摘要：
河源電廠煙氣脫硫系統(tǒng)自投運以來， 脫硫石膏含水率多次升高， 最高時達50%， 使儲存、運輸及再利用受到嚴(yán)重影響。結(jié)合脫硫設(shè)計和運行情況， 對可能引起此問題的多種原因進行分析并逐一排查， 最終確認(rèn)是脫硫工藝水所補充的循環(huán)冷卻水排污水中的阻垢劑所致。通過對工藝水來源的臨時更換和添加石膏晶種， 有效遏制了脫硫石膏品質(zhì)惡化。為使問題得到徹底解決， 對原本作為脫硫工藝水源之一的循環(huán)冷卻水排污水進行了“去阻垢劑” 處理， 在保證脫硫石膏正常的情況下恢復(fù)了全廠原有的水系統(tǒng)平衡， 達到廢水零排放， 電廠的環(huán)保能力和經(jīng)濟效益均得到提高。
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)運行過程中， 石膏脫水困難是較為常見的問題。在整個脫硫反應(yīng)過程中， 石膏晶種的形成和生長受到石灰石粒度、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)濟效益的提高。
河源電廠2×600 MW 超超臨界機組采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝， 1 爐1 塔， 2 臺脫硫塔共用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， 平均達到22%； 其中單日最高值達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時間放置，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)晶長大。
通過常規(guī)運行調(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， 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， 對石膏在脫硫塔內(nèi)生成， 直到脫水機脫除水分的工藝流程逐項檢查， 將可能影響石膏含水率的因素一一羅列， 并采用比對分析的方法進行排查。
3.1 設(shè)備原因分析與排除
對脫硫系統(tǒng)內(nèi)與脫水有關(guān)的設(shè)備包括石膏旋流器、真空皮帶脫水機等進行檢查， 結(jié)果列于表1。由表1 可見， 脫水系統(tǒng)設(shè)備正常， 排除其對石膏問題的影響。
表1 石膏脫水設(shè)備運行狀況
3.2 系統(tǒng)原因分析與排除
對1、2 號吸收塔漿液2 個月來的運行數(shù)據(jù)進行分析， 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。對比正常運行時的狀況， 漿液各項指標(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)停留時間、煙氣流量、液氣比等， 在運行中不會突然發(fā)生較大變化， 在此不予分析。漿液中的雜質(zhì)對結(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)煙氣中體積細小的粉塵含量過高時， 粉塵會直接包裹在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CaCO3的“包裹” 作用也會使脫硫效率下降， 從而降低漿液中的石膏含量， 造成石膏脫水困難。對近1 年進入脫硫塔煙氣成分進行了分析，無論是1 號還是2 號脫硫吸收塔， 其入口SO2、粉塵含量并沒有發(fā)生明顯變化， 均控制在設(shè)計值之內(nèi)， 在石膏品質(zhì)惡化期的各項指標(biāo)都在歷史范圍內(nèi)或低于歷史數(shù)值， 說明煙氣對石膏品質(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%。對近1 年來石灰石的純度以及MgCO3含量進行了查驗， 可知近3個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水、石灰石制漿系統(tǒng)， 一般含有可溶性鹽， 此外有機物如檢修機油等也會通過地坑進入脫硫塔， 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， 電導(dǎo)率在2015年4 月到6 月之間表現(xiàn)出上升的趨勢， 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， 同時阻垢劑隨著冷卻塔排水進入到復(fù)用水中， 再流入脫硫系統(tǒng)， 造成石膏晶體生長不利。因此， 對于用作脫硫工藝用水的復(fù)用水，仍需要進一步處理， 使其不影響石膏結(jié)晶之后才能再次投用。
對于脫硫工藝水質(zhì)問題， 先由工業(yè)用水臨時代替復(fù)用水， 并投加外購的石膏晶種。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， 需對其進行“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 號吸收塔分別加入60、68 t 外購的石膏晶種，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大， 導(dǎo)致石膏含水率偏高，擬采用熟石灰對循環(huán)水排污水進行處理， 為此進行了小型試驗。試驗情況： 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 值達到12 并曝氣， 之后通過正常工業(yè)廢水處理系統(tǒng)進行處理， 使水中的阻垢劑協(xié)同水中懸浮物及生成的沉淀物進行物理沉降，達到去除阻垢劑效果， 最后將處理后的循環(huán)水排污水作為脫硫工藝水補充水， 并監(jiān)測石膏含水率變化情況。在循環(huán)水排污水進入工業(yè)廢水系統(tǒng)處理期間， 持續(xù)監(jiān)測工業(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)到原來方式運行（由復(fù)用水補充）。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)。
逐步補水方案： 按2 臺脫硫工藝用水約1 500m3/d 計算， 擬定復(fù)用水和工業(yè)水按1∶4、2∶3、3∶2、4∶1、5∶0 的比例方式逐步進行替換， 每個比例運行周期為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：
（1）密切監(jiān)視真空泵負壓變化情況， 真空泵運行負壓不低于50 kPa， 低于50 kPa 時運行人員立即匯報以便作出相應(yīng)調(diào)整；
（2）脫水機運行期間， 運行人員每間隔1 h 巡視石膏變化情況1 次， 發(fā)現(xiàn)異常及時匯報；
（3）化驗人員每天分析石膏水分， 石膏水分不得高于20%，超出時應(yīng)立即匯報， 暫停置換水源。
河源電廠共有4 個工業(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)用水補入吸收塔， 石膏含水率和工藝水電導(dǎo)率的變化趨勢如圖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， 晶體細小。利用現(xiàn)有廢水處理設(shè)備， 對影響石膏晶種生長的循環(huán)水排污水進行處理， 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 董強強 黃劍文 中國電力
