石膏の脱水困難の原因分析
1. ボイラー油の供給と安定した燃焼
石炭火力発電ボイラーは、設計上および石炭燃焼の都合上、起動時、停止時、低負荷安定燃焼時、およびピーク負荷調整時に燃焼を補助するために大量の燃料油を消費する必要があります。運転の不安定性やボイラーの燃焼不足により、相当量の未燃焼油または油粉が排ガスとともに吸収器スラリーに流入します。吸収器内で強い擾乱が生じると、微細な泡が発生しやすく、スラリー表面に集積します。これは、発電所の吸収器スラリー表面に発生した泡の組成分析です。
油がスラリーの表面に集まる一方で、攪拌と噴霧の相互作用により、その一部は吸収塔スラリー中に急速に分散し、スラリー中の石灰石、亜硫酸カルシウムなどの粒子の表面に薄い油膜が形成されます。この油膜は石灰石などの粒子を包み込み、石灰石の溶解と亜硫酸カルシウムの酸化を妨げ、脱硫効率と石膏の生成に影響を与えます。油を含む吸収塔スラリーは、石膏排出ポンプを介して石膏脱水システムに入ります。油と不完全に酸化された亜硫酸生成物の存在により、真空ベルトコンベアのフィルタークロスの隙間が詰まりやすく、石膏の脱水が困難になります。
2.入口における煙の濃度
湿式脱硫吸収塔は一定の相乗的な除塵効果を持ち、除塵効率は約70%に達します。発電所は、集塵機出口（脱硫入口）での粉塵濃度が20mg/m3となるように設計されています。エネルギーを節約し、発電所の電力消費量を削減するために、集塵機出口での実際の粉塵濃度は約30mg/m3に制御されています。過剰な粉塵は吸収塔に入り、脱硫システムの相乗的な除塵効果によって除去されます。静電除塵処理後に吸収塔に入る粉塵粒子のほとんどは10μm未満、あるいは2.5μm未満であり、石膏スラリーの粒子サイズよりもはるかに小さいです。粉塵が石膏スラリーとともに真空ベルトコンベアに入ると、フィルタークロスも詰まって、フィルタークロスの通気性が悪くなり、石膏の脱水が困難になります。
2. 石膏スラリーの品質の影響
1. スラリー密度
スラリー密度の大きさは、吸収塔内のスラリーの密度を示します。密度が小さすぎると、スラリー中のCaSO4含有量が少なく、CaCO3含有量が多いことを意味し、CaCO3の無駄を直接引き起こします。同時に、CaCO3粒子が小さいため、石膏の脱水が困難になりやすくなります。スラリー密度が大きすぎると、スラリー中のCaSO4含有量が多いことを意味します。CaSO4が多いと、CaCO3の溶解が妨げられ、SO2の吸収が阻害されます。CaCO3は石膏スラリーとともに真空脱水システムに入り、石膏の脱水効果にも影響を与えます。湿式排煙脱硫の二塔二循環システムの利点を最大限に発揮するためには、第一段塔のpH値を5.0±0.2の範囲内に、スラリー密度を1100±20kg/m3の範囲内に制御する必要があります。実際の運転では、プラントの第1段塔のスラリー密度は約1200kg/m3であり、高濃度時には1300kg/m3に達することもあるが、常に高いレベルに制御されている。
2. スラリーの強制酸化度
スラリーの強制酸化とは、スラリーに十分な空気を導入して亜硫酸カルシウムから硫酸カルシウムへの酸化反応をほぼ完了させ、酸化率を95%以上に高め、結晶成長に必要な石膏の種類がスラリー中に十分存在するようにすることです。酸化が不十分な場合、亜硫酸カルシウムと硫酸カルシウムの混合結晶が生成され、スケールが発生します。スラリーの強制酸化の程度は、酸化空気の量、スラリーの滞留時間、スラリーの攪拌効果などの要因に依存します。酸化空気が不足している、スラリーの滞留時間が短すぎる、スラリーの分布が不均一である、攪拌効果が不十分であるなどの要因はすべて、塔内のCaSO3·1/2H2O含有量が高くなりすぎる原因となります。局所的な酸化が不十分なために、スラリー中のCaSO3·1/2H2O含有量が著しく高くなり、石膏の脱水が困難になり、水分含有量が高くなることがわかります。
3. スラリー中の不純物含有量 スラリー中の不純物は主に排ガスと石灰石に由来します。これらの不純物はスラリー中に不純物イオンを形成し、石膏の格子構造に影響を与えます。煙に継続的に溶解している重金属は、Ca2+ と HSO3- の反応を阻害します。スラリー中の F- と Al3+ の含有量が高い場合、フッ素アルミニウム錯体 AlFn が生成され、石灰石粒子の表面を覆い、スラリーの汚染を引き起こし、脱硫効率を低下させます。また、微細な石灰石粒子が不完全に反応した石膏結晶に混入し、石膏の脱水が困難になります。スラリー中の Cl- は主に排ガスとプロセス水中の HCl に由来します。プロセス水中の Cl- 含有量は比較的小さいため、スラリー中の Cl- は主に排ガスに由来します。スラリー中に多量の Cl- が存在する場合、Cl- は結晶に包まれ、スラリー中の一定量の Ca2+ と結合して安定な CaCl2 を形成し、一定量の水が結晶内に残ります。同時に、スラリー中の一定量のCaCl2が石膏結晶の間に残り、結晶間の自由水の流れを遮断するため、石膏の含水率が増加する。
