電石渣在火電廠濕法煙氣脫硫中的應用

孫成永，張 鵬

(國電重慶恒泰發電有限公司，重慶400060)

近年來，隨著日益嚴格的環保法規的實施，二氧化硫作為主要污染物被國家納入總量減排管理，火電廠煙氣脫硫技術也得到進一步發展。氯堿行業所產生的電石渣，由于其綜合利用率較低，大量堆放所帶來的環境污染問題也受到廣泛關注。經實際應用表明，2臺300MW燃煤發電機組煙氣脫硫每年可消耗7萬噸電石渣，不但大幅降低了脫硫成本，還提高了電石渣的綜合利用率，緩解了電石渣的環境危害。

1 電石渣綜合利用現狀

目前，電石渣在水泥、制磚、建材以及廢水酸中和等方面有所應用，但利用量較少，整體綜合利用率不足30%，大多數仍采取集中堆放處理，對周邊環境，特別是對土壤和地下水帶來危害。傳統的電石濕法制乙炔工藝所產生的電石渣含水率達90%，經脫水后其含水率仍達40% ～50%，呈漿糊狀，在運輸途中易滲漏污染路面，長期堆積不但占用大量土地，而且對土地有嚴重的侵蝕作用。近年來新興的電石干法制乙炔工藝所產生的電石渣水份在10%左右，呈粉末狀。由于該工藝比濕法工藝效率高，粉末狀的電石渣在轉運、堆放以及綜合利用方面也比濕渣便利，所以干法制乙炔工藝逐步得到推廣。

重慶某化工廠在2009年實施了2套干法乙炔改造項目，其反應效率的提高給企業帶來了經濟效益，但其年產10萬余噸粉末狀電石渣，由于綜合利用率較低，不但存在環境污染問題，而且企業為電石渣的轉運和堆放場的管理還要投入大量資金。電石渣的處理成為制約干法乙炔工藝技術發展的主要因素。

2 火電廠煙氣脫硫現狀

“十一五”末，我國火電行業建設煙氣脫硫裝置容量約5.6億 kW，占火電總裝機容量比例的85%［1］。火電廠煙氣脫硫技術主要有石灰石-石膏法、雙堿法、氧化鎂法、氨法、海水脫硫法等，而石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝是目前在我國火電廠應用最廣泛、技術最成熟的煙氣脫硫技術，約占已安裝脫硫裝置機組容量的90%［2］。但由于煤炭市場發生變化，煤質特別是硫份偏離了設計煤種，火電廠脫硫系統仍普遍存在對復雜工況適應性差、故障率高、難以長期穩定達標運行等情況。

石灰石化學成份主要為CaCO3，其折算CaO的理論含量為54%，實際在52%左右，因地理區域等因素，有些地區甚至不足50%。由于石灰石本身的物化性質限制，其作為脫硫劑對燃煤硫份較高的火電廠就難以適應，特別是在我國西南高硫煤地區。

重慶某電廠2×300MW燃煤發電機組2006年投產，設計為石灰石-石膏濕法脫硫工藝，設計煤種硫份3.51%，設計脫硫效率大于95%。機組投產后，由于煤炭市場變化，實際燃煤硫份達5%，遠遠超過設計值，導致機組投產后脫硫效率達不到設計值，二氧化硫排放濃度超標。為此，該電廠在2008年5月對原脫硫設施實施了技術改造，將原石灰石-石膏脫硫工藝改為石灰—石膏脫硫工藝，同時增大了各個系統的容量。

石灰主要成份為CaO，CaO含量在80%左右。由于其CaO含量比石灰石高，且溶于水后形成的電石渣Ca(OH)2呈強堿性，對SO2的吸收反應也較石灰石強烈，用于火電廠煙氣脫硫可適應較高硫份的煤種。該電廠實施石灰法脫硫技術改造后，可適應5.5%硫份的煤種脫硫。但該電廠脫硫改造投入運行后，由于石灰粉價格比石灰石高數倍，使脫硫成本大幅升高。因此，石灰法脫硫雖能適應較高硫份的煤種，但其使用的經濟性不利于火電廠經營。所以，必須尋求一條既能滿足高硫煤脫硫效果，又能降低脫硫成本的工藝路線，才有利于電廠的持續發展。

3 電石渣濕法煙氣脫硫原理

3.1 電石渣的形成原理

電石渣是氯堿化工行業電石法生產乙炔氣體所產生的廢棄物，其形成原理如下。

由焦炭(C)和生石灰(CaO)在高溫條件下反應生成電石(CaC2)和一氧化碳(CO):

電石(CaC2)水解生成電石渣［Ca(OH)2］和乙炔(C2H2):

3.2 電石渣濕法煙氣脫硫的原理

火電廠煙氣中的二氧化硫(S02)溶于水后生成亞硫酸(H2SO3):

電石渣漿液［Ca(OH)2］與亞硫酸(H2SO3)反應生成亞硫酸鈣(Ca SO3·1/2 H2O):

