石膏脱水原理及石膏浆液品质对石膏的影响

1、石膏脱水原理、石膏浆液品质对石膏影响Gypsum take off& Effect of gypsum slurry quality on gypsum 第1页石膏脱水原理 石膏脱水过程是一个固液分离工艺过程。在吸收塔中，伴随SO2不停被吸收下来，吸收塔浆液池中石膏密度越来越高。为了使石膏浆液密度保持在设计运行范围内，需将石膏浆液（15到20固体含量）从吸收塔中抽出。浆液经过吸收塔石膏浆液排出泵排至石膏水力旋流器，进行石膏一级脱水。旋流器底流石膏固体含量为50左右，底流直接送至真空带式过滤机深入脱水至含水10%。含35细小固体微粒溢流液溢流至回用水箱，少许溢流液，被输送到废水旋流站供给箱深入分

2、离处理。一、系统概述第2页石膏脱水原理 石膏品质好坏直接直接反应吸收塔浆液健康水平，其各种成份含量侧面反应了石灰石品质、前面除尘设备效果好坏、氧化风量是否满足要求等等方面，所以石膏能够正常脱水、石膏所含成份符合设计要求是运行人员日常控制指导方向。 石膏脱水系统普通为二座吸收塔公用，按2100%容量（燃用校核煤种）配置，由2套石膏旋流站、2套真空皮带脱水机及其辅机、1只回用水箱、3台回用水泵和1座石膏库仓等组成。一、系统概述第3页石膏脱水原理 1、石膏排出泵每座吸收塔配置2台石膏浆液排出泵（1用1备），就近安装在吸收塔旁。吸收塔石膏浆液排出泵经过管道将石膏浆液从吸收塔中输送到工艺楼石膏浆液旋流器

3、。 吸收塔石膏浆液排出泵还可用来将吸收塔中浆液排空到事故浆液箱中。事故浆液箱容积满足单台吸收塔检修排空和其它浆液排空要求，并作为重新开启所需石膏晶种储存。 石膏排出泵出力与石膏旋流站出力是相匹配。一、主要设备及原理第4页石膏脱水原理 2、石膏旋流站（以及分离设备） 在吸收塔中形成石膏经过吸收塔石膏排出泵将其输送到石膏浆液旋流器，石膏浆液旋流器包含多个石膏旋流子，石膏浆液经过离心旋流而脱水分离，使石膏水分含量从80%降为50%，旋流器安装在工艺楼顶层。 二、主要设备及原理第5页石膏脱水原理 二、主要设备及原理 石膏旋流站工作原理 当带压浆液进入旋流器后，在强制离心沉降作用下，大小颗粒实现分离过程

4、。 旋流器各个部件分别起不一样作用：进料口起导流作用，减弱因流向改变而产生紊流扰动；柱体部分为预分离区，在这一区域，大小颗粒受离心力不一样而由外向内分散在不一样轨道，为后期离心分离提供条件；锥体部分为主分离区，浆液受渐缩器壁影响，逐步形成内、外旋流，大小颗粒之间发生分离；溢流口和底流口分别将溢流和底流顺利导出，并预防二者之间掺混。 第6页石膏脱水原理 二、主要设备及原理石膏旋流站选择 分离粒度是衡量旋流器分离效果主要参数，它由设备压力降、外形尺寸及浆液物理性质等原因决定。 选择石膏旋流器关键是确定合理分离粒度。 在分离粒度差异不大条件下，为预防设备磨损，降低工程造价，应优先选取压力降较小而设备

5、直径较大方案。第7页石膏脱水原理 二、主要设备及原理分离粒度定义分级效率为50 点所对应颗粒粒度，为旋流器分离粒度(又名切割粒径cut point)，记为d50。分离粒度是分级效率曲线上主要一点，也是选择旋流器关键参数。分离粒度物理意义，直观地讲能够用来表征一个旋流器所能到达分离效果。即粒径大小为d50颗粒经旋流器分离后，有50 颗粒进入溢流，另50 进入底流，而大于此粒径颗粒多半进入底流，小于此粒径颗粒多半进入溢流。当减小d50，则大颗粒在底流回收率提升，同时小颗粒在溢流回收率提升，大小颗粒之间实现更加好分离，分级效率曲线变得更陡，旋流器分级效率更高。当压力降越大，来流含固量越低，两相密度差

