脫硫攪拌設(shè)備

在石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝中通過攪拌設(shè)備的作用，使亞硫酸鈣和亞硫酸氫鈣幾乎全部強(qiáng)制氧化生成石膏結(jié)晶。石膏脫水系統(tǒng)作為FGD的重要輔助系統(tǒng),對于吸收塔運(yùn)行指標(biāo)、漿液條件、物料平衡、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、副產(chǎn)物綜合利用都有重要作用。石灰石—石膏濕法脫硫工藝作為目前世界上應(yīng)用最廣的煙氣脫硫工藝,通過近幾年在國內(nèi)燃煤機(jī)組尤其是600MW等級以上大型機(jī)組上的工程應(yīng)用,體現(xiàn)出煤種適應(yīng)性強(qiáng)、脫硫效率高、可靠性好、脫硫成本逐步降低等優(yōu)點(diǎn),合格品質(zhì)的脫硫石膏也具有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

自鍋爐引風(fēng)機(jī)的煙氣經(jīng)過增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)入吸收塔,在塔內(nèi)上行與從噴淋層噴出的石灰石漿液霧滴逆流接觸、洗滌,去除其中的SO2、HCl、HF和一部分SO3。在攪拌設(shè)備的作用下，反應(yīng)生成的亞硫酸鈣在吸收塔漿池(吸收塔底部)中被氧化空氣氧化為硫酸鈣,并以石膏的形式從飽和溶液中析出。吸收塔排出的石膏漿液送至石膏脫水系統(tǒng),脫水洗滌后的二水石膏外運(yùn),脫出的濾液則返回脫硫系統(tǒng)。

濕法脫硫主要工藝系統(tǒng)及其功能如下：

(1) SO2吸收系統(tǒng)。采用攪拌設(shè)備使石灰石溶解、SO2吸收、氧化、副產(chǎn)物結(jié)晶析出。

(2)煙氣系統(tǒng)。用于煙氣增壓、凈煙氣排放、故障旁路。

(3)吸收劑制備系統(tǒng)。以濕磨或成品粉攪拌制漿方式制備合格品質(zhì)的石灰石漿液。

(4)石膏脫水系統(tǒng)。對吸收塔排出的石膏漿液進(jìn)行兩級脫水,生成合格品質(zhì)的二水石膏;回收濾液和旋流上清液,提高吸收劑利用率,維持系統(tǒng)水平衡和物質(zhì)平衡。

(5)排放系統(tǒng)。用于收集脫硫島檢修、沖洗的排出液并返回工藝系統(tǒng);系統(tǒng)故障時(shí)漿液排放至事故漿液箱,待重新啟動時(shí)返回。

(6)廢水處理系統(tǒng)。通過中和、絮凝、沉降、攪拌等一系列措施對脫硫廢水進(jìn)行凈化處理,將其所含污染物指標(biāo)(pH, SS, COD,重金屬等)降低至規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)回用或達(dá)標(biāo)排放。

脫硫石膏品質(zhì)的影響因素：脫硫石膏的品質(zhì)取決于三個(gè)方面,即脫硫島入口條件、吸收塔運(yùn)行控制以及脫水系統(tǒng)的設(shè)備配置。

脫硫?qū)肟跅l件，與石膏品質(zhì)相關(guān)的條件主要包括:煙氣灰分、石灰石品質(zhì)、工藝水水質(zhì)等。脫硫?qū)肟跓煔庵械臒焿m質(zhì)量濃度必須控制在100mg/m3以內(nèi)(改造工程300mg/m3以下) ,否則,洗滌后留在石膏漿液中,不僅影響脫水系統(tǒng)功能,也降低了石膏的品質(zhì)。石灰石的品質(zhì)對脫硫效率和石膏品質(zhì)都有直接的影響。石灰石中的雜質(zhì)(惰性物)在吸收塔內(nèi)會影響石膏結(jié)晶的粒度和純度,在脫水過程中影響石膏含水率;石灰石的粒徑、活性如果不能滿足溶解度要求,系統(tǒng)在低pH值下運(yùn)行,亞硫酸鈣比例將增加,致使石膏品質(zhì)下降。工藝水水質(zhì)對石膏的影響主要是其中的氯離子,石膏中氯離子殘留量增加則其品質(zhì)下降。此時(shí),若要滿足市場要求,就必須用大量的電廠工業(yè)水對石膏進(jìn)行沖洗,影響電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

