结晶过程的工艺控制、及设备的运行维护息息相关，所以影响到石膏品质的主要包括三个方面：

1）运行调整参数：ph值、石膏浆液密度、氧化风量、废水的定期排放；

2）石灰石品质、原烟气参数：石灰石纯度、烟尘含量；

PH值

CaSO4·2H2O（%）

5.1—5.2 5.2—5.3 5.3—5.4 5.4—5.5 5.5—5.6 5.6—5.7 5.7—5.8 5.8—5.9 5.9—6.0

92.15 94.27 92.48 92.07 92.13 89.37 86.72 85.77 73.93

石膏品质 CaSO3·1/2H2O（%）

0.47 0.34 0.17 0.36 0.39 0.51 0.77 0.89 0.73

CaCO3（%） 0.89 2.96 2.95 3.52 4.98 7.69 9.82 10.71 18.42

可见在保证脱硫率的前提下应尽量保证低PH值运行，避免高ph值运行可有效的控制石膏中的CaCO3含量。在保证脱离效率的同时，株电脱硫PH值控制在5.2—5.6范围有利于控制石膏中CaCO3的含量。

质下降，且石灰石耗量增加；石膏浆液密度过高（大

3

于1150kg/m）时，CaSO4 ·2H2O含量趋近饱和，会抑

制浆液对SO2的吸收，脱硫效率会有所下降；同时石膏浆液密度过高会使石膏旋流站运行负荷增加，旋流子磨损增大，造成结垢。

株电公司一般将石膏密度参数控制在1080～

33

1150kg/m之间，在浆液密度到1130kg/m附近时，将

3.1.2 石膏浆液密度的控制

石膏浆液密度就是工艺中浆液的含固量，通常是通过控制石膏浆液的排除量控制浆液浓度。在运行中

3

石膏浆液密度过低（小于1050kg/m）时，说明浆液中

吸收塔内石膏排至石膏脱水系统。

CaSO4 ·2H2O含量较低，CaCO3含量相对较大，会导致浆液内石膏结晶困难及皮带机脱水困难，造成石膏品

3.1.3氧化风量的控制

氧化风量主要影响石膏浆液的氧化效果，要保证

2

足够的氧化风量使亚硫酸钙能够被完全氧化成为硫酸钙，否则石膏中的亚硫酸钙含量过高将会影响石膏的品质。同时，脱硫塔中氧化空气管道的分布和开孔的多少也会影响到氧化风的使用率。株电公司氧化空气布置为搅拌器和空气喷枪组合式。

亚硫酸钙含量升高的主要原因是氧化不充分引起的。原因包括1、氧化系统本体的问题：包括氧化风机入、出口滤网堵，氧化空气管路泄露，吸收塔搅拌器故障等造成氧化空气流量不够；氧化效果不均匀；氧化空气压力达不到要求等。2、运行控制工艺未达到要求：氧化风量与主机负荷或入口含硫不匹配。这个时

机组负 荷（MW） 180～250 180～250 180～250 250～310 250～310

入口含硫

3

（mg/m）

候浆液中亚硫酸钙的含量就会升高，最终使成品石膏品质下降，同时会造成脱水效果差、脱硫系统脱硫效率差、石灰石消耗量增加等一系列不良影响。

此时要检查氧化风机运行情况（压力、电流、流量等），氧化空气母管是否有漏气现象；也可以排出一部分吸收塔浆液，增加新鲜浆，待吸收塔内浆液品质改善后再恢复正常运行。

株电公司针对氧化风机本体原因之外造成的氧化风量不足的情况做了氧化风量和入口含硫及机组负荷匹配试验，试验结果如下：

石膏品质

运行氧化风机台数 1 1 2 1 2

CaSO4·2H2O（%）

94.27 87.31 92.48 85.72 91.56

CaSO3·1/2H2O（%） CaCO3（%）

0.34 4.67 0.17 7.89 1.11

2.96 2.02 1.05 2.3 0.97

1500～3000 3000以上 3000以上 1500～3000 3000以上

从实验表格中可看出，在低负荷低含硫的情况下，一台氧化风机可满足亚硫酸钙的完全氧化，但是在低负荷高含硫或高负荷情况下必须保证两台氧化风机运行方可达到完全氧化之效果。

