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1、52 “十一五”烟气脱硫脱氮技术创新与发展交流会(2007)石灰石一石膏湿法烟气脱硫中石膏脱水系统方案探讨甄志李晓金 (北京国电龙源环保工程有限公司北京100761)摘要介绍了石灰石一石膏湿法烟气脱硫(FGD)系统中几种典型的石膏脱水系统的设计方案，分 析了其设备参数的选择和出力匹配，总结了各自系统的优缺点。通过分析和总结为石膏脱水系统设计 提供指导，以使整个石膏脱水系统的生产流程更加简单、经济和易于维护，同时提高了整套脱硫装置 运行的稳定性和可用率。关键词烟气脱硫石膏脱水优化运行概述湿式石灰石一石膏湿法烟气脱硫工艺中，石灰石浆液在吸收塔内对烟气进行逆流洗涤，烟气 中的SO：和SO，与石灰石浆
2、液中的CaC03进行反应，生成CaSO，及CaSO。，并以小颗粒状态转移 到浆液中。浆池中CaSO。经强制氧化转化为CaSO。并生成CaSO。2H：0结晶，然后利用石膏排 出泵将浆液抽出，送往石膏脱水系统，脱水后的石膏品质可以达到市售要求。因此，从工艺流程来看，作为吸收剂的石灰石的品质和吸收塔内的物理和化学过程决定了石 膏的品质。吸收塔内CaSO。的充分氧化及CaSO。2H：0晶粒的充分长大为后续的脱水工艺打下了良好的基础。在此前提下，选用合理的石膏脱水系统布置形式，可以提高整个FGD运行经济 性。通常，脱硫后产品石膏的主要性能指标如表l所示：表1 石膏主要性能指标表 性能参数 指标一 石膏含
3、湿率 95各种杂质的质量含量各小于2针对以上要求，配置石膏脱水系统的目的，一是脱除石膏结晶内游离的水份，二是洗涤石膏 内氯根，使之达到性能指标。 。一、石膏脱水系统构成一般地，石膏脱水分为两级处理，即，利用水力旋流器进行一级脱水，以及利用真空脱水皮 带机进行二级脱水。主要的设备包括石膏排出泵、水力石膏旋流器、真空脱水皮带机等。现将两 个系统分述如下：(一)石膏一级脱水系统水力旋流系统 经吸收塔喷淋洗涤后的石膏浆液在塔内停留一段时间，当其浆液浓度达到12一15时， 由石膏排出泵输送至石膏旋流器，进行石膏一级脱水。结构外形如右图所示。石膏浆液是由固液两相物质构成的混合物，水力旋流器正是基于离心沉降
4、的原理实现固液分 离、颗粒分级的，它的作用，其一是将从吸收塔抽吸出来的浆液进行浓缩，其次是将粗细颗粒进 行分级，细颗粒进入旋流器溢流，粗颗粒进入底流。从浆液特点来看，溢流含固量一般在35(wt)左右，溢流浆液中的固体颗粒主要为未完全反应的吸收剂、小粒径的石膏晶体等，前第十一届全国燃煤二氧化硫氮氧化物污染治理技术“十一五”烟气脱硫脱氮技术创新与发展交流会53者继续参与脱硫反应，后者成为浆池中结晶长大的晶 核。旋流器的底流含固量一般在4550(wt)左右， 固相主要为粗大的石膏结晶体，为真空脱水皮带机进行二级脱水创造条件。另外在湿法脱硫过程中，浆液内氯 根离子和重金属离子的浓度随着时间的增长而累积
5、。当 氯根离子的浓度达到20000mgl时，对系统设备的腐蚀 是致命的，因此系统要连续从石膏旋流器溢流浆液中排 掉一定比例的废水，以保证将大部分氯根离子和重金属 离子排到废水处理系统。因此，从在湿法FGD系统中的地位来看，石膏旋流 器起着一个承上启下的作用，对吸收塔和脱水皮带机的 正常运行都具有重要意义。 (二)石膏二级脱水真 空脱水系统 石膏二级脱水系统由真空脱水皮带机、 真空泵、气 水分离器等主要设备以及滤布冲洗系统、滤饼冲洗系统等辅助系统构成，其作用一是通过水洗， 将石膏结晶中的氯根离子转移到液相并排出系统，使其含量由20000ppm降为100ppm；二是将含 固量为50(wt)的石膏浆