吸收塔內(nèi)pH值、塔內(nèi)漿池容積、氧化強(qiáng)度、液氣比、廢水排出量等參數(shù)都會影響石膏品質(zhì)。吸收塔漿液pH值是脫硫過程的關(guān)鍵控制參數(shù)。當(dāng)pH值偏低,尤其是低于4. 8時(shí),漿液內(nèi)的亞硫酸鈣殘留量會大幅增加,不僅影響脫硫效率,還會在pH值再次升高時(shí)大量析出,降低石膏品質(zhì)。吸收塔內(nèi)漿池的容積必須滿足石膏結(jié)晶成長所需的停留時(shí)間,但也不宜過大,否則會使已生成的石膏晶體被循環(huán)漿液破壞,影響石膏品質(zhì)。因此,需結(jié)合液氣比合理設(shè)置漿池容積。吸收塔氧化強(qiáng)度決定石膏漿液中亞硫酸鈣的殘留量,也會影響石膏品質(zhì)。增加廢水排出量,不僅可以維持塔內(nèi)良好的運(yùn)行工況,也能提高石膏的品質(zhì)。

石膏脫水系統(tǒng)通過石膏旋流器和真空皮帶機(jī)二級脫水將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的石膏漿液制成水分為10%的石膏,并在脫水過程中實(shí)現(xiàn)脫硫工質(zhì)的分配和脫硫系統(tǒng)的物料平衡。石膏脫水系統(tǒng)的優(yōu)劣不僅關(guān)系到回收工質(zhì)、水耗、吸收塔正常運(yùn)行參數(shù)(液位、密度、惰性物及氯離子)等各項(xiàng)指標(biāo),還直接關(guān)系到脫硫石膏的品質(zhì)。因此,優(yōu)化、完善石膏脫水系統(tǒng)的設(shè)備配置,確保系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行是值得認(rèn)真分析研究的。

石膏脫水系統(tǒng)的主要設(shè)備由石膏旋流設(shè)備、石膏漿液箱、石膏漿液泵組成。吸收塔排出的石膏漿液首先進(jìn)行水力旋流分離,質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到3%的溢流大部分返回吸收塔,少量進(jìn)入廢水旋流系統(tǒng);質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的底流進(jìn)入真空皮帶脫水系統(tǒng)。石膏一級脫水系統(tǒng)除了濃縮漿液之外,更重要的是維持吸收塔的運(yùn)行指標(biāo)。合理的系統(tǒng)配置可使吸收塔達(dá)到良好工況,實(shí)現(xiàn)整個(gè)脫硫島的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

一級脫水系統(tǒng)的運(yùn)行配置方式通常有：

一是石膏排出泵連續(xù)輸送漿液至石膏旋流器。旋流器溢流通過石膏漿液箱和漿液泵返回吸收塔,旋流器入口設(shè)分支進(jìn)入石膏漿液箱,支路上設(shè)置調(diào)壓閥,通過調(diào)節(jié)旁路流量確保旋流器入口壓力。根據(jù)吸收塔內(nèi)漿液密度確定石膏旋流器底流返回漿液箱或進(jìn)入皮帶脫水機(jī)。這種配置方式的特點(diǎn)是脫水系統(tǒng)中所有的泵均為定速運(yùn)行,石膏旋流器入口壓力通過支路調(diào)壓閥維持。系統(tǒng)內(nèi)有連續(xù)漿液流,不會發(fā)生堵塞沉積,系統(tǒng)可靠性較好。

二是石膏排出泵連續(xù)輸送漿液至石膏旋流器或返回吸收塔。塔內(nèi)漿液密度低于設(shè)定值時(shí),漿液全部返回吸收塔;漿液密度達(dá)到設(shè)定值時(shí),進(jìn)入旋流器,此時(shí)的旋流器前返流旁路用于穩(wěn)定入口壓力。旋流器運(yùn)行時(shí)的調(diào)控方式與前一種類似,但此時(shí)旋流器底流僅與皮帶機(jī)相接。此種配置方式的特點(diǎn)是系統(tǒng)中所有的泵均為定速運(yùn)行,低負(fù)荷時(shí)石膏漿液不進(jìn)入旋流器,可避免漿液中過高含量的石灰石顆粒對旋流器產(chǎn)生磨損;底流系統(tǒng)簡潔,便于操控,但需定期沖洗。

