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      電廠電石渣-石膏濕法脫硫工藝的應(yīng)用

      2021-01-08 23:12:53張濤陸飛焦勇陜西北元集團(tuán)錦源化工有限公司陜西神木719319
      化工管理 2021年28期
      關(guān)鍵詞:石渣脫硫劑吸收塔

      張濤,陸飛,焦勇(陜西北元集團(tuán)錦源化工有限公司,陜西 神木 719319)

      0 引言

      我國(guó)到目前為止工業(yè)水平已經(jīng)得到了飛速的進(jìn)展,但不可否認(rèn)的是,在工業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)也給環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),硫氧化物排放總量一直居高不下,引發(fā)酸雨等環(huán)境問(wèn)題。國(guó)家也加強(qiáng)了對(duì)環(huán)境保護(hù)的力度,在這種背景下,給火電廠的脫硫工藝提出了更高的要求。當(dāng)前火電廠普遍應(yīng)用于脫硫工藝的脫硫劑為石灰石,盡管該工藝已經(jīng)比較成熟和穩(wěn)定,但鑒于其成本相對(duì)較高的特點(diǎn),近年來(lái)逐漸被以電石渣為主的脫硫劑所取代。電石渣作為電石水解獲得乙炔后的工業(yè)固體廢棄物,其主要成分是氫氧化鈣。用電石渣作為脫硫劑,一方面可以實(shí)現(xiàn)降低火電廠運(yùn)營(yíng)成本,隨著火電廠的生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行,會(huì)產(chǎn)生大量的電石渣,把此固體廢棄物回收再利用可以較大程度上實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗,同時(shí)可以降低火電廠的耗電率,進(jìn)一步提高火電廠的經(jīng)濟(jì)效益[1]。另一方面,電石渣作為脫硫劑的效果也頗為可觀,脫硫率可高達(dá)百分之九十八,減少了直接排放到大氣中的硫氧化物,保護(hù)了大氣環(huán)境,符合了國(guó)家關(guān)于污染物排放的標(biāo)準(zhǔn)要求。可以說(shuō),以電石渣作為脫硫劑實(shí)現(xiàn)了新的突破,但是其依然存在著較嚴(yán)重的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,大部分火電廠是在以石灰石作為脫硫劑的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造,使用電石渣-石膏脫硫工藝。在實(shí)際工作中存在著不少的問(wèn)題,因此對(duì)電石渣-石膏脫硫工藝的應(yīng)用研究具有十分深遠(yuǎn)的意義。

      1 電石渣-石膏濕法脫硫工藝流程及原理

      1.1 電石渣-石膏濕法脫硫工藝流程

      煙氣經(jīng)過(guò)除塵等處理后,進(jìn)入到脫硫塔中。電石渣化漿池將電石渣漿液供給電石渣漿液箱,最后送入脫硫塔中,經(jīng)過(guò)脫硫塔中的三臺(tái)循環(huán)泵將漿液供給上部的噴淋系統(tǒng),供脫硫循環(huán)使用,在煙氣進(jìn)入脫硫塔后,折流向上,通過(guò)與噴淋系統(tǒng)噴出的霧狀區(qū)域接觸,發(fā)生化學(xué)反應(yīng)達(dá)到脫去煙氣中二氧化硫的目的,生成亞硫酸鈣,在經(jīng)過(guò)與氧化風(fēng)機(jī)送出的氧化空氣發(fā)生氧化反應(yīng)生成二水硫酸鈣,也就是石膏。經(jīng)過(guò)脫硫處理后的煙氣在經(jīng)過(guò)除霧器除去水分后,排入到大氣中。而石膏漿液經(jīng)過(guò)脫水處理最終生成含水率為百分之二十八的石膏進(jìn)入到石膏庫(kù)中。

      1.2 電石渣-石膏濕法脫硫工藝原理

      在脫硫塔內(nèi)二氧化硫先與電石渣漿液中的水分發(fā)生反應(yīng)生成亞硫酸,此過(guò)程中會(huì)伴隨著部分的電離反應(yīng):SO2+H2O→H2SO3→2H++SO32-。之后電石渣漿液中的氫氧化鈣與亞硫酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成亞硫酸鈣:H2SO3+Ca(OH)2→CaSO3+2H2O。最后亞硫酸鈣與氧化風(fēng)機(jī)送出的氧化空氣發(fā)生氧化反應(yīng)生成石膏:CaSO3+1/2O2→CaSO4;Ca2++SO42-+2H2O→CaSO4·2H2O。

