0 引言

随着经济社会的稳步推进与民众生活质量的提升，社会对能源的需求持续增长，但火电机组在燃烧发电过程中会释放大量二氧化硫（SO₂），该气体不仅对人体健康构成直接威胁，还会破坏生态环境平衡，引发酸雨等环境问题^[1]。为控制SO₂有效排放，国家出台了一系列环保法规与排放标准，在此背景下，火电厂使用高效、稳定、成本使用数量低的石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺。然而，在现役机组的实际运行中，该工艺副产物是石膏，脱硫系统在运行中还常面临石膏含水率高、品质差等问题，导致脱硫石膏浆液的脱水效果不理想^[2]。因此，本文对320MW机组湿法烟气脱硫石膏脱水问题进行分析，并采取有效的改进措施，提升脱硫系统运行效能、推动脱硫石膏资源化利用，具有重要的现实意义。

1 湿法烟气脱硫石膏脱水原理

石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺以石灰石为脱硫吸收剂，先通过湿磨系统将石灰石破碎并与水混合，制备成石灰石浆液，在吸收塔内，该浆液与含硫烟气、鼓入的氧化风发生多步化学反应，最终生成石膏，实现SO₂的脱除^[3]。具体反应流程中，烟气从吸收塔中部进入，石灰石浆液则从吸收塔上部经喷嘴雾化喷入，二者呈逆流状态充分接触。初期反应生成亚硫酸钙半水合物（CaSO₃·1/2H₂O）与二氧化碳（CO₂），产物落入吸收塔浆池后，进一步与浆池中的氧气（O₂）、水（H₂O）发生氧化反应，转化为副产品硫酸钙二水合物（CaSO₄·2H₂O），即脱硫石膏。化学原理如图1所示。

图1

2 项目概况

2.1 系统介绍

某电厂2×320MW发电机组，脱硫系统由以下几个部分组成。

（1）二氧化硫吸收系统，吸收烟气中的SO₂，并进行化学反应转化为二水石膏；（2）烟气系统，将含有SO₂的烟气输送至脱硫塔进行脱硫处理；（3）石灰石浆液制备系统，制备石灰石浆液，并作为脱硫吸收剂；（4）工艺水供应系统，为各个环节提供所需的工艺水，以保证系统的正常运行；（5）排水坑和事故浆液系统，收集FGD系统正常运行、冲洗和检修中产生的排出物；储存吸收塔检修，小修，停运或事故情况下排放的浆液，通过石膏排出泵或吸收塔地坑泵将吸收塔中的浆液输送到事故浆液池中；（5）控制系统，包括数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS），运行人员通过FGD_DCS的LCD操作员站对脱硫系统进行启/停控制、正常运行的监视和调整以及异常与事故工况的处理，而无需现场人员的操作配合；（6）脱硫废水处理系统组成，包括脱硫装置废水处理系统、化学加药系统和污泥脱水系统，对排放的废水进行中和、絮凝、沉淀和过滤等处理。

系统参数设计如下。锅炉为东方锅炉厂生产的320MW亚临界参数、自然循环、双拱炉膛、W型火焰燃烧，一次再热，平衡通风，固态排渣，露天布置，全钢构架，全悬吊结构，锅炉除尘效率≥99.97％。脱硫装置进口烟气SO₂含量为9500mg/Nm³（标况、干态、6%O₂）、烟气粉尘含量为100mg/Nm³（标况、干态、6%O₂），脱硫装置出口烟气烟气SO₂含量＜35mg/Nm³（标况、干态、6%O₂），烟气粉尘含量＜10mg/Nm³（标况、干态、6%O₂）。脱硫效率为99.64%。

2.2 脱硫石膏脱水现状

某公司配套2台320MW发电机组，各机组均配置独立烟气脱硫系统。其中#3机组脱硫系统于2007年9月投运，#4机组脱硫系统于2007年12月投运。2010年，为提升脱硫效率，对两套FGD装置实施提效改造，采用石灰石—石膏湿法双循环技术，保留石灰石湿磨制浆系统，并配置二级石膏脱水系统。2020年，为满足超低排放要求，再次对脱硫系统进行改造，核心工艺仍维持一炉二塔的石灰石—石膏湿法双塔双循环设计，主要改造内容包括设备升级与系统优化。#4机组脱硫系统拆除原增压风机，更换为引增合一风机；对一级吸收塔及附属设备开展局部检修与改造，提升设备运行可靠性；二级吸收塔在原有预留喷淋层顶部新增一层喷淋层，同步增设1台流量达9000m³/h的循环泵，并增加一层托盘。此外，拆除原屋脊式除雾器及支撑大梁，替换为高效管式除雾器；将两台机组一级塔原有的3台225Nm³/h罗茨式氧化风机（2用1备），更新为3台250Nm³/h离心式氧化风机（2用1备）。公用系统基本保持不变，仅对废水系统、卸料系统进行少量增容改造，并重新优化工业水与工艺水系统。改造后设计要求为：当脱硫入口SO₂浓度达9500mg/Nm³（标干，6%O₂）时，出口排放浓度需≤35mg/Nm³，对应设计脱硫效率为99.64%。其中#4机组脱硫系统于2020年9月完成改造，#3机组脱硫系统于2020年11月完成改造，经168小时满负荷试运后正式投入生产。