三是系統(tǒng)流程與第一種類似,區(qū)別是旋流器入口無回塔旁路且石膏排出泵變頻運(yùn)行,低負(fù)荷時(shí)變速調(diào)節(jié),在維持旋流器入口壓力的同時(shí)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。這種配置方式的特點(diǎn)是變頻運(yùn)行,低負(fù)荷石膏排出泵及石膏漿液泵可小流量、低功耗運(yùn)行,經(jīng)濟(jì)性較好。由于增加了變頻配置,設(shè)備造價(jià)和控制要求均有提高,但連續(xù)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性顯而易見。從目前投運(yùn)工程的一級脫水系統(tǒng)配置情況來看,采用第2種方式的較多,其次是第1種,第3種應(yīng)用較少。其原因主要是投資成本,但從長期運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性以及變負(fù)荷適應(yīng)能力來看,第3種方式具有更大的優(yōu)勢。

真空皮帶機(jī)系統(tǒng)設(shè)備主要包括真空皮帶機(jī)、氣水分離器、真空泵、皮帶機(jī)沖洗設(shè)備、濾液水泵、石膏卸料設(shè)備。石膏旋流器底流進(jìn)入真空皮帶機(jī),脫水沖洗后得到合格的二水石膏。真空泵抽出的空氣在氣水分離器中進(jìn)行水氣分離,分離出的水和皮帶機(jī)濾出液一起收集到濾液水收集系統(tǒng),并通過濾液水泵送至吸收塔或制漿系統(tǒng)。

濾液水收集設(shè)備濕法脫硫石膏脫水系統(tǒng)的濾液水收集設(shè)備通常按公用設(shè)置,容量取決于制漿和運(yùn)行方式,通常有濾液水池和水箱兩種配置形式。從目前脫硫工程中出現(xiàn)的問題來看,與水箱相比,濾液水池有以下的優(yōu)點(diǎn):一當(dāng)濾液水箱設(shè)計(jì)容量較大時(shí),水箱內(nèi)液位較高,如果氣水分離器安裝高度不夠,就會發(fā)生氣水分離器至濾液水箱液面高差不足,不能滿足真空泵所需的真空度要求,導(dǎo)致濾液水倒灌。解決的方法往往是抬高皮帶層高度或減少水箱儲水量,前者將增加投資,后者降低了連續(xù)運(yùn)行的可靠性。而濾液水池位于地面零米,不會有類似問題出現(xiàn)。二濾液水池的液位測量設(shè)備、攪拌設(shè)備及回流閥等均布置于地面附近,便于監(jiān)控調(diào)節(jié),無需配置類似濾液水箱的檢修設(shè)施,更加方便靈活。三濾液水池可兼作脫水車間排污溝的收集地坑,濾液水泵多采用立式泵,結(jié)構(gòu)簡單,節(jié)約空間。如果采用濾液水箱,則必須考慮水箱和泵的占位,北方寒冷地區(qū)水箱還要置于室內(nèi),且車間內(nèi)還需設(shè)集水地坑,或采用溝道引至吸收塔區(qū)域地坑,增加了室外土建的工程量。四如果采用磨制、脫水綜合樓的配置方案,則濾液水池可以同時(shí)兼顧兩個(gè)系統(tǒng)的排水收集,有利于濾液水和漿液回收系統(tǒng)的整合優(yōu)化,使系統(tǒng)更加簡潔合理。

