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【中國環保在線 技術前沿】石灰石-石膏濕法脫硫裝置吸收塔內壁結垢，是石灰石-石膏濕法脫硫工藝中的常見問題。吸收塔內壁結垢不但會造成吸收塔設備的損壞，危及脫硫裝置的安全運行，同時會給脫硫裝置的安全檢修帶來極大的安全隱患。
本文以脫硫運行經驗為基礎，分析了吸收塔內壁結垢的原因，提出了相應的解決措施。望對脫硫系統的設計、運行調整及異常分析起到一定的參考作用。
1. 概述
石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝是目前火電廠應用為廣泛、技術成熟的煙氣脫硫技術，采用“一爐一塔”配置，以石灰石為脫硫吸收劑，副產品為商品石膏。
該工藝石膏的形成過程及脫除過程：
(1)石灰石漿液在吸收塔中與煙氣逆流洗滌，脫除煙氣中的二氧化硫，在吸收塔漿液中形成小顆粒的半水亞硫酸鈣；
(2)利用氧化風機提供的氧化風將其強制氧化成二水硫酸鈣，并在漿液中析出結晶。
(3)利用石膏排出泵將石膏漿液送至石膏旋流器，進行石膏的一級預脫水，細顆粒的石膏漿液溢流返回吸收塔，大顆粒的石膏漿液送至真空皮帶脫水機；
(4)漿液通過真空皮脫水機后，形成含水量小于10%的石膏，輸送至石膏庫外運。
2018年9月在實際運行維護過程中發現#2吸收塔內壁出現厚度20-40mm質地堅硬、黑色的垢層，脫落后的垢層分布在吸收塔底部，堵塞石膏排出泵入口濾網、循環漿液泵入口濾網、吸收塔底部排放口。未脫落的垢層依附在吸收塔內壁，給檢修工作帶來極大的安全隱患。
2. 吸收塔內壁結垢的表現及主要成分
吸收塔內壁結垢的表現為：在吸收塔內壁及其構件上形成一層質地堅硬、光滑、緊密的黑色垢層。
#2塔內壁垢主要成分：
3. 吸收塔內壁結垢的危害
(1)在吸收塔內壁及其構件上結垢，造成構件彎曲變形、脫落，降低使用壽命，增加檢修維護工作量。
(2)在管道內壁結垢，造成管道堵塞。質地較硬的結垢體加速管道磨損及堵塞，降低設備使用壽命，增加檢修維護工作量。
(3)質地堅硬的結垢層脫落時，損壞防腐涂層，加速設備腐蝕、造成設備塔體滲漏。脫落時砸向吸收塔內的氧化風管、支架，吸收塔內攪拌器葉片及軸，造成設備損壞，增加檢修維護工作量。
(4)脫落的結垢層散落在吸收塔底部，造成吸收塔石膏排出泵入口濾網堵塞，造成脫水系統無法正常連續投運，導致吸收塔石膏漿液密度升高。
(5)脫落的結垢層在漿液循環泵入口濾網處堆積，堵塞漿液循環泵入口濾網。在漿液循環泵抽吸力的作用下，結垢體會卡死在濾網網上，循環泵停運后無法通過反沖洗去除。石膏晶體會在漿液循環泵入口濾網生長、沉積，導致濾網流通量下降，造成漿液循環泵氣蝕無法運行，危及脫硫裝置的安全運行。
(6)小的結垢體會通過漿液循環泵輸送至漿液噴淋層，在此過程中會加速漿液循環泵葉輪的磨損，造成噴嘴堵塞堵塞、脫落，噴淋層堵塞等。
4. 吸收塔內壁結垢的原因分析
通過化驗分析可知，吸收塔內壁結垢主要成分是CaSO4.2H2O，是石膏垢。其形成機理為：石膏漿液中的CaSO4過飽和度超過一定值時，石膏晶體就會在懸浮液內已經存在的石膏晶體上生長。相對過飽和度達到某一更高值時，就會形成晶核，同時石膏晶體會在其他物質表面生長，導致吸收塔內壁結垢，經長時間緩慢生長形成石膏垢層。
具體原因分析：
(1)石膏漿液中的CaSO4過飽和度過大。
較高的石膏漿液濃度，使溶液中石膏過飽和度過大，是形成石膏垢的主要原因。#2塔石膏漿液濃度要求控制在15%-23%，但實際運行中脫水系統出力不足，#2塔石膏漿液濃度基本維持在25%-28%，電廠燃燒高硫煤時，石膏漿液濃度一度達到30%。