6、越大，或旋流器直径越小，则分离粒度越小，分级效率越高。普通来说，当旋流器外形尺寸和操作压力确定后，其对于颗粒分级效率就确定下来了第8页石膏脱水原理 二、主要设备及原理分离粒度研究表明，决定d50参数主要有旋流器直径Dc、压力降P、来流含固量ci、固液两相密度差(s-1)等。实际上，当来料物性参数和压力降确定，分离粒度和设备直径之间基本上是一一对应关系，有以下经验公式式中，d50为分离粒度，m；Dc为旋流器直径，cm；P为旋流器压力降（进料口与溢流口压力差），kPa；s-1为两相密度差，g/cm3；cV为来料固相所占体积百分数。第9页石膏脱水原理 二、主要设备及原理分离粒度d50计算研究表明，决

7、定d50参数主要有旋流器直径Dc、压力降P、来流含固量ci、固液两相密度差(s-1)等。实际上，当来料物性参数和压 力降确定，分离粒度和设备直径之间基本上是一一对应关系，有以下经验公式式中，d50为分离粒度，m；Dc为旋流器直径，cm；P为旋流器压力降（进料口与溢流口压力差），kPa；s-1为两相密度差，g/cm3；cV为来料固相所占体积百分数。第10页石膏脱水原理 二、主要设备及原理底流回收率固体颗粒在底流质量流量与溢流质量流量之比为底流回收率，即 底流回收率是旋流器所能实现浓缩效果，是设备选型主要输入条件。湿法FGD系统石膏旋流器，其底流回收率普通大于70%第11页石膏脱水原理 二、主要设

8、备及原理石膏旋流器工作原理图第12页石膏脱水原理 二、主要设备及原理石膏旋流站外观图第13页石膏脱水原理 二、主要设备及原理 石膏旋流站材质选择旋流器材质应综合考虑防腐、耐磨两个方面。 当前普遍采取石膏旋流器防腐耐磨材料有两种： 碳钢衬胶； 聚氨脂。 二者均含有优良耐化学腐蚀及耐磨损性能。其中橡胶内衬能够制成可更换活套橡胶内衬，愈加便于使用。因为旋流器内流场、压力场分布极不均匀，各部件所受磨损程度也不一致. 磨损最严重部位通常发生在湍流流动最为猛烈部位 底流口，其次是进料口。所以，这两个部件能够选取更耐磨碳化硅材料，方便从整体上提升设备使用寿命。第14页石膏脱水原理 二、主要设备及原理 3、真

9、空皮带机系统 石膏一级脱水两台石膏浆液旋流器底流，经过分配阀门均能够分别进入两台真空带式过滤机任一台进行过滤。经过真空带式过滤机过滤、冲洗后，得到合格副产物石膏。 第15页石膏脱水原理 二、主要设备及原理 3、真空皮带机系统真空皮带机脱水过程实质上属于过滤过程。将需要分离液体(或气体)混合物置于含有细微孔道过滤介质一侧，在压差推进力作用下，流体经过过滤介质细孔道流到介质另一侧， 流体中固体颗粒则被截留，从而实现液体与固体颗粒分离。第16页石膏脱水原理 二、主要设备及原理固体输送系统 进料料浆经过旋流器实现一级固液分离。浓缩料浆进入到皮带机滤布上/皮带输送机上然后沿着其宽度均匀地展开。输送装置由

10、一条转有孔及槽，以及包含张紧装置皮带机滤布皮带组成。固体在由输送皮带带动滤布上沿着其长度向前运动，然后进行清洗和干燥。干燥后固体就以滤饼形式从皮带机尾部卸除，经过一根下料槽进入到石膏仓。滤布冲洗水系统真空泵密封水会在滤布冲洗水箱中搜集起来，然后经过滤布冲洗泵抽到皮带机上进行主要滤布和滤带第17页石膏脱水系统 二、主要设备及原理滤布冲洗水系统 真空泵密封水会在滤布冲洗水箱中搜集起来，然后经过滤布冲洗泵抽到皮带机上进行主要滤布和滤带清洗，真空盒密封和滤带润滑。真空系统 真空泵产生负压是确保滤液回收系统正确运行，正压排入大气，经过控制滤饼厚度维持正确真空度，工艺水对泵起密封和冷却作用，自动排水阀控制

11、对气封装置清洗。第18页石膏脱水系统 二、主要设备及原理第19页石膏脱水原理 二、主要设备及原理滤液回收 真滤液搜集盒紧靠着上方皮带下面密封。在负压下，滤液经过滤布以及皮带上特殊设计凹槽吸入搜集盒中，气液混合物经过软管和集水管吸入到真空分离器中，液体从气体中分离出来进入回用水箱或废水池或废水预澄清器，滤液中气体部分由真空泵从分离器顶部抽出。滤布冲洗水 从真空皮带机中出来水将被搜集起来并送至滤布冲洗水箱。再经过滤布冲洗水泵抽到皮带机顶部，用于石膏饼（固体）冲洗。第20页石膏脱水原理 二、主要设备及原理石膏仓（库） 硫装置副产石膏，贮存在石膏仓，或经过皮带输送至石膏库，然后又用转载机装车后外运。石

