脫硫漿液品質對脫硫效果的影響因素研究

薛 龍， 胡穎麗

（陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司計量檢驗中心， 陜西 勉縣 724200）

目前，國內外已廣泛應用的多種煙氣脫硫技術中，石灰石—石膏濕法脫硫工藝由于具有技術成熟、應用范圍廣、運行成本低、脫硫效率高、副產品利用率高等優點，成為鋼鐵企業最主要的煙氣脫硫技術。

石灰石—石膏濕法基本原理是將燒結凈煙氣引入脫硫吸收塔，煙氣中二氧化硫與吸收塔漿液中的碳酸鈣反應，再被富氧空氣氧化，生成硫酸鈣。石膏漿液經真空抽濾脫水，制成可利用的副產品石膏。

石膏漿液是由碳酸鈣、硫酸鈣、亞硫酸鈣、鹵離子、雜質等所組成的混合液[1]。其品質是脫硫工藝過程運行好壞的重要標志，是石膏能否脫水成為可利用副產品的前提。良好的石膏漿液品質是脫硫過程持續穩定運行的保證。因此，本文通過對脫硫漿液的相關成分進行了分析研究，針對不同影響因素及分析數據提出必要的控制建議措施。

1 脫硫漿液密度影響機理及數據分析控制

1.1 漿液密度的影響機理

脫硫漿液的密度是脫硫生產的重要指標，它影響脫硫石膏的生成及工藝過程操作、過程經濟性的關鍵指標。脫硫漿液密度隨著與煙氣中二氧化硫的反應、吸收而逐步升高。

1.1.1 對脫硫過程影響的分析

脫硫漿液密度過低時，煙氣中的二氧化硫與漿液中碳酸鈣反應不完全，漿液中CaSO4·2H2O的含量較低，CaCO3的相對含量升高，此時如果排出吸收塔，將導致石膏中CaCO3含量增高，硫酸鈣含量降低，石膏品質降低；這既浪費了脫硫劑石灰石，也因石膏中硫酸鈣含量低難以凝結脫水，高品質石膏生成困難，同時系統整體經濟性差。

1.1.2 對石膏品質影響的分析

隨著脫硫煙氣的進一步反應，漿液密度進一步提高。隨著混合漿液中CaSO4·2H2O的濃度升高，漿液對二氧化硫的吸收能力進一步下降。隨著脫硫效率進一下降，且還會在吸收塔內各組件表面析出結晶形成石膏垢，影響系統的安全性能，系統的經濟性能也會進一步下降。

1.2 數據分析及控制

本文通過對某公司燒結脫硫系統的漿液密度、脫硫石膏的硫酸鈣含量及系統脫硫效率情況進行長期監測，得到了表1中的統計數據。

表1 脫硫過程漿液密度（質量濃度）、石膏CaSO4含量及脫硫效率的監測數據

通過對表1的分析，可以得出以下結論：

1）在其他條件不變的情況下，成品石膏硫酸鈣的含量隨著漿液密度的升高而逐步上升，前期快速增長；當密度超過1.063 g/L時增長速率降低；當達到密度1.114 g/L時趨于穩定。

2）系統脫硫效率隨著密度的升高而降低，當密度高于1.198 g/L時，脫硫效率低于80%，不利于組織生產。

因此，在日常工藝控制過程中，建議將脫硫漿液的密度控制在1.063～1.114 g/L，既保證了脫硫效率，也保證了工藝過程的經濟性。

2 脫硫漿液pH值影響機理及數據分析控制

2.1 漿液pH值影響機理

漿液的pH值是石灰石—石膏脫硫系統的重要運行參數，它主要影響脫硫石膏副產品生成，其影響機理有以下兩個方面：

1）pH值影響SO2的吸收過程。pH值升高，SO2吸收速度相應加快，但系統設備結垢嚴重；pH值降低，SO2吸收速度下降。

2）pH值影響CaCO3、CaSO4·2H2O和CaS03·1／2H20的溶解度。隨著 pH 值的上升，CaC03和 CaS03·1／2H20的溶解度顯著下降，而CaS04的溶解度則變化不大。隨著S02的吸收，漿液的pH值降低。

2.2 數據比對分析和工藝控制

通過對漢鋼公司燒結脫硫系統的漿液pH值、脫硫石膏中硫酸鈣和亞硫酸鈣的含量情況進行長期監測和比對分析，建立了表2中的統計數據。

表2 脫硫漿液pH值、石膏CaSO4含量及CaSO3含量的監測數據

通過對表2的分析可以看出：在其他情況不變的情況下，隨著pH值的降低，硫酸鈣的含量持續升高，當漿液的pH值控制在5.0以上時，石膏產品中的主要成分硫酸鈣的含量穩定在90%～99%，其中的有害成分亞硫酸鈣的含量會低至0%～5%，結合生產過程控制及漿液酸度越低對設備的腐蝕越嚴重的情況，建議脫硫系統脫硫漿液的pH值應控制在4.8～5.5之間，不但有利于S02的吸收和轉化，而且有利于生產組織。

3 脫硫漿液中氯離子影響機理及數據分析控制

3.1 漿液中氯離子影響機理

石膏漿液中的氯離子主要有來自煙氣中煤燃燒后產生的HCL氣體和工藝水中的氯離子。由于漢鋼公司的脫硫漿液直接采用工藝水和脫硫生石灰粉混合形成，所以煙氣和工藝水中的氯離子最終都進入到脫硫石膏漿液中，漿液中的氯離子最終會對脫硫工藝產生以下兩種影響：

1）影響系統的安全性。氯離子在脫硫漿液的酸性環境下，會形成對系統的管路腐蝕，影響管路安全。

2）影響脫硫石膏的脫水性能。在石膏脫水過程中，部分氯離子和漿液中存在的少量鈣離子形成氯化鈣，留在石膏晶粒之間，堵塞了游離水在結晶體之間的通道，使石膏脫水變得困難：氯離子的存在也會影響石膏結晶過程，使得石膏晶格發生畸變，產生出更多的晶核，晶體的多樣化同樣不利于其脫水。

3.2 數據對比分析及工藝控制

通過對漢鋼公司燒結脫硫系統的漿液pH、脫硫石膏的含水量情況進行長期監測分析，建立了表3中的統計數據。

表3 脫硫過程漿液Cl-和石膏含水量的監測數據

由表3數據可知，脫硫石膏的含水率隨漿液中氯離子含量的增大整體呈上升趨勢。漿液中氯離子質量濃度超過8 500 mg/L時，脫硫石膏的含水率超過12%；氯離子質量濃度在7 000～12 000 mg/L時，石膏含水率隨氯離子含量的增大而急劇上升；在氯離子含量大于16 000 mg/L時，石膏含水率基本穩定，脫水效果極差[2]。

經上述分析可見，在日常工藝控制中，為控制脫硫石膏達到10%以下的含水率，必須將漿液中氯離子的含量控制8 500 mg/L以下。

4 結論

脫硫漿液的密度、pH值以及氯離子的含量對于整個脫硫工藝的影響非常明顯，本文通過對公司脫硫生產相關數據的匯總分析，結合脫硫理論相互印證，找出了以下三個重要參數，在生產中的最佳控制范圍：

1）建議將脫硫漿液的密度（質量濃度）控制在1.063～1.114 g/L，既保證了脫硫效率，也保證了工藝的經濟性。

2）建議脫硫系統脫硫漿液的pH值應控制在4.8～5.5之間，不但有利于S02的吸收和轉化，而且有利于生產組織。

3）為保證脫硫石膏含水率達到12%以下，必須將漿液中氯離子的質量濃度控制8 500 mg/L。