淺析影響燃煤電廠脫硫石膏品質(zhì)因素

方光旭 昌吉回族自治州產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所

1 前言

從20世紀(jì)70年代開始，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開始運(yùn)用脫硫石膏，隨著我國(guó)環(huán)保要求提高，人們也越來越認(rèn)識(shí)到脫硫石膏利用的重要性。隨著新疆昌吉州燃煤電廠日益增加，煙氣脫硫工藝的大規(guī)模投運(yùn)，排放出更多的脫硫石膏，目前相當(dāng)一部分還是以堆儲(chǔ)為主，已成為火電廠即粉煤灰后的第二大固體廢物，不僅占用土地資源，且對(duì)環(huán)境不利。可以被利用的脫硫石膏需滿足兩個(gè)條件，顆粒大小在100μm左右且含水率不高于10%，所以，如何控制脫硫石膏的產(chǎn)出品質(zhì)是其再利用的前提。

2 脫硫石膏的生成過程

煙氣脫硫石膏是電廠采用濕式石灰石（石灰）—石膏法煙氣脫硫時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)物。它的主要成分為二水硫酸鈣，由煙氣中的SO2與脫硫劑CaCO3發(fā)生反應(yīng)經(jīng)強(qiáng)制氧化生成的[1]。以石灰石—石膏濕法工藝為例（圖1），石灰石經(jīng)破碎、制粉，配置漿液進(jìn)入吸收塔，在吸收塔內(nèi)，煙氣中的二氧化硫首先被漿液中的水吸收，再與漿液的CaCO3反應(yīng)生成CaSO3，CaSO3被鼓入的氧化空氣中的O2氧化，最終生成石膏晶體CaSO4·2H2O。

圖1 石灰石—石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)

3 脫硫石膏主要化學(xué)成分檢測(cè)

昌吉州產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所以昌吉州科技項(xiàng)目（燃煤電廠固廢綜合利用關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用）為引領(lǐng)，按照標(biāo)準(zhǔn)JC/T 2074—2011《煙氣脫硫石膏》抽取昌吉州轄區(qū)內(nèi)12家燃煤電廠的脫硫石膏，共計(jì)12批次，進(jìn)行檢測(cè)并分析。在檢驗(yàn)過程中，利用我所現(xiàn)有專業(yè)技術(shù)人員及檢驗(yàn)設(shè)備，完成對(duì)脫硫石膏的檢測(cè)任務(wù)，具體檢測(cè)如下。

（1）原材料。產(chǎn)地：昌吉州轄區(qū)內(nèi)12家燃煤電廠的脫硫石膏。物理特性：粉狀，細(xì)度0.15mm孔篩全部通過。

（2）化學(xué)藥品。鹽酸、硫酸、硝酸、碘化鉀、鉻酸鉀、硝酸銀溶液、硫代硫酸鈉溶液等。

（3）儀器與設(shè)備。電子天平（0.1mg）、瓷坩堝、烘箱、玻璃容量器皿、磁力攪拌器、pH計(jì)等。

4 影響脫硫石膏品質(zhì)的主要因素

脫硫石膏目前在中國(guó)的現(xiàn)狀與歐洲20多年前遇到的情況一樣，電力企業(yè)僅根據(jù)國(guó)家的要求安裝脫硫系統(tǒng)并運(yùn)行，以滿足大氣排放對(duì)于脫硫的要求為限，對(duì)其副產(chǎn)品脫硫石膏的品質(zhì)不做要求，導(dǎo)致脫硫石膏質(zhì)量不穩(wěn)定。而下游的建材行業(yè)，雖竭力消化，但由于原材料品質(zhì)參差不齊，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量難以穩(wěn)定。通過脫硫石膏的生成過程發(fā)現(xiàn)，石膏漿液的品質(zhì)直接影響到石膏生成品質(zhì)的質(zhì)量，脫硫石膏的品質(zhì)又直接影響到以脫硫石膏為原材料的產(chǎn)品。通過表1的檢測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其數(shù)值偏差很大，正是由于每個(gè)電廠的石膏漿液品質(zhì)不同，才影響到脫硫石膏的質(zhì)量有大的偏差。因此，我們通過分析影響石膏品質(zhì)的主要因素，充分利用脫硫石膏的優(yōu)點(diǎn)能把它運(yùn)用到各行各業(yè)。