该项目石膏脱水系统的核心设备包括石膏脱水旋流器、石膏溢流浆液泵、真空皮带脱水机等，主要负责将吸收塔生成的石膏浆液处理为可利用的固体石膏。在实际运行过程中，煤质、电石渣杂质、水质、入塔粉尘浓度等因素会影响脱水和石膏品质，通过对系统运行数据与设备状态的排查分析，发现当前脱水系统存在问题。石膏脱水旋流器运行效果不佳，分级与预脱水能力未达设计标准，真空皮带脱水机处理后的石膏含水率偏高，为系统最高值。上述问题直接导致脱水阶段出现异常，石膏浆液呈稀糊状，无法形成稳定的固体石膏，进而破坏了整个脱硫系统的物料平衡与运行稳定性。

3 320MW机组湿法烟气脱硫石膏脱水问题分析

3.1 石膏脱水系统问题分析

经过系统检查，真空泵正常工作压力需维持在-30～-50kPa，实际压力表显示仅为-10kPa，且压力波动明显。进一步检查发现，真空皮带与滤布间存在漏风，虽然滤布两侧设有防浆液流失的固定挡板，但挡板侧板插入皮带与滤布的深度过大，增加了滤布运行阻力，降低其工作效率，导致石膏浆液无法有效固液分离，造成含水率偏高。同时，系统正常工作压力应稳定在0.20MPa左右，而真空皮带侧边真空槽同样存在漏风，致使系统负压不足，进一步干扰脱水设备运行。两处漏风叠加，无法形成稳定高真空环境，破坏石膏浆液脱水核心工况，导致整体脱水效果不理想。

3.2 石膏浆液品质问题分析

为明确当前浆液品质问题，通过对比脱硫系统异常时的石膏样品（样品1）与正常运行期间的石膏样品（样品2）发现，样品1中CaSO₃·1/2H₂O含量显著高于样品2。如表1所示。该水合物的过量存在，会导致石膏浆液整体持水性增强，提高石膏最终含水率，增加后续脱水设备的固液分离难度，这成为制约脱水效果的重要原因^[4]。

表1

3.3 氧化效果分析

石灰石浆液与烟气中SO₂反应生成CaSO₃·1/2H₂O后，需在吸收塔下部进一步氧化为CaSO₄·2H₂O。但实际运行中，氧化条件不达标，浆液内会残留大量半水亚硫酸钙，无法完全转化为石膏，还会导致石膏晶粒难以生长，甚至引发连锁反应。例如，造成滤布堵塞，或者使真空负压异常升高，导致石膏脱水困难。现场取样观察显示，浆液长时间静置后，只有容器底部有少量石膏析出，绝大部分物质呈悬浮状态，表明浆液中石膏粒径偏小，且多以小颗粒石膏或半水亚硫酸钙形式存在，表明系统氧化不足或反应条件不佳，影响了石膏的形成与结晶，降低了脱水效果。

4 对脱水过程中异常问题的改进措施

4.1 优化石膏脱水系统

在调整侧板、真空槽方面，通过精准校准，确保滤布与浆液能完全覆盖真空皮带工作面，避免浆液流失，降低滤布运行阻力，从而提升固液分离效率。同时，对皮带侧边真空槽进行全面检修，检查槽体密封性，对破损部位进行焊接修复，一旦磨损严重直接更换新槽体，确保真空系统无泄漏，维持正常工作负压，为脱水提供稳定工况。在排放废水方面，烟气进入吸收塔后，虽然经逆流洗涤脱除SO₂，但烟气中携带的固体粉尘、HCl、HF等杂质，以及石灰石粉中含有的MgCO₃等成分，会随反应过程溶解或悬浮于浆液中。长期运行下，浆液内Cl^-、金属离子与固体粉尘会持续富集，不仅会削弱SO₂吸收效果、降低脱硫效率，还会污染浆液品质、影响石膏结晶，尤其固体粉尘易堵塞脱水滤布，导致脱水困难。因此，需要及时排放废水，控制浆液中杂质浓度在合理范围，改善浆液品质，保障脱水系统稳定运行。例如，优化废水置换与新水补充方式，确保废水及时排放、新水稳定补充，并强化废水与新水处理，降低杂质对石膏脱水的影响，稳定石膏含水率，有效提升脱水效果，保障生产正常运行^[5]。

