第五章石膏脱水系统

华能井冈山项目部脱硫运行培训教材石膏脱水系统第五章石膏脱水系统5.1、石膏的基本知识在氧化石灰石湿法脱硫工艺中，从吸收塔排出的石膏浆经过旋流分离、洗涤和脱水后，得到10%左右游离子的石膏。石膏晶体的粒径为1～250μm，主要集中在30～60μm，晶体主要为立方形和棒形。在脱硫装置正常运行时产出的脱硫石膏颜色近乎白色，当除尘器运行不稳定，带进较多的飞灰等杂质时颜色发灰。当石灰石的纯度较高时，脱硫石膏的纯度一般为90%～95%之间，含碱低，有害杂质少。脱硫石膏和天然石膏一样，都是二水硫酸钙晶体（CaSO4.2H2O）。其物理化学性质和天然石膏具有共同规律。脱硫石膏由于稳定性好，一般可作为制造墙板或水泥而出售，其综合利用前景十分看好，是一种高附加值产品。5.2、石膏的结晶石膏结晶是湿式石灰石-石膏法烟气脱硫工艺流程的最终阶段，控制好石膏结晶的条件，对最终产品的质量将产生决定性的影响。其生成过程为：5.2.1、烟气中的SO2经过一系列反应生成HSO3—和SO32-：5.2.2、生成的HSO3—和SO32-离子与石灰石浆液中的Ca2+反应生成CaSO3和Ca（HSO3）2，并被空气氧化成CaSO4。随着反应的进行，浆液中的CaSO4浓度逐渐升高。当达到饱和浓度时，浆液中出现石膏的小分子团，称为晶束，聚集将形成晶种。与此同时，也会有石膏分子溶入浆液，形成动态平衡。随着脱硫反应的进行，浆液中CaSO4出现饱和，动态平衡被打破，晶种逐渐长大称为晶体，新形成的石膏将在下现有晶体上长大。同时伴有新的晶种的生成。晶种生成和晶体长大这两个过程速率的相对大小，直接影响石膏的质量，而影响这两种速率的主要因素是浆液中石膏的相对过饱和度。相对过饱和度表示式为：σ=（C-C*）/C*。式中C为溶液中的石膏的实际浓度；C*为结晶条件下溶液中石膏的过饱和度。在湿式石灰石-石膏法烟气脱硫工艺中，σ一般应维持在0.15～0.25。过饱和度的通用定义为[Ca2+][SO42−]/CaSO4溶解度。理论上，正常运行的FGD吸收塔的过饱和度一般控制在1.15至1.25之间。过饱和度过低，石膏无法在浆池内正常析出结晶；过饱和度过高，则易在内壁及管口等处发生结垢堵塞。一般在启动吸收塔系统之前必须为浆池配置晶种以避免初始生成的石膏在吸收塔内壁及循环浆液管等处结垢沉积，通常1～2%的固体含量即可保证提供足够的晶种。设计时将浆池固体含量控制在较低的水平上对于控制硫酸盐的过饱和度是十分重要的。本工程数值为浆液浓度采用10~12％wt，石膏排出浆液管道采用大流量循环管道，保证烟气二氧化硫浓度在华能井冈山项目部脱硫运行培训教材石膏脱水系统871mg/Nm3~2100mg/Nm3波动时（即设计煤种和校核煤种条件下），均能将生成石膏排出吸收塔系统，浆池固体含量始终维持在10-12％wt的水平上，以防止由于入口二氧化硫浓度突变而导致浆池中过饱和度突然增加。除过饱和度外，浆液的pH值、石膏的结晶温度、氧化空气用量、浆液的搅拌强度以及石膏脱水工序等也影响石膏的品质。5.3、石膏洗涤和脱水石膏脱水常用工艺有真空皮带脱水和离心机脱水。离心机脱水机性能好，操作工作量低，可使石膏含水量降到5%。但投资和维修费用高。而带式真空脱水综合性能好，并且单机过滤面积可达100多平方米。本工程采用真空皮带脱水技术。石膏浆液是含有石膏晶体、CaCl2、少量未反应的石灰石、CaF2和少量飞灰等的混合物，经过石膏水力旋流器后，可实现与杂质的一定的分离效果，此后再经过真空皮带脱水机实现石膏的洗涤和脱水。为了使氯离子浓度减少到不影响石膏的使用的质量，同时在过滤皮带上对其进行洗涤。其工艺流程说明如下：石膏浆液通过吸收塔石膏浆液排出泵送至石膏一级脱水系统，经过石膏水力旋流器进行浓缩和石膏晶体分级。石膏水力旋流器的底流（主要为较粗晶粒）依重力流至石膏浆液分配箱，再流入真空皮带脱水机进行脱水，皮带上的石膏层厚度通过调节皮带速度来实现，以达到最佳的脱水效果。