表1 脫硫石膏主要化學(xué)成分檢測(cè)

4.1 石灰石品質(zhì)的影響

石灰石作為SO2的吸收劑，它的品質(zhì)不僅影響脫硫的效率，還影響石膏漿液的品質(zhì)。石灰石的品質(zhì)主要有以下指標(biāo)：粒徑、化學(xué)成分、活性、比表面積等，其中化學(xué)成分包括氧化鈣、氧化鎂、二氧化硅等。化學(xué)成分中的氧化鈣含量越高，越有利于提高脫硫效率和石膏品質(zhì)；氧化鎂含量越高，石灰石的活性越低，影響石膏生成的品質(zhì)；二氧化硅會(huì)量高，影響脫硫工藝設(shè)備的耐磨性。石灰石粉的粒徑越小，其比表面積越大，溶解性越好，反應(yīng)效率高；相反，如果粒徑大，必須在很低的pH值下才能充分溶解，但這樣又影響了脫硫效率。石灰石的活性越高，反應(yīng)速度越快；相反，反應(yīng)速率越快的石灰石粉，其活性越好。根據(jù)濕法石灰石—石膏法脫硫設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范要求，石灰石中的碳酸鈣含量大于90%，因此我們電廠燃用中低硫份煤種時(shí)，石灰石細(xì)度要保證250目90%以上的過篩率，燃用高分煤種時(shí)，石灰石細(xì)度要保證325目90%以上的過篩率。

4.2 漿液pH值

漿液的pH值對(duì)石灰石的溶解、石膏的生成、脫硫效率、亞硫酸鈣的生成都有不同影響，侯慶偉等[2]利用物理化學(xué)方法，對(duì)25℃下的石灰石濕法煙氣脫硫系統(tǒng)進(jìn)行了分析，給出了脫硫系統(tǒng)pH值控制范圍為2.233～5.493。通過與電廠溝通，在實(shí)際操作中，若pH值低于5以下時(shí)，亞硫酸鈣將生成亞硫酸氫鈣，驟然pH值增加時(shí)，亞硫酸氫鈣轉(zhuǎn)化成亞硫酸鈣，急速結(jié)晶導(dǎo)致結(jié)垢，影響石膏的品質(zhì)[3]。一般認(rèn)為pH值控制在5.5～6.0效果比較好。

4.3 石膏排出時(shí)間

石膏排出時(shí)間指吸收塔氧化池漿液最大容積與單位時(shí)間排出石膏量之比，漿液在一定時(shí)間內(nèi)，停留在脫硫塔內(nèi)，有利于亞硫酸鹽的氧化和石灰石的充分反應(yīng)，但是時(shí)間過長(zhǎng)，容易造成生成石膏晶體在輸送過程中的破壞。

4.4 氧化風(fēng)量及鼓風(fēng)反應(yīng)速率

保證足夠的氧化風(fēng)量可以讓石膏漿液氧化效果更好，可以使?jié){液中的亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，否則石膏中的亞硫酸鈣含量過高影響石膏品質(zhì)。

4.5 雜質(zhì)

漿液中的雜質(zhì)主要來源于煙氣中的飛灰、石灰石中的雜質(zhì)和被漿液洗脫下來的氯離子。漿液中雜質(zhì)過多，則會(huì)影響石灰石的溶解，導(dǎo)致漿液pH值降低，脫硫效率下降；當(dāng)氯離子含量過高時(shí)，石膏脫水性能會(huì)下降。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過試驗(yàn)研究結(jié)果分析，我們發(fā)現(xiàn)脫硫石膏的技術(shù)性能完全可以替代天然石膏，并作為鈣質(zhì)原料純度高、無放射性、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在個(gè)別領(lǐng)域，可以對(duì)脫硫石膏進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，使它變成合格的原材料。對(duì)于脫硫石膏能廣泛利用還需要政府的大力扶持，通過一些政策優(yōu)惠來吸引科技研發(fā)，利用地域優(yōu)勢(shì)、企業(yè)規(guī)模、資源現(xiàn)狀、應(yīng)用前景等，開發(fā)出脫硫石膏綜合利用的新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品，更好地處理脫硫石膏，讓大量的脫硫石膏早日變廢為寶。