脫硫系統副產品石膏氯離子含量高的原因分析

邵文勇

摘要：以國家電投集團協鑫濱海發電有限公司脫水系統調試為例，對影響脫硫系統副產品石膏氯離子含量的各個因素進行了分析，通過調整石膏旋流器運行壓力、石膏厚度、濾布濾餅沖洗水分布、真空泵密封水流量等，降低了石膏氯離子含量。

關鍵詞：真空皮帶脫水機系統;旋流器壓力;真空泵流量;氯離子

0 引言

石膏脫水系統主要包括石膏旋流站、真空皮帶脫水機、真空泵、濾布及濾餅沖洗水箱（泵）、稀漿池（泵）、濾液池（泵）、廢水箱（泵）、儀表及控制部分。石膏脫水系統是脫硫系統中重要的組成部分，其作用是將煙氣脫硫（FGD）的副產物石膏從漿液中分離出來。石膏脫水又分為一級石膏脫水和二級石膏脫水。一級脫水，即石膏旋流器先分離循環漿液中的石膏，將循環漿液中大部分石灰石和小顆粒石膏輸送回吸收塔。二級脫水，即脫水機將石膏旋流器底流排出的合格的石膏漿液脫去水分。石膏脫水分離并排放出部分化學污水，以降低系統中有害離子（氯離子為主）濃度。

脫硫副產品石膏氯離子含量高，不僅影響石膏銷售價格，造成石膏銷售困難，庫存量增大等風險，還增大了石膏固廢的處理難度。近期我廠FGD副產品石膏中氯離子含量過高，最高值達2 000 mg/L，嚴重影響石膏品質，分別對吸收塔漿液和脫水機濾餅沖洗水進行化驗發現，氯離子含量均在正常范圍內。針對此問題，我班組在脫水系統運行中不斷總結經驗，進行反復調試，總結出了石膏中氯離子含量過高的原因。

1 石膏氯離子含量的影響因素

1.1? ? 石膏旋流器效率

石膏旋流器屬于固-液兩相分離器，它的作用是將漿液于旋流子內做高速旋轉運動，分離出密度較大的濃石膏漿液和密度較小的濾液水。其工作原理是基于離心沉降作用，當待分離的漿液以一定的壓力從旋流器上部周邊切向進入旋流器內時，產生強烈的旋轉運動，由于石膏漿液和水存在密度差，所受的離心力、向心浮力和流體曳力大小均不同，受離心力沉降作用，大部分石膏漿液經旋流器底流排出，而大部分水經過溢流口排出，從而達到分離作用。

本文通過對水力旋流器進行研究，結合我廠實際運行情況，選定相應旋流器后發現，運行中可控的因素為旋流器進口漿液密度和運行壓力。

1.2? ? 入口漿液密度

漿液密度越大，旋流器分離效果越好，然而脫硫吸收塔漿液密度并不能無限制增大，隨著石膏漿液濃度的增加，會降低二氧化硫的吸收效率，影響石灰石漿液的溶解，降低漿液pH值，加強設備管道腐蝕，我廠實際運行的吸收塔漿液濃度控制在15%～26%（密度在1 094～1 178 kg/m3）。

1.3? ? 旋流器運行壓力

旋流器具有自身的設計工作壓力，在設計壓力下工作，才能保證旋流器的高分離效率。我廠旋流器采用南非瑪泰旋流器，設計壓力為165 kPa，旋流器數量為12個（11用1備），旋流器的分離作用是根據工質離心力不同實現的，當旋流器的運行壓力過小時，切向進入旋流子的流體速度也越小，根據離心力公式，工質在旋轉中所受的離心力相對較小，密度不同的兩種物質相對運動就趨于平緩，不利于石膏從水中分離出來，為追求較高的分離效率，也不能使旋流器長時間超壓運行，因此確定旋流器的最佳運行壓力至關重要。

現針對以上問題做如下實驗：當吸收塔漿液濃度相同（1 130 kg/m3），旋流子投運數為10個時，旋流器運行壓力分別在140 kPa和155 kPa，旋流器底流漿液含固率對比如下：

（1）當旋流器運行壓力為140 kPa，取400 mL底流石膏漿液，測量該漿液為477.1 g。根據公式：ρ=m/V=477.1 g÷400 mL=

1.19 275 kg/L，則對應的石膏漿液濃度為28.31%。

（2）當旋流器運行壓力為155 kPa時，取400 mL底流石膏漿液，測量該漿液為523.2 g。根據公式：ρ=m/V=523.2 g÷400 mL=

1.308 kg/L，則對應的石膏漿液濃度為40.56%。

在調試中筆者發現，石膏旋流器底流含固量對真空皮帶脫水機有很大影響。因此，底流含固率越高，越有利于真空皮帶脫水機二次脫水，底流含固率低會造成真空皮帶脫水機上石膏漿液細小顆粒比例高，堵塞皮帶機濾布濾孔，造成石膏含水率超標，加重二次脫水負擔，旋流器含固率應控制在40%～50%。