12、膏饼厚度控制 为了保持滤饼稳定厚度，皮带脱水机速度依据厚度传感器检测在皮带脱水机上滤饼厚度经过脱水机驱动动力变频器来加以调整和控制。其目标在于控制石膏浆液过程流量。第21页石膏脱水原理 二、主要设备及原理第22页石膏脱水原理 三、确保石膏品质办法在实际脱硫系统运行中， 综合考虑上述原因影响，可从以下几方面调整最正确运行参数以取得很好石膏品质：a确保足够浆池停留时间；b降低进入脱硫系统烟气中飞灰含量；c确保浆池有足够搅拌强度和均匀搅拌效果；d确保足够氧化空气裕度；e控制系统中氯离子含量；f. 控制滤饼厚度运行在最正确范围内；g定时检验设备运行情况及时发觉故障并消除。第23页石膏脱水原理 三、脱硫

13、石膏与天然石膏比较 脱硫石膏晶体粒径为1250m , 主要集中在3060m , 在脱硫装置正常运行时产生脱硫石膏颜色近白色, 采取石灰石- 石膏法脱硫石膏纯度普通在90 %95 %之间, 采取白云石-石膏法, 脱硫石膏纯度可达96 %以上, 有害杂质较少, 主要成份与天然石膏一样都是二水石膏晶体(CaSO42H2O) 。脱硫石膏物理化学性质与天然石膏含有共同特征, 但作为一个工业副产品, 它含有再生石膏一些特点, 和天然石膏相比又有一定差异, 其中二水石膏含量较天然石膏还要高许多。第24页石膏脱水原理 三、脱硫石膏与天然石膏比较 经过国内外脱硫石膏应用研究, 脱硫石膏不论是在成份上、性能上、技

14、术上、可操作性上都与天然石膏一样, 能够安全地作为种类石膏建筑材料使用, 并能到达相关标准或规范要求。第25页石膏脱水原理 三、脱硫石膏与天然石膏比较第26页石膏脱水原理 三、脱硫石膏与天然石膏比较第27页吸收塔浆液品质对石膏影响 一、概述 石膏本就是吸收塔浆液一部分，吸收塔浆液品质好坏直接影响石膏品质，吸收塔内石膏浆液颗粒度会影响是膏旋流站分离效果；吸收塔石膏浆液内亚硫酸盐含量过高会引发石膏脱水困难；吸收塔内石膏浆液金属离子含量在石膏形成过程中会影响石膏晶体结构、晶体粒径分布，从而深入影响石膏脱水。所以从石膏结晶过程来分析影响原因进而对石膏影响意义重大，超低排放以来多厂发生石膏脱水困难问题，

15、给电厂带来了一系列影响，除却设备原因，吸收塔浆液品质影响往往最难控制。第28页吸收塔浆液品质对石膏影响 二、石膏浆液结晶过程晶核沉淀颗粒晶型沉淀无定型沉淀第29页吸收塔浆液品质对石膏影响 二、石膏结晶沉淀过程 湿法脱硫工艺中二水硫酸钙结晶过程通常包含成核和生长两个阶段：成核是指形成具有临界尺寸、稳定二水硫酸钙晶核过程，生长是指当过饱和度超出了一个临界值，也就是临界过饱和度(过饱和溶液是不足以诱导二水硫酸钙晶体在溶液中自发均相成核)，二水硫酸钙晶核生长成为二水硫酸钙晶体过程。在结晶成核大量出现和二水硫酸钙快速生长之前有一段时间，系统宏观特征不会发生大改变，这一现象称之为诱导现象，表达了晶体在实现

16、全方面快速生长之前所需等候时间，能够用诱导时间来描述。第30页吸收塔浆液对石膏品质影响 二、石膏结晶沉淀过程Natarajan等认为诱导现象是出现在大量临界晶核形成之前，而不是一个一个临界晶核产生。经过系统宏观特征随时间改变将过程分为溶解区(平衡点A之前)、成核区(平衡点A和突变点B之间)和混沌区(突变点B之后)。第31页吸收塔浆液对石膏品质影响 二、石膏结晶沉淀过程溶液过饱和度是析出结晶推进力，是决定结晶成核及成长速率关键原因。 相对过饱和度与溶液中石膏浓度关系： =（Q- S）/ S 式中 Q溶液中石膏实际浓度； S工艺条件下石膏饱和浓度。在0情况下，即Q S时，溶液中将首先出现晶束（小分