3. 機器の稼働状況の影響
1. 石膏脱水システム 石膏スラリーは、石膏排出ポンプを介して石膏サイクロンに送られ、一次脱水が行われます。底流スラリーの固形分濃度が約50%に濃縮されると、真空ベルトコンベアに流れて二次脱水が行われます。石膏サイクロンの分離効果に影響を与える主な要因は、サイクロン入口圧力と砂沈降ノズルのサイズです。サイクロン入口圧力が低すぎると、固液分離効果が悪くなり、底流スラリーの固形分濃度が低くなり、石膏の脱水効果に影響を与え、水分含有量が増加します。サイクロン入口圧力が高すぎると、分離効果は向上しますが、サイクロンの分級効率に影響を与え、機器の摩耗が激しくなります。砂沈降ノズルのサイズが大きすぎると、底流スラリーの固形分含有量が少なくなり、粒子が小さくなるため、真空ベルトコンベアの脱水効果に影響を及ぼします。
真空度が高すぎたり低すぎたりすると、石膏の脱水効果に影響します。真空度が低すぎると、石膏から水分を抽出する能力が低下し、石膏の脱水効果が悪くなります。真空度が高すぎると、フィルタークロスの隙間が詰まったり、ベルトがずれたりする可能性があり、これも石膏の脱水効果の悪化につながります。同じ作業条件下では、フィルタークロスの通気性が良いほど、石膏の脱水効果は高くなります。フィルタークロスの通気性が悪く、フィルターチャネルが詰まっていると、石膏の脱水効果は悪くなります。フィルターケーキの厚さも石膏の脱水に大きな影響を与えます。ベルトコンベアの速度が低下すると、フィルターケーキの厚さが増加し、真空ポンプがフィルターケーキの上層部を抽出する能力が弱まり、結果として石膏の水分含有量が増加します。ベルトコンベアの速度が上がると、濾過ケーキの厚さが減り、濾過ケーキの局所的な漏れが発生しやすくなり、真空状態が損なわれるだけでなく、石膏の含水率も上昇する。
2. 脱硫廃水処理システムの異常運転や廃水処理量の不足は、脱硫廃水の正常な排出に影響を与えます。長期運転では、煙や粉塵などの不純物がスラリーに混入し続け、スラリー中の重金属、Cl-、F-、Al-などが濃縮され続け、スラリー品質が継続的に悪化し、脱硫反応、石膏生成、脱水が正常に進みます。スラリー中のCl-を例にとると、発電所の第1段吸収塔のスラリー中のCl-含有量は22000mg/Lにも達し、石膏中のCl-含有量は0.37%に達します。スラリー中のCl-含有量が約4300mg/Lのとき、石膏の脱水効果は良好です。塩化物イオン含有量が増加するにつれて、石膏の脱水効果は徐々に悪化します。
管理措置
1. ボイラー運転の燃焼調整を強化し、ボイラーの起動および停止段階または低負荷運転中の脱硫システムへの油注入と安定燃焼の影響を軽減し、運転するスラリー循環ポンプの数を制御し、未燃焼油粉末混合物のスラリーへの汚染を軽減します。
2. 脱硫システムの長期的な安定運転と全体的な経済性を考慮し、集塵機の運転調整を強化し、高パラメータ運転を採用し、集塵機出口（脱硫入口）の粉塵濃度を設計値内に制御する。
3. スラリー密度のリアルタイム監視（スラリー密度計）、酸化空気量、吸収塔液面（レーダーレベルメーター脱硫反応が通常の条件下で行われるように、スラリー攪拌装置などを使用する。
4. 石膏サイクロンと真空ベルトコンベアの保守と調整を強化し、石膏サイクロンの入口圧力とベルトコンベアの真空度を適切な範囲内に制御し、サイクロン、砂沈降ノズル、フィルタークロスを定期的に点検して、装置が最良の状態で稼働するようにします。
5. 脱硫廃水処理システムの正常な運転を確保し、脱硫廃水を定期的に排出し、吸収塔スラリー中の不純物含有量を低減する。
結論
石膏の脱水処理の難しさは、湿式脱硫装置における共通の課題です。外部媒体、反応条件、装置の運転状況など、多くの影響要因が存在するため、多方面からの総合的な分析と調整が必要です。脱硫反応のメカニズムと装置の運転特性を深く理解し、システムの主要な運転パラメータを合理的に制御することによってのみ、脱硫石膏の脱水効果を保証することができます。
投稿日時：2025年2月6日