經過上述比較，石膏旋流器運行壓力控制在155 kPa時，底流石膏漿液濃度在40.56%，底流含固量率有較大提高，故在目前旋流器運行中運行壓力要控制在155～160 kPa。

2 石膏厚度及石膏沖洗水分布對氯離子含量的影響

2.1? ? 石膏厚度的影響

真空皮帶脫水機的轉速會影響皮帶機上石膏的厚度，石膏過厚會導致真空皮帶脫水機出力不足;石膏過薄可能會使脫水機真空度不足，這些都會導致石膏脫不干。因此，脫水機轉速的調整對石膏品質有很大影響。

我廠脫水機轉速的可調范圍為40%～65%，因此在旋流器旋流子投運數量相同（10個）、旋流器壓力相同（155 kPa）的情況下，對脫水機40%轉速（低轉速）和脫水機60%轉速（高轉速）做以下比較。

（1）當真空皮帶脫水機轉速為40%時，石膏濾餅厚度為30 mm，石膏濾餅到達第一層、第二層石膏沖洗水時，石膏濾餅絕大多數水未析出，去除氯離子的效果大大降低。

（2）當真空皮帶脫水機轉速為60%時，石膏濾餅厚度為18 mm，石膏濾餅到達第一層石膏沖洗水前，石膏濾餅絕大部分水分被析出，達到去除氯離子的目的。

多次調試后發現，當濾餅厚度為13～18 mm時，石膏脫水效果最佳，因此在實際生產中應合理調試皮帶轉速，將石膏厚度控制在13～18 mm。

2.2? ? 濾餅沖洗水分布的影響

去除石膏氯離子主要采用濾餅沖洗水對石膏進行沖洗，濾餅沖洗水應該安裝在石膏水分已被析出后到達的位置，若安裝靠前，則洗滌水雖可達到降低氯離子含量的目的，但安裝位置靠近皮帶機頭部，會導致洗滌水濾餅析水段變短，這樣石膏在濾餅中氯離子含量降低的同時含水量也會增加;若安裝靠后，則洗滌水只能沖淡濾餅表面漿液中的氯離子，無法達到通過洗滌降低氯離子含量的效果，在濾餅沖洗水安裝位置合適的情況下，還要考慮濾餅沖洗水均布器是否完好，均布器起到阻止上一區域高氯離子含量漿液進入下一區域的作用，如果均布器有破損，則導致上一區域高氯離子含量的漿液進入下一區域，影響洗滌效果。

經過多次調試，筆者發現當真空皮帶脫水機運行時，石膏到達第一路濾餅沖洗水前，石膏表面含有大量未脫除的水，開啟第一路濾餅沖洗水不僅無法達到去除氯離子的效果，還會增加石膏含水率。當石膏到達第二路濾餅沖洗水前，石膏表面只有少量未脫除的水時，開啟第二路和第三路濾餅沖洗水后，經化驗所得，氯離子含量大大降低。

當石膏到達第二路濾餅沖洗水前，石膏表面只有少量未脫除的水，此時對石膏沖洗效果最好，因此在真空皮帶脫水機應盡可能在石膏到達第二路沖洗水前、石膏表面含有少量的未脫除的水時啟動。

3 真空泵密封水流量影響脫水機真空度

真空泵密封水流量大小可以調節脫水機的真空度，從而影響石膏脫水的效率，進而影響石膏中的氯離子含量。在調試中筆者發現，真空泵密封水流量也對脫水機真空度有一定的影響。在相同石膏厚度（18 mm）的情況下，不同真空泵密封水流量的脫水機真空度變化如下：

（1）當真空泵密封水流量為21 m3/h時，脫水機真空度為-0.072 MPa;

（2）當真空泵密封水流量為14 m3/h時，脫水機真空度為-0.070 MPa;

（3）當真空泵密封水流量為29 m3/h時，脫水機真空度為-0.071 MPa。

多次試驗后發現，當真空泵密封水流量為20 m3/h左右，真空皮帶脫水機的負壓最大，真空度更好。

4 結語

綜上所述，脫水機運行時，通過調整使得石膏旋流器旋流子個數為10個，石膏旋流器壓力為155～160 kPa，脫水機濾餅厚度為18 mm，真空泵密封水流量為20 m3/h時，石膏脫水效果最好，能夠有效降低石膏中的氯離子含量。