17、子团），进而形成晶种，并逐步形成结晶。与此同时也会有单个分子离开晶体而再度进入溶液。这是一个动态平衡过程。第32页吸收塔浆液对石膏品质影响 二、石膏结晶沉淀过程 石膏结晶速度依赖于石膏相对过饱和度。当超出某一相对饱和度值后，石膏晶体就会在悬浊液内已经存在石膏晶体上生长。当相对饱和度到达某一更高值时，就会形成晶核，同时石膏晶体会在其它物质表面上生长，造成吸收塔浆液池表面结垢。另外，晶体还会覆盖那些还未反应石灰石颗粒表面，造成反应剂使用效率下降。第33页吸收塔浆液对石膏品质影响 二、石膏结晶沉淀过程所以，工艺上必须控制石膏溶液相对过饱和度，以确保生成大颗粒石膏。工艺控制上，要在浆液中确保石膏晶种密

18、度，并确保石膏分子在这些晶种上继续长大，以形成大颗粒石膏晶种。 工艺上普通控制相对过饱和度=0.10.3（即过饱和度比Q/S为1.11.3），以确保生成石膏易于脱水，同时预防系统结垢。若有足够时间，能形成大小为100m左右石膏晶体，这种石膏将非常轻易脱水。 经过pH值改变来改变氧化速率有可能直接影响浆液中石膏相对过饱和度。第34页吸收塔浆液对石膏品质影响 二、石膏结晶沉淀过程饱和度影响原因CaSO4 + 2H2O CaSO4.2H2O 饱和度主要取决于:温度痕量元素浓度其它盐类趋于过分饱和第35页吸收塔浆液对石膏品质影响 三、浆液温度对石膏结晶影响1、温度对晶体成核诱导时间影响 结晶过程分为晶

19、核形成及晶体生长2 个阶段。晶体成核速率与温度、过饱和度、黏度、液相表面张力等相关。一方面，温度升高，溶液黏度及表面张力均减小，改善结晶过程流体动力学条件，有助于离子扩散，反应速率加快，有利于成核速率升高；但其次，过饱和度随着温度提高而降低，晶体生长速率因成核推动力变小而减慢。所以，温度对石膏结晶诱导时间影响实际上是过饱和度、表观反应速度常数、黏度、表面张力综合作用效果。实验表明：当温度低于55 ，温度对晶体成核速率影响显著，诱导时间随着温度升高急剧减小；而当温度超过55 ，温度对成核速率影响相对减弱，诱导时间变化缓慢。第36页吸收塔浆液对石膏品质影响 三、浆液温度对石膏结晶影响1、温度对晶体

20、成核诱导时间影响 不一样温度对石膏晶体成核诱导时间影响如图所表示。由图可见，不一样温度下溶液电导率改变趋势呈先下降再上升，然后趋于平缓，存在一个电导率改变转折点，即结晶点。30 时，伴随硫酸钠溶液滴入，电导率改变较快，到16.17 min时，溶液开始浑浊，电导率抵达最低值。之后5 min左右电导率快速上升至一定高度，接着电导率又以较慢地速度逐步下降。电导率在反应时间16.17 min时出现转折点，即认为是二水硫酸钙晶体成核诱导时间。对应，40 时，转折点为14.00 min，在50 时，该点在8.50 min，而在60 时，该点在7.67 min。从中比较得出：在3060 范围内，伴随温度升高

21、，电导率抵达最低点时间缩短，即二水硫酸钙晶体晶核形成时间提前。第37页吸收塔浆液对石膏品质影响温度对石膏晶体成核诱导时间影响三、温度对吸收塔石膏结晶影响第38页吸收塔浆液对石膏品质影响 三、温度对吸收塔石膏结晶影响2、温度对晶体形态影响取40和55下二水硫酸钙晶体在扫描电子显微镜下进行分析。 40下晶体电镜照片 55晶体电镜照片第39页吸收塔浆液对石膏品质影响 三、温度对吸收塔石膏结晶影响 从照片可看出，此两种温度范围内二水硫酸钙结晶大多为柱状，而且两张图相比较能够看出，55下二水硫酸钙晶体中短柱状晶形比40下多，分布比较均匀，所以较40下形成晶体脱水效性能要好当温度升高时，二水硫酸钙晶体生长

