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【摘要】本文着重介绍了脱硫石膏品质中氯离子偏高、水分偏高产生的原因，提出了针对性的改进措施，确保了脱硫石膏品质能够长期稳定达标，满足销售端的要求。

【关键词】脱硫石膏 水分 氯离子 原因分析

1 引言

某公司2×1000MW机组脱硫装置采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术，一炉一塔配置。烟气湿法脱硫工艺的唯一副产品为石膏。吸收塔底部的石膏浆液通过石膏排出泵泵入石膏旋流器。石膏旋流器底流经石膏浆液分配器进入真空皮带脱水机。每台真空皮带脱水机出力为2台锅炉BMCR工况的75%。石膏被脱水后含水量降低至15%以下，并对石膏滤饼进行冲洗用以除去氯化物，从而保证石膏品质。脱水后的脱硫石膏全部综合利用，主要用途为进入水泥厂，作为水泥辅料缓凝剂使用，一般添加量为3.5%-5%。进入2023年后，随着水泥行业的行情波动，水泥厂对石膏品质的要求愈加严格。为提高石膏品质，满足要求特对石膏品质开展了相关研究。

由文献可知，在石膏脱水过程中大量的氯离子随水离开石膏，但仍会残留一部分氯离子形成氯化钙留着石膏晶体和晶体之间，堵塞了游离水在结晶之间的通道，使石膏脱水变的困难，同时由于石膏含水量的增加，导致石膏中的氯离子含量也无法达到正常标准[1]。氯离子有很强的亲水性，因此只需要少量的软水冲洗石膏滤饼，即可将氯离子从石膏中带走。因此提高石膏品质的首要任务为解决石膏水分问题，当石膏水分降低后，氯离子也就能随之降低。

本文通过分析石膏浆液、石膏旋流站、真空泵、真空皮带脱水机等存在的问题，确定了石膏品质差的原因，并提出相应的改善措施，保证了石膏品质的长期稳定。

2 石膏品质实际情况

2.1石膏品质的现状

2024年初该公司石膏滤饼未采用水冲洗，其脱硫石膏品质含水量在15%左右，氯离子浓度在5500 mg/kg左右。为达到石膏品质的相关要求，对石膏滤饼进行水冲洗后，其含水量在18%左右，氯离子浓度在2800 mg/kg左右。

2.2存在的主要问题

（1）石膏中氯离子浓度高，经过冲洗后氯离子浓度不稳定。

（2）石膏中水分偏高，经冲洗后水分超出标准值较多。

（3）石膏中碳酸钙含量偏高。

3 石膏品质不合格的原因分析

3.1浆液中杂质较多

（1）石膏滤饼表层存在油泥。

在真空皮带脱水机脱水时，石膏滤饼表面存在大量黑色油膜及泡沫，并附着一层黏泥状物质，厚度约1mm，颜色呈咖啡色。当旋流站底流浆液经分配器落到真空皮带机上时，悬浮于浆液表层，待滤饼吸干时，附着于石膏滤饼表面。如图1所示。

此层油泥透水性差，导致下方石膏滤饼含水量高，检验在18%以上。滤饼冲洗水难以渗透此油泥层，导致下方石膏滤饼氯离子含量高，检验在3000ppm以上。将此层油泥破开后，石膏滤饼水分迅速吸干，滤饼冲洗水能够顺利冲透，石膏含水量及氯离子恢复正常。

（2）油膜、黏泥来源及影响。

石膏浆液中油泥来自于三部分，一是来自于原烟气中的油灰或未燃尽的煤粉，二是来自于原烟气中的飞灰，三是来自于石灰石浆液携带。

烟气中的油灰或未燃尽煤粉进入吸收塔，导致吸收塔浆液中有机物含量升高，在高温及鼓入空气的环境下，产生皂化反应，形成油膜，在石膏浆液脱水时排出，漂浮在浆液上层。

烟气中的飞灰主要为Al2O3，SiO2，颗粒粒径一般分布在0.5-300μm的范围内，其中玻璃微珠的范围为0.5-100μm，大部分在45μm以下，平均粒径为10-30μm。而脱硫石膏结晶颗粒直径小于60μm，一般在30-50μm之间。飞灰易夹杂于石膏晶体缝隙中，导致石膏滤饼致密，缝隙减小，脱水性能下降，石膏含水量偏高。