石膏水力旋流器的溢流收集于旋流器溢流箱，大部分通过旋流器溢流返回泵送回吸收塔，另一部分通过废水旋流泵送到废水旋流器进行浓缩分离。废水旋流器底流返回旋流器溢流箱，废水旋流器溢流液作为废水排放。通过控制废水的排放量达到控制排出细小的杂质颗粒从而保证石膏的品质，同时达到控制FGD系统中氯离子、氟离子的浓度,以保证FGD系统安全、稳定运行的目的。在二级脱水系统，浓缩后的石膏浆液经过真空皮带脱水机进行真空脱水。石膏在该部分经脱水后含水量降至10%以下。经过两级脱水浓缩的石膏产品是含水量小于10%的优质脱硫石膏，通华能井冈山项目部脱硫运行培训教材石膏脱水系统过石膏皮带输送机送至石膏贮仓。石膏贮仓底部设有汽车装运石膏的卸料装置。5.4、典型的系统流程系统流程示意图石膏浆液是含有石膏晶体、CaCl2、少量未反应石灰石、CaF2和少量飞灰等其它化合物的混合物，经过石膏水力旋流器旋流可实现与杂质的一定的分离效果，此后再经过真空皮带脱水机脱水后实现石膏的洗涤和脱水。为了使氯离子浓度减少到不影响石膏的使用的质量，同时在过滤皮带上对其进行洗涤。具体过程如下：石膏浆液通过吸收塔石膏浆液排出泵输送至石膏水力旋流器进行浓缩和石膏晶体分级。石膏水力旋流器的底流（含有约50％的固体，主要为较粗晶粒）依重力流至石膏浆液缓冲箱，再分配流入真空皮带脱水机进行脱水，皮带上的石膏层厚度通过调节皮带速度来实现，以达到最佳的脱水效果。石膏水力旋流器的溢流收集于石膏旋流溢流液缓冲箱，大部分溢流液自流送回吸收塔，另一部分通过废水旋流输送泵送到废水旋流器进行浓缩分离。废水旋流器底流返回石膏旋流溢流液缓冲箱，废水旋流器溢流液流至废水收集箱,然后用废水输送泵输送至废水处理车间。通过控制废水的排放量达到控制排出细小的杂质颗粒从而保证石膏的品质，同时达到控制FGD系统中氯离子、氟离子的浓度以保证FGD系统安全、稳定运行的目的。为控制石膏中Cl-的含量，确保石膏的品质，在石膏脱水过程中用工艺水和滤液对滤布和石膏滤饼进行冲洗，冲洗后的滤液进入滤液箱，部分滤液进入废水旋流器，废水旋流器的溢流作为脱硫废水进入废水处理系统，底流回FGD系统进行循环利用。在二级脱水系统，浓缩后的石膏浆液经过真空皮带脱水机进行真空脱水。石膏在该部分经脱水后含水量降至10%以下。经过两级脱水浓缩的石膏产品是含水量小于10%的优质脱硫石膏，通过石膏皮带输送机送至石膏贮仓。石膏贮仓底部设有汽车装运石膏的卸料装置。5.5、主要设备及功能5.5.1、石膏水力旋流器水力旋流器是主要的脱水设备，它主要由进液分配器、旋流子、上部稀液储箱及底部石膏浆华能井冈山项目部脱硫运行培训教材石膏脱水系统液分配器组成。旋流子是利用离心力加速沉淀分离的原理，迫使浆液流切向进入水力旋流器的入口，由此使其产生环形运动。粗大颗粒富集在水力旋流器的周边，而细小颗粒则富集在中心。水力旋流器主要有二重作用：对吸收塔出料浆液中悬浮固体的分类，即石膏浆液预脱水和石膏晶体分级。进入水力旋流器的石膏浆液切向流动产生离心运动，重的固体微粒被抛向旋流器壁，并向下流动，形成含固浓度为50％的底流。细小的微粒从旋流器的中心向上流动形成溢流，经一节流孔板流至溢流缓冲箱，通过溢流输送泵返回吸收塔，以便晶体的长大；部分溢流经废水旋流器给料泵送至废水旋流器；将石膏溢流缓冲箱中一部分浆液进行旋流，底流返回石膏溢流缓冲箱，溢流被送到废水处理系统进行除氯离子和重金属的处理。石膏水力旋流器实物图5.5.2、真空皮带脱水机5.5.2.1、真空皮带脱水机的结构华能井冈山项目部脱硫运行培训教材石膏脱水系统皮带脱水机结构1滤布洗涤2橡胶脱水带洗涤3滤饼洗涤箱4给料箱5橡胶脱水带6滤布7滤布纠偏机构8滤布张紧9卸料辊10驱动滚筒11从动滚筒12真空盘13框架机架为焊接钢结构，整台机架分段组成，包括前机架、后机架和两种规格的中间机架。