在濕法脫硫石膏脫水系統(tǒng)中采用濾液水池,雖然會增加一些土建工程量,但有利于系統(tǒng)運(yùn)行,應(yīng)在工程中優(yōu)先采用。

真空皮帶機(jī)沖洗設(shè)備，在常規(guī)的脫水皮帶機(jī)沖洗系統(tǒng)中,每臺皮帶機(jī)一般會配置相應(yīng)的濾餅沖洗水系統(tǒng)和濾布沖洗水系統(tǒng),前者包括濾餅沖洗水箱和一用一備的濾餅沖洗水泵,后者包括濾布沖洗水箱和一用一備的濾布沖洗水泵。沖洗系統(tǒng)采用脫水機(jī)真空泵的冷卻水排水作為沖洗水源。首先將水源接入濾布沖洗水箱,泵送至皮帶機(jī)濾布沖洗的各噴嘴處,沖洗濾布之后的水收集到濾餅沖洗水箱中,再泵送至石膏沖洗用水點(diǎn),為確保成品石膏中氯離子含量在規(guī)定范圍內(nèi),皮帶機(jī)尾部也可增設(shè)工業(yè)水沖洗接口，閉合式兩級沖洗的配置方式可最大程度地減少進(jìn)入系統(tǒng)的外來水,便于濾液水系統(tǒng)和石膏一、二級旋流系統(tǒng)以及制漿系統(tǒng)的水量調(diào)控,實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的水平衡。

在電廠實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn),上述配置存在以下問題:濾餅沖洗水箱容積很小,無法安裝攪拌設(shè)備,進(jìn)入其中的濾布沖洗水含有的大量石膏顆粒極易沉積而堵塞水箱出口;濾餅沖洗水泵入口管徑小,容易堵塞,或直接造成石膏沖洗噴嘴結(jié)垢、堵塞而無法運(yùn)行,影響石膏品質(zhì),甚至需停運(yùn)徹底清理。

為解決上述問題,有些工程在沖洗水泵出口加裝循環(huán)管路和噴嘴,增加擾動,減少石膏顆粒沉淀,但長期運(yùn)行的效果仍不理想。為此,脫水機(jī)的供貨方把兩級循環(huán)改成一級循環(huán),濾布沖洗水和濾餅沖洗水均采用水質(zhì)較好的真空泵排水。因此, 1臺脫水機(jī)應(yīng)設(shè)置1個(gè)綜合沖洗水箱和2臺沖洗水泵,沖洗水母管至皮帶機(jī)各沖洗水噴嘴的壓力和流量通過各支路上的閥門和節(jié)流裝置調(diào)節(jié)。

新的配置方案簡化了沖洗系統(tǒng),減少了濾布沖洗水中間收集循環(huán)的二次環(huán)節(jié),取消了易發(fā)生故障的箱、泵。沖洗水箱和水泵在較好水質(zhì)條件下運(yùn)行,避免了管路和噴嘴的堵塞,從而保證了脫硫石膏的品質(zhì)。皮帶機(jī)系統(tǒng)所有沖洗水及排水均收集到濾液水坑或作吸收塔補(bǔ)充水。與原沖洗系統(tǒng)相比,濾布沖洗水不再循環(huán)使用會使工業(yè)水用量增加。在設(shè)計(jì)整個(gè)脫硫島水平衡時(shí),應(yīng)注意此處增加的水量和工藝水水量的總體恒定。改進(jìn)的沖洗系統(tǒng)提高了真空皮帶機(jī)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行的可靠性,減少了過程環(huán)節(jié)和故障率,對提高FGD整體可用率有一定的效果。在近期的工程設(shè)計(jì)中已陸續(xù)采用。

廢水旋流系統(tǒng)，早期的一些濕法脫硫工程未設(shè)置廢水旋流裝置,僅在石膏一級旋流器溢流箱底部接出一路作為廢水排放。這種配置不僅便于廢水排放,且因廢水濃度較高,較小的廢水量即可充分排出塔內(nèi)積累的有害物質(zhì)。但這種方式也存在較大的問題,即較高的排放濃度會帶出許多有效工質(zhì),使得系統(tǒng)鈣硫比增加,吸收劑耗量變大。隨著節(jié)水要求的提高,電廠濕排灰系統(tǒng)已逐步擯棄,廢水綜合回用已成為脫硫設(shè)計(jì)的基本要求。為有效回收工質(zhì)并減輕廢水處理系統(tǒng)的負(fù)荷,脫水系統(tǒng)中必須配置廢水旋流系統(tǒng)。