      2 電石渣-石膏濕法脫硫工藝存在的問(wèn)題及解決措施

      用石灰石作為脫硫劑的脫硫工藝應(yīng)用時(shí)間相對(duì)來(lái)說(shuō)較長(zhǎng),工藝較為成熟,而目前所用的以電石渣作為脫硫劑的工藝工程設(shè)計(jì)大部分是以原有基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)的。由于氫氧化鈣和碳酸鈣在化學(xué)性質(zhì)上存在著較大的不同,所以在電石渣-石膏脫硫工藝投入使用時(shí)會(huì)有以下問(wèn)題出現(xiàn)。

      2.1 吸收塔存在受磨損腐蝕隱患及解決措施

      電石渣漿液中成分復(fù)雜,有碳粉顆粒、二氧化硅、矽鐵等物質(zhì),顆粒也有大有小,大顆粒物質(zhì)會(huì)造成管道磨損腐蝕。吸收塔的防腐方式一般為碳鋼襯膠或玻璃鱗片,這兩種材料比較容易被磨損而發(fā)生防腐層脫落或者裂開(kāi),防腐層受到破壞回事塔體受到腐蝕引發(fā)漏煙、漏漿等現(xiàn)象。另外,泵體葉輪和泵體機(jī)械密封因與電石渣漿液接觸較為頻繁,也會(huì)出現(xiàn)較為常見(jiàn)的漏漿現(xiàn)象,需要不定期更換機(jī)械密封[2]。最后,電石渣漿液輸送管道、循環(huán)泵管道和石膏排出通道因長(zhǎng)期運(yùn)行且與大顆粒物質(zhì)接觸頻繁導(dǎo)致磨損腐蝕,出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象,使脫硫系統(tǒng)不能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

      解決措施:用電石渣-石膏濕法脫硫時(shí),電石渣漿液中的大顆粒物質(zhì)是造成磨損的主要原因,因此要對(duì)電石渣漿液進(jìn)行預(yù)處理??梢钥紤]在電石渣漿液進(jìn)入吸收塔之前,在入口處用粗濾網(wǎng)過(guò)濾掉較大的顆粒物質(zhì),之后再把電石渣漿液送入滾筒篩處理,通過(guò)筒狀篩網(wǎng)的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生離心力,將漿液從篩孔篩縫等部位甩出。通過(guò)這樣的分級(jí)過(guò)濾,使得電石渣漿液中的大顆粒物質(zhì)大部分被篩除,可以有效降低吸收塔管道被磨損的頻次,一定程度上保護(hù)了管道不受損害。另外,對(duì)設(shè)備管道進(jìn)行改良,使用高防腐、高耐磨性材料是保證脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的有效手段。比如使用無(wú)機(jī)陶瓷材料碳化硅,因其具有高硬度、高防腐蝕性、高耐磨性和耐高溫等特點(diǎn),對(duì)與電石渣漿液和石膏漿液接觸較為頻繁的設(shè)備管道可以將碳化硅按比例添加到管道原有的防腐材料中,從而提高設(shè)備管道的防腐性能。對(duì)于泵體葉輪、閥門(mén)閥板和攪拌機(jī)葉片等容易受到磨損的位置可選用C276合金材料來(lái)提高這些部位的抗磨損性[3]。

      2.2 吸收塔內(nèi)漿液pH值和氧化控制措施

      電石渣漿液中因其主要成分是氫氧化鈣,呈堿性,pH值較高。二氧化硫溶于水后呈酸性,所以電石渣漿液作為脫硫劑,酸堿中和,脫硫效果較高[4]。如果塔內(nèi)漿液呈酸性,則使脫硫效果大大降低。所以吸收塔內(nèi)漿液的pH值直接決定了脫硫效果的好壞。塔內(nèi)漿液的pH值越高越有利于吸收二氧化硫,脫硫效果就越好,但以電石渣作為脫硫劑時(shí)還要充分考慮到后續(xù)亞硫酸鈣的氧化,塔內(nèi)漿液的pH值過(guò)高,會(huì)使電石渣溶解受到影響,亞硫酸鈣不能充分溶解導(dǎo)致形成沉淀,不利于其進(jìn)一步氧化形成石膏。塔內(nèi)漿液pH值過(guò)低,一方面不利于脫硫反應(yīng),另一方面因其呈強(qiáng)酸性會(huì)加劇設(shè)備的酸腐蝕,加大了生產(chǎn)成本。因此控制吸收塔內(nèi)漿液的pH值在合理的范圍內(nèi)是提高脫硫效率和石膏產(chǎn)出效率的關(guān)鍵。