加料槽采用尾形加料槽，槽内设有若干条导向筋条使石膏浆液均布在滤带上；压布辊就在滤布到达第一个真空盘之前，压布辊将滤布导行到真空盘上，在垂直方向上可调节导距；真空盘下部带有导向滚轮支撑着，真空盘上部有易于更换的滤板（滤板上均匀冲有φ6mm滤孔）或高聚碳复合滤板；集液管是收集真空盘中滤液并送至气液分离器中的管道，集液管内有8字板可分隔或打开分段管的通道；洗涤装置用于滤饼的洗涤；滤布清洗槽内固定两根带有喷嘴的喷管，从正、反两面冲洗滤布，冲洗后的水经清洗槽出口流出。分隔板固定在机架门形架上，分隔滤液和滤布洗涤液；改向辊固定在机架上，两端装轴承，用于改变滤布的运动方向。滤布驱动辊两端装有轴承，固定在机架上并与驱动装置连接带动滤布连续运转；滤板装在真空盘上，使滤布在其上运行。滤布为连续运行，拉紧并保持适当宽度，以避免滤布起皱，滤布由滤布驱动辊带动。真空胶管是真空盘与集液管之间的连接管。张紧装置中有一个张紧辊（补胶），该装置通过张紧气缸的推力，使滤布工作时处于张紧状态，保持一定的摩檫力，防止滤布打滑。主气缸固定在机架上并与真空盘连接，推动真空盘的往复运行，该气缸前进速度可调。张紧汽缸固定在机架上并与张紧装置连接，推动张紧装置产生位移，从而使滤布张紧。每两个蝶阀一组安装在每个气液分离器上，起到关闭或打开真空的作用。气动夹带器安装在机架下端的滤布两侧，用于防止滤布打折起皱和纠正滤布跑偏。驱动装置由电机、摆线针轮减速器、蜗轮杆减速器组成。通过驱动装置带动滤布驱动辊来带动滤布的连续运转。5.5.2.2、真空皮带机的工作原理石膏浆液自其供给箱进入皮带机，石膏脱水依靠过滤层下面的真空来脱水真空泵运转所形成的负压使浆液中的水分通过滤布，流经滤布上的排水孔及排水通道进入真空箱，而滤出水分后的浆液在滤布上移动数米后形成含水分小于10%的固形物，为除去其中的氯，再加上清洗水再次脱水。真空皮带脱水机将浓缩后的石膏进一步脱水至含固率达到90%以上，石膏滤饼中的氯离子含量将通过石膏滤饼清洗而控制在小于100ppm。⑴料浆通过给料箱沿整个带宽方向均匀分布，解决了快速沉淀所产生的滤饼成形问题。在水平带式真空过滤机的运行过程中，由于重力的作用，有助于减少真空消耗并缩短滤饼成形时间。⑵滤饼在滤布上形成并和滤布一同移动。橡胶脱水带支撑着滤布。脱水是由橡胶脱水带底部的真空来实现的。⑶在滤饼两侧压差的作用下，滤饼中的水分穿过滤布沿着脱水带上的排水沟进入到位于真空盘中心华能井冈山项目部脱硫运行培训教材石膏脱水系统线上方的排水孔，从真空盘排出。⑷可以提供顺流或逆流洗涤来满足特殊工艺需要，并且可以提供一段或相互独立的多段洗涤区进行洗涤以获得最佳的回收效果。⑸滤液和空气进入气/液分离器。在气/液分离器中，滤液汇集在底部并由泵抽走。而空气由于真空泵产生的负压，从气/液分离器顶部排出。⑹滤布通过一个小托辊与橡胶脱水带分离，而滤饼则在小托辊处与滤布分离、卸饼。⑺多喷嘴洗涤系统分别对橡胶脱水带和滤布进行洗涤，延长滤布的使用寿命。⑻在运行中，脱水带和滤布始终处于适当的张紧状态。滤布的对中是由传感器控制、自动气动纠偏机构来完成的。滤布的彻底清洗、适当的张紧和自动纠偏及橡胶脱水带的支撑将延长滤布的使用寿命。真空皮带脱水机原理图5.5.3、真空泵结构概述：液环式真空泵是正压排放真空泵，它有一个多叶轮，并施加离心力到液体。它工作作为一个活塞，因此能输送气体。当水作为密封液时，它称作水环式真空泵。液环式真空泵的优点：华能井冈山项目部脱硫运行培训教材石膏脱水系统气体与液体的混合处置。这就是液环型，当真空泵同时与液体在一起抽取气体时无不良影响。容易处置。液体作用作为活塞，内部无复杂的结构，如吸入与排放管线的阀门，因此不需要供油，并容易处置。连续抽气无脉动。真空泵结构紧凑，安装空间较小。原理：结构真空泵结构情况参见结构图。真空泵泵体外形形成一个偏心圆并有多叶轮，叶片朝着旋转方向弯曲，如下图所示。泵体内的水由离心力压入泵体内表面并由叶轮转动形成偏心圆水层。因此在叶轮的内侧面是空的，靠近的两叶片空间成为一个气缸，水作为一个活塞沿着叶片上、下运动；如此工作就像一个往复式真空泵。换言之，气体通过泵体入口进入，从