廢水旋流系統(tǒng)包括廢水旋流泵、旋流器、廢水收集箱、廢水泵等。石膏旋流器溢流的一部分經(jīng)廢水旋流泵升壓后進(jìn)入廢水旋流器,廢水旋流器的底流返回石膏漿液箱,溢流將進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)。

廢水旋流系統(tǒng)對保證塔內(nèi)良好工況有重要作用,其設(shè)備的配置有以下幾點(diǎn)值得研究和優(yōu)化:

一是廢水旋流泵的運(yùn)行方式。一些電廠的廢水間斷排放,使得塔內(nèi)Cl-濃度波動較大,其控制限值可達(dá)20 000mg/L。應(yīng)該指出的是, Cl-濃度過高必將影響石膏晶體的正常生成和產(chǎn)品品質(zhì),因此,必須盡量控制在低Cl-工況下運(yùn)行;另一方面,漿液中的Cl-對設(shè)備具有較強(qiáng)的腐蝕性,低CI-濃度可有效減緩設(shè)備腐蝕,提高設(shè)備的使用壽命和整個(gè)系統(tǒng)的可用率。因此,廢水系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行對于脫硫島的安全性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性非常有利。廢水旋流泵若采用變頻設(shè)置,可更好地適應(yīng)外部條件變化引起的脫硫廢水量變化,同時(shí)確保旋流器工況并穩(wěn)定廢水水質(zhì)和進(jìn)入濾水系統(tǒng)的回水量,成為濾液水量調(diào)節(jié)的補(bǔ)充手段。在低負(fù)荷時(shí),廢水系統(tǒng)連續(xù)變頻運(yùn)行不僅可維持塔內(nèi)工況,更重要的是與負(fù)荷匹配的流量調(diào)節(jié)可在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提下進(jìn)行,可控性好。

二是廢水旋流泵前設(shè)置緩沖箱。一些脫硫工程在廢水旋流泵之前不設(shè)置緩沖箱,但在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn),當(dāng)設(shè)計(jì)廢水量較大且相應(yīng)的泵選型較大時(shí),易出現(xiàn)溢流箱抽空的現(xiàn)象,尤其是在機(jī)組未全部投運(yùn)時(shí),共用設(shè)計(jì)出力的廢水旋流系統(tǒng)對應(yīng)單臺旋流器更易出現(xiàn)此情況。因此,應(yīng)在廢水旋流泵前加設(shè)緩沖箱,以確保在各種情況下廢水旋流泵的穩(wěn)定運(yùn)行,有利于廢水旋流系統(tǒng)變頻連續(xù)調(diào)節(jié)。

三是廢水旋流器的旋流子數(shù)量。廢水旋流器處理的是石膏旋流器的溢流,廢水濃度低、顆粒小、分離難度大,因此,旋流子的數(shù)量應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于石膏旋流器。廢水旋流器之前應(yīng)設(shè)置變頻泵以維持入口壓力。由于廢水旋流器出口對應(yīng)的是廢水處理系統(tǒng),而廢水處理系統(tǒng)對來水水質(zhì)的穩(wěn)定性要求比較高,尤其當(dāng)廢水系統(tǒng)中配置了離心脫水機(jī)時(shí),廢水濃度的過度變化會使脫水機(jī)無法工作。因此,廢水旋流器的旋流子數(shù)量必須按照出口廢水水質(zhì)及負(fù)荷變化要求配置,確保在任何工況下都能達(dá)到旋流器的最佳分離效果,避免溢流量過大或進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)的顆粒度惡化等情況的發(fā)生。

　　隨著石灰石—石膏濕法脫硫工藝的廣泛應(yīng)用,國產(chǎn)化程度進(jìn)一步提高,脫硫系統(tǒng)造價(jià)不斷降低。在此情況下,首要問題是如何保證FGD系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)行。石膏脫水系統(tǒng)作為脫硫島控制物料平衡、確保副產(chǎn)物品質(zhì)、維持吸收塔運(yùn)行工況的重要輔助系統(tǒng),其設(shè)計(jì)優(yōu)化和設(shè)備配置對整個(gè)FGD系統(tǒng)的可靠運(yùn)行,尤其在電廠節(jié)水、節(jié)能以及提高綜合經(jīng)濟(jì)效益等方面具有重要的意義。