石的化学成分、粒径、表面积、活性等。石灰石中含吸有少量的MgCO3通常以溶解形式或白云石形式存在。收塔中的白云石往往不溶解，而是随副产物离开系统，影响系统的所以MgCO3的含量越高石灰石的活性越低，

脱硫性能及石膏的品质。溶解石灰石为脱硫化学反应故活性越高越好。石提供吸收SO2所需的Ca2+及碱度，

灰石粒径及表面积同样是影响脱硫性能的重要因素。大颗粒难溶解，表面积小，接触反应不彻底，此时吸收塔需低pH值运行，而这又损害了脱硫性能及石膏浆液品质。

株电公司采用外购石灰石颗粒通过湿式球磨机磨制成合格石灰石浆液作为脱硫吸收剂。通过石灰石原料和石灰石浆液采样和对比，株电公司发现石灰石纯度越高，石膏品质越佳，石灰石浆液粒径越小，石膏中石灰石含量越少。（附石灰石纯度和石膏品质对应表）

3.1.4 废水排放的控制

由于在石膏产生过程中不可避免产生大量氯离子，依靠滤饼冲洗对石膏中氯离子含量的减少有一定的效果，但是如不定期排放一部分废水照成吸收塔内部氯离子沉积是十分不利于石膏脱水的。除了保证废水系统的正常投入外，还必须加大对塔内浆液中、石膏中氯离子成分的监测和分析，维持塔内氯离子低值运行。

3.2 各反应物参数控制 3.2.1石灰石品质的控制

石灰石作为SO2的吸收剂，其品质好坏将直接影响到脱硫效率和石膏浆液品质。石灰石品质主要指石灰

石灰石纯度（碳酸钙含量%）

低于90 90或以上

在实际运行过程中还出现过因石灰石旋流站效果不佳导致石灰石粒径过大即石灰石颗粒为大颗粒，最

石灰石粒径（325目未通过）

18.9

石膏品质（二水硫酸钙含量%）

82—88 90—93

终导致石膏中石灰石含量增加的情况（附表）

石膏品质

二水硫酸钙含量（%）

85.19

碳酸钙含量（%）

8.03

3

19.3 1.88

所以，必须保证外购石灰石的纯度在90%以上外还必须对石灰石浆液进行定期化验监测，确保其浓度、粒径在合格范围。确保石灰石浆液制备系统的稳定运行。

82.34 93.7

10.37 2.3

电场灰量少，为节能，试验将3、4电场采用非连续运行方式运行，即24小时投运3、4电场2小时，在试验过程中发现，电除尘经济运行能保证，但是脱硫系统因进入灰量大，大大降低了石灰石的反应活性，同样的运行工况如负荷220MW，2台浆液循环泵，脱硫效率可达93%，但是退了电场后必须启动3台浆液循环泵才能保证脱离效率在90%以上。理论计算，同样工况因少投入电除尘导致脱硫效率从93%降至81%，从吸收塔取样浆液全部为灰色，最后的石膏成品也为灰黑色。最后通过置换浆液，连续排除浆液中的杂质，脱硫效率才恢复正常。所以，在脱硫设施运行的过程中一定要保证入口粉尘浓度为最低值，电除尘电场全部正常投入除尘效果为最佳状态。（附试验记录表格）

3.2.2烟尘含量的控制

脱硫烟气虽然经过静电除尘，但烟气中的粉尘浓度还很高，吸收塔进口的粉尘质量浓度基本在100～300mg/m3之间。经过吸收塔洗涤后，烟气中大部分粉尘都留在浆液中，其中一部分通过废水排出，另一部分仍留在吸收塔中。如果因除尘、除灰设备故障，引起浆液中的粉尘、重金属杂质过多，则会影响石灰石的溶解，导致浆液pH值降低，脱硫效率将下降。