脱硫系统原材料采用石灰石，要求碳酸钙纯度不低于90%，由湿式球磨机研磨制备成石灰石浆液。石灰石中携带的杂质主要为MgO，Al2O3，SiO2，Fe2O3等组成。石灰石中MgO含量过高时，硫酸镁含量升高，易增加泡沫稳定性，吸收塔浆液易起泡。

湿式球磨机采用橡胶材质的衬板，湿式球磨机运行过程中，衬板磨损后橡胶粉末随石灰石浆液进入吸收塔，漂浮在浆液上层，也会产生黑色颗粒。

通过分析油泥、粉煤灰、石灰石中的二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁的比例可以判断油泥的主要成分来源。分析石灰石中的MgO含量可以判断浆液起泡严重程度。

（3）油泥样分析

分别对石膏表层油泥、粉煤灰与石灰石取样分析，油泥中二氧化硅与三氧化二铝比例为：2.65：1，二氧化硅与三氧化二铁比例为：6.02：1。粉煤灰中二氧化硅与三氧化二铝比例为：2.31：1，二氧化硅与三氧化二铁比例为：11：1。石灰石中二氧化硅与三氧化二铝比例为：2.98：1，二氧化硅与三氧化二铁比例为：6.06：1。石灰石中的二氧化硅与三氧化二铝比例、二氧化硅与三氧化二铁，与油泥中更为接近，判断油泥中主要成分为石灰石携带的杂质，次要成分为烟气携带的飞灰。石灰石检验结果中MgO含量在2%以内，为正常范围。因此浆液黑色油膜产生的主要原因为有机物及橡胶粉皂化反应，氧化镁起泡起到次要作用。

3.2水环式真空泵性能下降

（1）水环式真空泵运行情况

该公司每台真空皮带脱水机配套水环式真空泵一台，最大吸气量13940 m3/h，额定电流34.1A。多次出现启动过程中，真空泵启动失败，6KV开关发“速断报警”信号，就地盘车卡涩；运行中存在电流偏低仅19A、气液分离器负压低仅-39kpa的情况。真空泵解体检查发现，真空泵排气管道内壁结垢，厚度约15mm，叶轮结垢厚度约10mm，如图3所示。垢与管道内部及叶轮贴合紧密，内部为纯白色，分层分布，敲击呈片状脱落。取垢样置于稀盐酸中有大量起泡产生，能够完全溶解。

（2）真空泵结垢原因及影响。

对真空泵密封水水质取样分析，分析结果总硬度为：15.1mmol/L，氯离子浓度为：177.5mg/L，水质氯离子浓度及硬度偏高。

因为真空泵抽吸的石膏浆液温度在45℃-50℃左右，会使吸气温度高于室温，真空泵工作过程中，真空泵对气体做功，导致排气温度高。密封水进入真空泵后，随转子旋转，密封水在离心力作用下，在壳体内形成水环做功发热，外加抽气温度高，使得空气中的CO2与水中的Ca2+、Mg2+结合形成碳酸盐并结晶析出，行成难溶于水的沉淀导致结垢。真空泵每次运行均会形成一层软垢析出，停运后随着温度下降及水分蒸发而硬化，体现出其层状分布。工作温度及循环液的pH值对垢样组成影响较大，温度越高，pH越低，形成的垢样结构越致密，硬度越高[2]。

当真空泵开始结垢后，真空泵内的传热效率降低，泵内部开始发热，结垢速度越来越快，并且受转子较大离心力的作用，使水内杂质在转子、壳体上大量沉积，形成一种紧密的垢层，造成水环式真空泵工作效率大大降低[3]。 体现出真空泵经常出现卡涩、电流降低、真空度差的现象。

（3）结论及分析

真空泵由于水质硬度高，易结垢，导致真空泵工作效率下降，抽气量下降，真空度差，导致石膏脱水效果差，石膏水分上升，滤饼冲洗后水难以彻底对滤饼进行洗涤。

3.3真空皮带脱水机滤布透气性差，漏真空

（1）真空皮带脱水机运行情况。

真空泵的密封水进入滤布冲洗水箱回用，受上述结垢原因的影响，在滤布冲洗水箱、滤布冲洗水泵叶轮、泵壳、进出口管道、喷嘴同样存在结垢现象，滤布冲洗水泵运行时出口压力不足0.1Mpa，冲洗流量低，真空皮带脱水机滤布冲洗效果不佳，在滤布上呈现出2-3条宽150mm左右的湿石膏带。