4.2 石膏浆液品质控制

石膏浆液品质能够直接影响脱水质量，可以从四个方面开展针对性控制。首先，控制燃煤含硫量，避免高硫煤导致浆液成分异常，提升石灰石浆液纯度，减少杂质带入，同时严格监控浆液中氯离子浓度，防止其过度富集影响浆液特性。其次，增加对吸收塔内浆液的化学分析频次，实时掌握反应进程，及时调整操作参数，避免因石灰石反应不充分导致的闭塞问题，保障浆液反应效率。再次，在石膏脱水前，将浆液固体含量稳定控制在15%～18%区间，满足脱水设备处理要求，避免因浓度过低导致脱水效率下降，或浓度过高造成设备堵塞。最后，确保吸收塔内浆液pH值在5.0～5.8，这样pH环境不仅有利于SO₂的吸收，还能促进碳酸钙溶解与亚硫酸钙氧化，为石膏晶体正常生长提供适宜条件，提升石膏脱水质量。

4.3 调整氧化风管布局

氧化风管的布置方式直接决定氧化空气在浆液中的分布均匀性与反应效率，需通过优化布局提升氧化效果。应将氧化风管设置在吸收塔内搅拌器正前方，严格控制风管开口与塔体的距离，例如，开口距塔壁70～110cm、距塔底约1.4m，可大幅提高氧化空气利用率。通过这样的布局使氧化空气随搅拌器作用更均匀得扩散至浆液中，促进CaSO₃充分转化为CaSO₄·2H₂O，助力形成颗粒完整的优质石膏晶体，从源头降低石膏含水率^[6]。同时，通过提升氧化风机的出口风压与风量，增加进入吸收塔的氧化空气量，提高浆液氧化速率与反应完全度，生成更大粒径的石膏晶体，减少细小颗粒对滤布的堵塞，进而提升整体脱水效果。

4.4 治理效果

2025年6-8月，对整改后的脱硫系统参数开展5次化验。结果显示，相较前期，废水排放量显著提升，石灰石浆液与石膏指标改善，石膏含水率稳定在10%以下、品质提高，见图2。废水排放量增加也保障系统清洁高效运行，此次措施优化为脱硫系统稳定运行提供方案，还为解决同类问题积累经验。

图2

5结语

综上所述，石灰石—石膏湿法脱硫技术在燃煤电厂应用广泛，具有脱硫效率超97%、技术体系成熟的特点，但该工艺需配套多类设备，流程复杂度较高，且石膏脱水效果与品质极易受多种因素的影响，尤其是新投运系统更易在运行中暴露出各类问题。为进一步提升工艺运行效能，需针对320MW机组湿法脱硫石膏脱水环节进行研究，分析石膏脱水系统问题、石膏浆液品质问题以及氧化效果，并采取优化石膏脱水系统、石膏浆液品质控制、调整氧化风管布局针对性措施，确保脱水效果，生成合格的脱硫石膏。

参考文献：

[1]于海超,孙鸾,王兵.石灰石湿法烟气脱硫石膏脱水影响因素及解决办法[J].化工设计通讯,2022,48(01):84-86.

[2]王创.火电厂湿法烟气脱硫石膏脱水问题分析及改进措施[J].化学工程与装备,2022,(04):269-270+92.

[3]张鹏,郭锦涛.某660MW机组脱硫系统石膏含水率升高的原因及处理探析[J].中国设备工程,2025,(06):168-170.

[4]龙伟荣.火电厂湿法烟气脱硫石膏脱水问题分析及改进措施[J].中国资源综合利用,2025,43(02):54-56.

[5]刘尧祥,武广龙.电石渣—石膏湿法脱硫系统石膏脱水问题分析及处理[J].区域供热,2025,(02):85-90.

[6]张林芳.湿法脱硫石膏含水率高的原因分析及治理措施探究[J].皮革制作与环保科技,2024,5(21):141-143.

作者简介：丁崇洪（1997.12.26--），男，贵州贞丰人，汉族，本科学历，助理工程师，国能永福发电有限公司，研究方向：环化。