22、速度加紧，在较高温度下生长晶体，因为结晶质点排斥外来杂质能力增强，其长出晶体质量普通要比在较低温度下生长好些。第40页吸收塔浆液对石膏品质影响 三、温度对吸收塔石膏结晶影响 从照片可看出，此两种温度范围内二水硫酸钙结晶大多为柱状，而且两张图相比较能够看出，55下二水硫酸钙晶体中短柱状晶形比40下多，分布比较均匀，所以较40下形成晶体脱水效性能要好当温度升高时，二水硫酸钙晶体生长速度加紧，在较高温度下生长晶体，因为结晶质点排斥外来杂质能力增强，其长出晶体质量普通要比在较低温度下生长好些。第41页吸收塔浆液对石膏品质影响 四、镁铁离子对石膏晶体影响1、Mg2+和Fe3+对晶体成核诱导时间影响Mg2

23、+和Fe3+对二水硫酸钙晶体形成时间有影响。而且不一样浓度条件下，电导率突交点是不相同，Fe3+浓度增加对晶体诱导时间与Mg 2+影响有相同规律，在Mg2+和Fe3+存在条件下，延长了二水硫酸钙晶体诱导时间，而且浓度增加对晶体形成时间也有影响，伴随离子浓度增大，二水硫酸钙晶体诱导时间变长但铁、镁离子对二水硫酸钙晶体抑制能力有所不一样。三价铁离子抑制能力要大于二价镁离子同时在0.02一0.05molL浓度范围下(经典石灰石一石膏湿法条件下浆液中铁镁离子浓度)，随铁镁离子浓度增大，铁镁对二水硫酸钙晶体诱导时间影响也随之增大。第42页吸收塔浆液对石膏品质影响 四、镁铁离子对石膏晶体影响2、Mg2+和

24、Fe3+对晶体粒径分布影响在结果数据比较中，混合溶液粒径比基准溶液要小了许多，能够看出在没有铁、镁离子作用下，二水硫酸钙晶体粒度分布范围较窄铁、镁离子加入改变了晶体粒径分布，使晶体粒度分布范围变宽，这么降低了二水硫酸钙晶体脱水性能而且能够看出在相同摩尔浓度下，三价铁离子对晶体粒径分布影响要大于二价镁离子伴随金属离子加入，石膏晶体比表面积增大，体均粒径变小，而细小颗粒会堵塞滤饼，所以降低了二水硫酸钙晶体脱水效率。第43页吸收塔浆液对石膏品质影响 四、镁铁离子对石膏晶体影响2、Mg2+和Fe3+对晶体粒径分布影响第44页吸收塔浆液对石膏品质影响 四、镁铁离子对石膏晶体影响3、Mg2+和Fe3+对晶

25、体粒径形态影响任何一个结晶物质都含有特定晶体结构，在一定波长x一射线照射下，每种晶体物质都给出自己特有衍射花样。每一个晶体物质和它衍射花样都是一一对应，所以x一射线衍射(xRD)图谱中某物质特征峰情况能够反应该物质含量多少及其结晶情况好坏、结晶度强弱。同时，因为晶体存在多个结晶面，所以主要特征峰也代表了对应结晶面，其强弱反应了相对应结晶面结晶程度好坏。第45页吸收塔浆液对石膏品质影响 四、镁铁离子对石膏晶体影响第46页吸收塔浆液对石膏品质影响 四、镁铁离子对石膏晶体影响能够看出铁镁离子并没有进入到晶体网格内，而是以非晶相存在，所以抑制了二水硫酸钙在特定方向生长FwHM(full width a

26、t half眦ximum，半高宽)是晶粒大小间接表征参数，半高宽值越大表明晶粒越小表66给出了有没有金属离子情况下，硫酸钙晶体网格参数情况。能够从参数值改变能够看出铁镁离子存在抑制了二水硫酸钙晶体在(020)，(021)和(040)方向生长，Fe抑制效率要大于Mg2+抑制效率因为二水硫酸钙晶体在(020)，(021)和(040)方向生长受到了毒化抑制，而且对晶体各个结晶面抑制程度并不一致二水硫酸钙晶体长轴生长受到强烈抑制，使短轴与长轴相对生长速度逐步加大，所以造成晶体由经典斜方体变成了针状，降低了二水硫酸钙脱水效率。第47页吸收塔浆液对石膏品质影响 四、镁铁离子对石膏晶体影响3、Mg2+和Fe3+对晶体粒径形态影响金属杂质(Mg2+和Fe3+)存在影响了二