6、液底流进一步脱水，成为含固量为90(wt)的散料石膏。真空脱水皮带机是一种充分利用物料自重和真空抽吸实现固液分离的高效浓缩设备，具有脱 水效率高、滤饼含水率低、处理量大、运行维护费用低等优点。其构造如图所示，当浆液进入鱼尾形喂料口后，均匀地分布在滤布上，形成物料层。当胶带携带滤布及其物 料通过真空室时，在真空抽吸的作用下，石膏中的游离水以及滤饼冲洗水透过滤布流向胶带排液 孔，汇入皮带机真空室。在皮带机头部滤饼在重力作用下与滤布剥离，进入卸料斗，再经带式输 送机送人石膏料仓。二、石膏脱水系统设计石膏脱水系统根据工艺要求和实现方式不同，其设备选型和布置也就不同，但其本质就是脱 水设备之间相互协调相
7、互匹配的问题。根据我公司投运工程的运行经验，下面以两套石灰石一石 膏FGD装置对应一套公用的石膏脱水系统几种典型设计为例，说明其各自方案的特点。 (一)设备配置 在FGD脱水系统的设计过程中，第一步就是脱水设备的选型配置，决定系统运行性能及投 运后的运行方式的设备包括：石膏排出泵，石膏旋流器，真空脱水皮带机，典型设计方案的设备 选型如表2所示。“十一五”烟气脱硫脱氮技术创新与发展交流会(2007) ：汽 表2典型石膏脱水系统设备出力选型设备出力 石膏排出泵 石膏旋流器 真空脱水皮带机黄台电厂(2 x300Mw) l(10100 150 天生港电厂(2300MW)100 100 150 大同电厂
8、(2600MW) 变频调节(50一150)100 150 大连庄河电厂(2600MW) 100 100 150注：设备出力是对应于单台FGD机组设备处理量的百分比。(二)黄台电厂2 X300MW机组石膏脱水系统(系统a)介绍图1 黄台电厂2X300MW机组石膏脱水系统流程图如图l所示，石膏排出泵将吸收塔内的石膏浆液输送至石膏旋流器，并在石膏旋流器人口管 路上增设气动调节阀，在每个旋流子的人口设置气动蝶阀，石膏旋流器溢流一部分去石膏溢流浆 液箱，最终回到吸收塔浆池中，一部分去废水处理系统；石膏旋流器底流经过两工位电动分配箱 的互相切换到达两条脱水皮带中的任意一条。本系统的特点是：在机组变负荷时通
9、过电动调节阀 调节供给石膏旋流器的石膏浆液量来维持吸收塔浆池中的浓度在正常范围内。同时当两台机组的负荷总量在低于单台机组负荷的150时，可以只运行一条脱水皮带来满足石膏脱水的需要，而 这种工况在实际生产过程中经常发生，因而该系统有广泛的适用性，但其缺点是设备初投资高， 控制系统复杂。 (三)天生港电厂2300MW机组石膏脱水系统(系统b)介绍图2天生港电厂2 x300MW机组石膏脱水系统流程图第十一届全国燃煤二氧化硫氯氧化物污染治理技术“十一五”烟气脱硫脱氮技术创新与发展交流会55。如图2所示，石膏排出泵将单台机组产生的石膏浆液输送至石膏旋流器，石膏旋流器溢流一 部分去石膏溢流浆液箱，最终回到