      控制措施:為達(dá)到脫硫和制造石膏的平衡,將吸收塔內(nèi)漿液的pH值控制到5~7之間是最合適的。同時(shí)延長(zhǎng)吸收塔內(nèi)漿液的循環(huán)時(shí)間,并提供大量的空氣可以較好的控制氧化反應(yīng)生成石膏。還可以將脫硫漿液和氧化漿液分隔開(kāi)來(lái),讓脫硫漿液形成高pH值區(qū)域,讓氧化漿液形成低pH值區(qū)域,給脫硫和氧化提供最合適的環(huán)境,既保證了脫硫效率又保證了生成石膏的質(zhì)量,從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗,增加火電廠經(jīng)濟(jì)效益的目的。

      2.3 石膏脫水問(wèn)題及解決措施

      在對(duì)利用電石渣-石膏濕法脫硫工藝生成出的石膏進(jìn)行脫水時(shí),濾餅厚度遠(yuǎn)達(dá)不到正常石膏脫水的濾餅厚度,而且濾餅比較粘,含水率較高。而且很多火電廠在使用電石渣-石膏濕法脫硫技術(shù)時(shí),對(duì)于生產(chǎn)出的副產(chǎn)品進(jìn)行拋棄處理,不利用資源的回收利用。有些火電廠生產(chǎn)出的石膏副產(chǎn)品質(zhì)地疏松,手感粗糙,且其含碳顆粒和砂石等雜質(zhì)較多,粘性較強(qiáng),一旦吸附在石膏表面會(huì)堵住石膏的疏水通道,不利于用真空皮帶機(jī)對(duì)其進(jìn)行脫水[5]。

      解決措施:火電廠可以考慮對(duì)石膏脫水系統(tǒng)進(jìn)行改良,已有學(xué)者給出了將石膏漿液分離除雜質(zhì)的思路。利用石膏顆粒和石膏漿液中雜質(zhì)的沉降速率不同這個(gè)特點(diǎn),通過(guò)旋流分離器、一級(jí)沉降槽和二級(jí)沉降槽、真空帶濾機(jī)等設(shè)備[6],分兩次沉降出去石膏漿液中的雜質(zhì),通過(guò)設(shè)備的內(nèi)置攪拌槳分離漿液中的氫氧化鈣和吸附性雜質(zhì),從而打通石膏表面的疏水通道,使得石膏脫水率進(jìn)一步提升,把石膏含水率降低到百分之十以下,提高石膏品質(zhì)。

      3 電石渣-石膏濕法脫水系統(tǒng)的實(shí)施效果

      陜西北元化工集團(tuán)熱電分廠配備兩臺(tái)130 t/h 鍋爐煙氣脫硫工程,每臺(tái)鍋爐均配有脫硫裝置,全部使用電石渣-石膏濕法脫硫工藝,脫硫煙氣入口SO2濃度設(shè)計(jì)值為≤2 000 mg/Nm3(6%O2),出口SO2濃度≤35 mg/Nm3(6%O2),脫硫效果超過(guò)了百分之九十八點(diǎn)三,出口粉塵≤5 mg/Nm3,同時(shí)成品石膏品質(zhì)含水率(全水)均小于28%。有效降低了該廠的運(yùn)營(yíng)成本。

      4 結(jié)語(yǔ)

      相較于用石灰石作脫硫劑,電石渣-石膏濕法脫硫可以為火電廠節(jié)約很多的運(yùn)營(yíng)成本,提高脫硫效率,更好的保護(hù)大氣環(huán)境。同時(shí)節(jié)約了石灰石的使用量,又解決了電石渣廢棄物難以處理的問(wèn)題,將電石渣回收再利用也符合國(guó)家提倡的節(jié)能降耗目標(biāo)。但鑒于電石渣的化學(xué)特性和石灰石存在著較大的不同,在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程要有針對(duì)性的對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行改良。本文針對(duì)利用電石渣-石膏濕法脫硫的應(yīng)用方面存在的共性問(wèn)題提出了解決對(duì)策,包括以下方面:針對(duì)設(shè)備管道容易遭受腐蝕損壞的現(xiàn)象,可以對(duì)電石渣漿液進(jìn)行預(yù)處理除去大顆粒物質(zhì),同時(shí)利用抗腐蝕性、抗磨損高的碳化硅材料改良設(shè)備;針對(duì)脫硫過(guò)程中所需pH值和氧化過(guò)程中所需pH值互相矛盾的問(wèn)題,可以將氧化系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)分隔開(kāi)來(lái),實(shí)現(xiàn)高pH值脫硫,低pH值氧化;針對(duì)石膏脫水困難的現(xiàn)象,可以改良石膏脫水設(shè)備,兩次沉降附著在石膏表面的吸附性雜質(zhì),提高石膏的脫水率。

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