真空皮带脱水机存在漏真空现象，存在滤布接头处大面积石膏水分高的现象。当滤布接头进入真空皮带脱水机上部真空盒区域后，真空度明显下降，离开后真空度明显上升。真空泵负压呈明显的规律性波动。

（2）产生的原因及影响

滤布冲洗水系统结垢，脱水机滤布冲洗效果不佳，长期冲洗不到的位置，滤布孔隙堵塞脱水效果变差，石膏水分升高。

滤布材质多采用聚丙烯材质，热定型。运行中石膏浆液温度高，运行时间长后滤布受拉力影响变形，接口处易形变缝隙较大，造成漏真空。

（3）结论及分析

真空皮带脱水机滤布冲洗效果不佳，滤布材质不佳，易导致滤布孔隙堵塞、形变、接头缝隙大，寿命降低，造成石膏含水量高，氯离子浓度高。

4采取的改进措施

（1）破除油泥。

为破除石膏表层油泥，提高石膏透水性，在石膏浆液分配器后1.5m位置增加硬质橡胶皮垫一道，用槽钢固定，橡胶皮垫距离滤布高度20mm。在石膏滤饼形成后表层较为湿润，受到橡胶皮垫的挤压，表面被破坏油泥被刮在橡胶皮上，以提高透水性。橡胶皮垫能够挡住未完全脱水漂浮在石膏滤饼表层的水及油污，防止向后续扩散，提高了滤饼后部石膏滤饼的透水性。

在第一道滤饼冲洗水后方加装一道类似梳子的犁料器，犁料间隔125mm，犁散宽度42mm，犁散深度2-5mm，再次破坏石膏滤饼表层，保证滤饼冲洗水能够完全渗入石膏中，达到冲洗效果。

（2）真空泵结垢。

真空泵拆解后采用敲击法物理除垢。该方法用时时间长，平均处理一台真空泵需要一周时间，消耗人力大，适用于有备用真空泵的情况。经过人工除垢回装后，真空泵运行电流明显上升至25.5A左右，气液分离器负压可达到-65kpa，效果较好。

为避免后续再发生结垢现象，应改变真空泵密封水水源，采用硬度低的软水或采用添加阻垢剂的循环冷却水，以延缓这种现象的发生。

（3）真空皮带脱水机滤布透气性差，漏真空。

每6-9个月更换脱水机滤布。提升滤布材质，选用聚酯或改良型含特氟龙材质的滤布，提升滤布的抗拉强度，减少热变形。合理处理接头工艺，减少接头缝隙防止漏真空。

（4）效果

采取以上措施后，石膏品质得到明显改善，水分能够稳定控制在13%左右，氯离子浓度能够稳定控制在1500ppm以下。

5 总结

脱硫石膏品质差，并非单一因素导致，是在多种因素作用下综合作用导致的。同时石膏的各项参数是互相影响互相关联的。对于脱硫系统、石膏脱水系统发生的异常现象应全方位分析，综合治理。提升石膏品质要从源头把控原料品质，减少原材料杂质对石膏品质的影响；在运行中规范运行人员的操作，严格控制石膏旋流子的数量及压力，合理控制石膏滤饼厚度及冲洗水流量；在设备维护中提前对真空泵、脱水机滤布、真空系统进行维护，发现漏真空及时治理。只有运行重要参数调整到位，设备预防维护到位才能保证石膏品质长期稳定。

参考文献：

[1] 尹连庆，徐铮. 氯离子对脱硫石膏脱水影响研究及机理探讨[J]. 粉煤灰，2008，20（3）：12-13，17. DOI：10.3969/j.issn.1007-046X.2008.03.004.

[2] 吴嫡，潘岩，晋西润，等. 水环式真空泵结垢原因及清洗[J]. 炼油技术与工程，2018，48（1）：37-40. DOI：10.3969/j.issn.1002-106X.2018.01.010.

[3] 黄吉宁，张峰. 真空泵结垢分析及解决措施[J]. 甘肃科技纵横，2021，50（1）：34-36，3. DOI：10.3969/j.issn.1672-6375.2021.01.011.