(2)石膏漿液停留時間長。
#2塔石膏漿液濃度超過控制標準、電廠燃燒高硫煤，加上脫水系統出力不足，石膏漿液濃度高、停留時間長。石膏漿液中的晶體有充足的時間在吸收塔內壁及構件上形成結晶，為晶體的生長、形成提供了有力條件。
(3)石膏漿液pH值波動大。
由于pH值的變化會改變亞硫酸鹽的氧化速率，pH值在4.5時，HSO3-的氧化作用強，這將直接影響漿液中石膏的相對過飽和度。在pH值為7.2時，溶液中存在SO32-和HSO3-離子；pH值為5以下時，溶液中只存在HSO3-離子；當pH值降到足夠低，溶液中存在的只是水化了的SO2分子。同時CaSO3的溶解度隨pH值降低而顯著增大，而CaSO4的溶解度卻隨著pH值降低反而略有減少。pH值越低，亞硫酸鹽溶解度越大，SO32-濃度越高，則系統中硫酸鹽的生成量會大增。但隨著pH值的降低，CaSO4的溶解度越來越小，所以會有大量的CaSO4析出，形成硫酸鹽硬垢。pH值高時，CaSO3的溶解度較小，SO32-濃度較低，CaSO4的生成速率小，不會生成CaSO4硬垢，但因CaSO3的溶解度較小，易形成亞硫酸鹽軟垢。
#2塔在運行過程中石膏漿液pH值基本控制在4.5-5.0，也是造成吸收塔形成硫酸鹽硬垢的原因。
(4)吸收塔防腐內壁較粗糙。
吸收塔內壁防腐層表面粗糙，光滑度較低，利于吸收塔內漿液結晶、生長。#2塔內壁存在大量的石膏垢層，粗糙的表面利于晶體生長、形成。
5. 預防吸收塔內壁結垢的解決措施
(1)控制石膏漿液密度及停留時間。
漿液密度是一個綜合性的參數，是反映系統是否決定脫水出石膏、使塔體內漿液保持一個較佳的反應環境的重要參數。
當石膏漿液密度大于1085kg/m³時，混合漿液中CaSO4的濃度已經趨于飽和，石膏漿液密度小于1075kg/m³時，混合漿液中CaSO3的含量較低，CaCO3的含量相對較高。正常運行中應根據系統工況調整脫水系統，確保石膏漿液過飽和度控制在110%-130%，避免過飽和的石膏漿液長時間在吸收塔內停留，避免結垢。
(2)控制石膏漿液pH值在一定范圍平穩運行。
在石膏結晶過程中，pH值高有利于硫酸鈣的生成，有利于石膏結晶，但當過飽和度過高時，使石膏結晶向小顆粒方向發展，不利于生成高品質的石膏。當石膏漿液pH值控制在6.2以下，就足以避免形成CaSO3軟垢，但pH值太低，又會產生CaSO4硬垢。結合亞硫酸氫根和硫酸根的氧化反應以及塔內結垢情況，pH值一般控制在5.2-5.6范圍，并避免pH值的劇烈波動，可以有效避免結垢。
(3)投加石膏晶種。
由于溶解的鹽類在同一鹽的晶體上結晶比在異類粒子上結晶要快的多，故在石膏漿液中添加CaSO4晶種，使CaSO4過飽和度降至正常濃度，同時加大氧化力度確保將CaSO3充分氧化成CaSO4，不干擾CaSO4結晶，使結晶沉積在晶種表面，減少向吸收塔內設備結晶、生長。
(4)提高吸收塔內壁表面光滑度。
提高吸收塔內部防腐層施工水平，使防腐層表面光滑度達到設計要求。吸收塔內壁結垢后應及時清理，提高吸收塔內壁表面光滑度。
(5)投加添加劑。
向吸收塔石膏漿液中投加含有Mg2+、CaCl2或己二酸等添加劑，可降低CaSO3和CaSO4的過飽和度。不僅可以防止結垢，而且可以提高石灰石活性，提高脫硫效率。
(6)加強在線表計檢測與管理。
加強在線檢測表計維護與校準，定期開展化驗檢測，確保測量數據的準確性，加強運行人員技術培訓，提高運行調整水平。