通氧化空氣后亞硫酸鈣(Ca SO3·1/2 H2O)氧化生成石膏(Ca SO4·2 H2O):

在實際工程應用中，從煙氣中脫除二氧化硫是在氣、液、固三相中進行的，先后或同時發生了氣—液反應和液—固反應。由于亞硫酸不穩定，所以漿液中同時存在SO32-和SO42-。總的化學反應式如下:

由以上化學反應式可知，因石灰(CaO)溶于水后生成氫氧化鈣［Ca(OH)2］，與電石渣的主要成份一樣，所以電石渣脫硫與石灰法脫硫的原理是一致的，從而說明電石渣脫硫在理論上的可行性。

4 電石渣在火電廠濕法煙氣脫硫的應用

4.1 重慶某化工廠電石渣的成份分析

重慶某化工廠2套干法乙炔裝置年產電石渣10萬余噸，其化學成份含量較穩定。表1是電石渣與重慶某電廠使用的石灰粉和石灰石各化驗指標的對照表。

表1 電石渣、石灰粉和石灰石成份分析對照表

從化驗數據看出，電石渣中氧化鈣(CaO)含量比石灰粉低，比石灰石高;二氧化硅(SiO2)含量與石灰粉相當，比石灰石高。其中，石灰粉品質受礦點和煅燒技術影響，氧化鈣(CaO)含量波動較大;石灰石品質也因礦點不同，氧化鈣(CaO)含量有所差異;電石渣來源單一，其原料在進入化工廠前已經過質量控制，品質較為穩定。從實際運行情況看，電石渣含有少量大比重、大顆粒的雜質，在脫硫系統內易造成系統磨損和溶液箱底部雜質沉積。

4.2 重慶某電廠電石渣脫硫效果分析

重慶某電廠自2010年開始電石渣脫硫試驗，采取電石渣與石灰粉和石灰石按一定比例混用的方式試驗。表2～表4為各種工況下脫硫系統運行參數。

表2 電石渣與石灰石摻配運行參數表

表3 電石渣、石灰石、石灰粉摻配運行參數表

表4 低負荷下不同摻配比例運行參數表

4.3 電石渣脫硫存在的問題及解決措施

(1)電石渣含有少量大比重、大顆粒的雜質，進入脫硫系統后易造成系統管路和設備磨損，還會在溶液箱底部沉積。雜質沉積量過大，會減小溶液箱有效容量，影響系統出力，還會造成溶液箱的攪拌器損壞。所以在制漿前或制漿過程中需加裝一套過濾設施，除去其中的雜質。

(2)純電石渣脫硫會對吸收塔內的石膏結晶以及下游的石膏脫水帶來一定影響。經試驗得出，電石渣漿液和石灰石漿液摻配比例約在6∶4～7∶3之間，電石渣漿液、石灰石漿液、石灰漿液摻配比例約在2∶1∶1時，可同時保證達標排放和石膏漿液品質基本不受影響。若采用石膏拋棄法脫硫的電廠，則可不受此限制。

(3)隨著pH值從4.9～6.4，脫硫效率整體呈逐漸增加趨勢。但pH值從5.8增加至6.4時，pH值增加對脫硫效率影響幅度減小。吸收塔漿液pH值在5.8以下時，石膏中碳酸鹽含量均較低(試驗結果均在1.7%以下);當pH值提高到7.0時，碳酸鹽含量相對突然提高。分析反應機理，可能是pH值提高到一定程度后，會促進吸收塔漿液吸收煙氣中的CO2，從而反應生成CaCO3，且時間久后吸收塔漿液亞硫酸鹽增加較多。建議采用電石渣和石灰石摻配做脫硫劑時，根據主機負荷及入口SO2濃度情況，吸收塔漿液pH值最好控制在5.0～5.7之間。

5 結論

電石渣脫硫的方法是可行的，脫硫效果能夠達到國家環保要求，且能適應較高硫份煤種的脫硫。電石渣使用摻配的比例以及pH值等其他運行控制參數應根據電廠實際情況進行性能試驗而定。

以重慶某電廠為例，每年可消耗電石渣約7萬噸，與石灰粉相比，每年可節約脫硫劑費用1000余萬元。而且大大減少了化工行業電石渣作為固體廢棄物的排放量，具有較好的環境效益。因此，電石渣脫硫具有一定的推廣意義。

［1］薛建明，王小明，劉建民，等.濕法煙氣脫硫設計及設備選型手冊［M］.北京:中國電力出版社，2011.

［2］周至祥，段建中，薛建明.火電廠濕法煙氣脫硫技術手冊［M］.北京:中國電力出版社，2006.

［3］吳金樂.電石渣脫硫技術的探討［J］.機電技術，2008，(1).

［4］衛泳波，薛維漢，郝強，等.電石渣漿在大型火電機組煙氣脫硫中的應用［J］.山西能源與節能，2006，(1).