株电公司采用双室四电场，除尘效果佳，因3、4

电场投运

数 4 2 2

230 230 230

锅炉负荷（MW） 入口含硫

3

（mg/m）

出口含硫（mg/m3） 150—220 360—450 180—230

石膏品质（二水硫酸

钙含量%） 93.4 44.3 67

运行浆液泵

2台 2台 3台

2400 2400 2400

3.3脱水设施的运行控制 3.3.1一级脱水系统的运行控制

石膏水力旋流站是一级脱水设施，它的作用是将含固量为13～20%石膏浆液浓缩为50～60%的石膏浆液。主要设备组成为石膏水力旋流器。如果一级脱水效果不佳会增加二级脱水的负担并且造成石膏含水量增大。在运行过程中常见问题为:旋流子的沉砂嘴口径过大或出现破损；旋流站压力调节过小。要解决这些问题就必须1）定期化验一级脱水后的石膏浆液密度2）运行过程中调节旋流站的运行压力。一级脱水后的底流浓度低于50%时，造成二级脱水含水量大，滤饼薄。应及时检查旋流器运行情况，发现堵塞及时清理。发现沉砂嘴破损或冲掉及时更换。保证石膏旋流站压力参数在设计范围之内，压力过高易导致旋流子爆管，压力过低旋流站浆液的浓缩及颗粒分离效果就越差。

皮带跑偏、滤布跑偏是真空皮带脱水机常见问题，这就需要在运行过程中监控真空度的变化，在未发生明显跑偏时，跑偏报警一般不会发生，但是会造成真空度的增大、真空泵电流的增加，同工况下脱水效果不佳，需要及时检查和调整。

2）保证滤布冲洗水水压足够、水量正常，喷嘴不堵塞，保证滤饼冲洗水的正常投运

滤布冲洗水箱液位低、水泵管道堵塞、喷嘴堵塞就会造成滤布冲洗水水量小，在脱水系统连续运行时不能保证滤布的清洁程度易使滤布堵塞造成石膏含水量增大，真空度增大。这个时候要及时补充滤布冲洗水箱液位、疏通各管道和喷嘴，制定可行的真空皮带脱水机冲洗方案，在停止下石膏后对空载滤布进行充分冲洗保证滤布备用时的洁净。

滤饼冲洗水一般使用的是工艺水和滤布冲洗水回水，以滤布冲洗水回水为主。滤布冲洗水回水中石膏含量比较高，所以容易造成滤饼冲洗水箱、喷嘴堵塞，每次堵塞后清理劳动强度大并且造成脱水系统不能连续运行对整个工艺控制造成影响。株电公司根据实际改造滤饼冲洗水管道，将滤饼冲洗水水源改造为工艺水补水，滤饼冲洗水不需经过水泵，滤布冲洗水回水排入地沟。在改造后，水箱和喷嘴再未发生过堵塞，效果佳。石膏中氯离子的含量也大大减少。（附表）

3.3.2二级脱水系统的运行控制

二级脱水的主要设备就是真空皮带脱水机，影响石膏品质的主要问题也是造成石膏含水量的增大。运行中的主要问题为：滤布跑偏、皮带跑偏；滤布冲洗水喷嘴堵塞；真空槽密封条脱落；落料不均匀等。在实际运行中我们必须做好以下工作：

1）保证滤布、皮带正常运行

4

石膏品质 氯离子（ppm） 含水率（%）

3）真空槽密封条完好

改造前 230～320 12～13

改造后 75～190 3～11

真空密封条脱落后，脱水效果明显变差石膏含水量增大，真空度变低、真空泵电流变低，这就需要在脱水系统运行时保证巡视的次数和力度，在发现异常后及时停车更换密封条。

4.结语

本文只是根据株电公司在调整石膏品质中的具体情况进行针对性的分析得出的一些参数与心得，希望对指导脱硫运行能起到一定的参考作用。由于脱硫行业的化验监测工作的滞后造成不能完全掌握各参数对石膏品质影响，石膏品质的调整还可根据不同工程的特点进行进一步探讨，随着脱硫石膏作为环保副产品这一观念的提出，其综合利用将得到更大的重视，希望在行业发展过程中石膏品质的调整得到更深入的研究。

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