10、吸收塔浆池中，一部分去废水处理系统；石膏旋流器底流经过 两工位分配器将石膏浆液分配到两台真空脱水皮带机上面。该系统可以实时在线监测石膏浆液浓度，可以连续排放废水；另外当一条皮带短时出现故障时，可以将两个旋流器底流同时切换到另 一条皮带。此系统的优点是设备造价低，运行简单。缺点是在当机组在75一100负荷区间内 运行时，皮带出力过剩，造成设备资源浪费，在低负荷时，为了维持吸收塔中浆液浓度，需要间 断运行石膏脱水皮带。 (四)大同电厂2600iVlW机组石膏脱水系统(系统c)介绍图3大同电厂2600MW机组石膏脱水系统流程图如图3所示，石膏排出泵采用变频调节泵，石膏旋流器旋的旋流子人口采用电动阀门
11、。当机 组负荷变化时，通过调节石膏排出泵的出力，来维持吸收塔中浆液的浓度。同时当两台机组的总 负荷低于150时，可以停用一列脱水皮带。该系统可以实时在线监测石膏浆液浓度，可以连续 排放废水，缺点是由于采用了变频浆液泵，设备造价较高。 (五)庄河电厂2600MW机组石膏脱水系统(系统d)介绍图4庄河电厂2 x600MW机组石膏脱水系统流程图 吸收塔中石膏浆液经石膏排出泵输送至石膏旋流器，旋流分离后，底流进入三工位石膏浆 液分配箱，分配箱有三个分配口，分配箱的挡板门可按工位切换以适应负荷变化：56 “十一五”烟气脱硫脱氮技术创新与发展交流会(2007)当机组运行在75100负荷范围时，两台石膏旋流
12、器底流经浆液分配箱平均分配到两条 真空皮带机上，两条皮带机均正常运行；当机组运行在50一75负荷范围时，两台石膏旋流 器的底流经浆液分配箱均流向一条真空皮带机，皮带机一条运行，一条停运；当两台机组均正常 运行，一条真空脱水皮带机故障，一条正常运行时，石膏浆液旋流后的底流经分配箱工位调整实现满足一条真空皮带机运行(一台机组的150负荷)，其余浆液流向石膏溢流浆液箱，最终经 溢流浆液泵输送回吸收塔，保证系统连续运行。 此系统中的三工位石膏分配箱实现了两级两工位 浆液分配箱的功能，可以满足任何工况下机组连续运行，节省了工艺楼的纵向空间，简化了系统操作。 以上四个系统，为湿法脱硫脱水系统的典型布置方案
13、，在各个实际工程中都有着成熟的应 用，但在布置方式和系统调控方面都有各自特点，系统a和系统c主要通过调节石膏旋流器人口 的浆液量来调节供给脱水皮带的石膏浆液量，从而达到真空脱水皮带经济运行的目的，且流程相 对简单，布置相对容易。但其控制参数较多，设备成本较高；系统b和系统d主要通过调节供给脱水皮带的石膏量来调节真空脱水皮带的运行，系统相对复杂，但设备成本较低。 三、结语 (1)国内随着环保标准及其监督执法力度的El益严格，SO：排放已成为电厂能否允许投运的关键因素之一，而FGD系统中的石膏脱水系统又是关系到整个脱硫装置能否正常运行的关键因 素，所以发电机组有必要选择一个可用率高、负荷适应性好的
14、脱硫系统，提高脱硫装置的可用 率，以达到脱硫系统的运行稳定性。(2)石膏脱水系统是湿法脱硫系统重要的组成部分，关系到石膏的品质、废水的排放、以 及脱硫综合成本的高低，合理选择石膏脱水系统流程以及布置形式可以大量节约初投资和运行 成本。(3)石膏脱水系统布置方案灵活，设备选型多样，具体系统设计时需根据工程特点，经过 技术经济的综合比较，选择合理的设计方案，满足工程需要。本文通过对四种典型脱水系统设计 方案的介绍，分析了各个系统的优缺点，重点推荐系统d方案，其设备造价相对较低，且设备选 型灵活，能够极大的提高整套装置运行的稳定性和可用率。 (4)对于多台机组(两台以上)的脱硫公用脱水系统而言，系统d方案将更加有利，通过 调整工位器的个数，可以满足多条皮带的经济运行。参考文献 1曾庭华，等湿法烟气脱硫系统的安全性及优化M北京：中国电力出版社，2004
