電廠電石渣-石膏濕法脫硫工藝的應用

張濤，陸飛，焦勇(陜西北元集團錦源化工有限公司，陜西 神木 719319)

0 引言

我國到目前為止工業(yè)水平已經(jīng)得到了飛速的進展，但不可否認的是，在工業(yè)快速發(fā)展的同時也給環(huán)境帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)，硫氧化物排放總量一直居高不下，引發(fā)酸雨等環(huán)境問題。國家也加強了對環(huán)境保護的力度，在這種背景下，給火電廠的脫硫工藝提出了更高的要求。當前火電廠普遍應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，但鑒于其成本相對較高的特點，近年來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，一方面可以實現(xiàn)降低火電廠運營成本，隨著火電廠的生產(chǎn)活動進行，會產(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現(xiàn)節(jié)能降耗，同時可以降低火電廠的耗電率，進一步提高火電廠的經(jīng)濟效益[1]。另一方面，電石渣作為脫硫劑的效果也頗為可觀，脫硫率可高達百分之九十八，減少了直接排放到大氣中的硫氧化物，保護了大氣環(huán)境，符合了國家關(guān)于污染物排放的標準要求?？梢哉f，以電石渣作為脫硫劑實現(xiàn)了新的突破，但是其依然存在著較嚴重的現(xiàn)實問題，大部分火電廠是在以石灰石作為脫硫劑的基礎上進行改造，使用電石渣-石膏脫硫工藝。在實際工作中存在著不少的問題，因此對電石渣-石膏脫硫工藝的應用研究具有十分深遠的意義。

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)過除塵等處理后，進入到脫硫塔中。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)過脫硫塔中的三臺循環(huán)泵將漿液供給上部的噴淋系統(tǒng)，供脫硫循環(huán)使用，在煙氣進入脫硫塔后，折流向上，通過與噴淋系統(tǒng)噴出的霧狀區(qū)域接觸，發(fā)生化學反應達到脫去煙氣中二氧化硫的目的，生成亞硫酸鈣，在經(jīng)過與氧化風機送出的氧化空氣發(fā)生氧化反應生成二水硫酸鈣，也就是石膏。經(jīng)過脫硫處理后的煙氣在經(jīng)過除霧器除去水分后，排入到大氣中。而石膏漿液經(jīng)過脫水處理最終生成含水率為百分之二十八的石膏進入到石膏庫中。

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)生反應生成亞硫酸，此過程中會伴隨著部分的電離反應：SO2+H2O→H2SO3→2H++SO32-。之后電石渣漿液中的氫氧化鈣與亞硫酸發(fā)生化學反應生成亞硫酸鈣：H2SO3+Ca(OH)2→CaSO3+2H2O。最后亞硫酸鈣與氧化風機送出的氧化空氣發(fā)生氧化反應生成石膏：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題及解決措施

用石灰石作為脫硫劑的脫硫工藝應用時間相對來說較長，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計大部分是以原有基礎上改進而來的。由于氫氧化鈣和碳酸鈣在化學性質(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會有以下問題出現(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，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，泵體葉輪和泵體機械密封因與電石渣漿液接觸較為頻繁，也會出現(xiàn)較為常見的漏漿現(xiàn)象，需要不定期更換機械密封[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期運行且與大顆粒物質(zhì)接觸頻繁導致磨損腐蝕，出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，使脫硫系統(tǒng)不能長期穩(wěn)定運行。

解決措施：用電石渣-石膏濕法脫硫時，電石渣漿液中的大顆粒物質(zhì)是造成磨損的主要原因，因此要對電石渣漿液進行預處理?？梢钥紤]在電石渣漿液進入吸收塔之前，在入口處用粗濾網(wǎng)過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，通過筒狀篩網(wǎng)的勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生離心力，將漿液從篩孔篩縫等部位甩出。通過這樣的分級過濾，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，一定程度上保護了管道不受損害。另外，對設備管道進行改良，使用高防腐、高耐磨性材料是保證脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運行的有效手段。比如使用無機陶瓷材料碳化硅，因其具有高硬度、高防腐蝕性、高耐磨性和耐高溫等特點，對與電石渣漿液和石膏漿液接觸較為頻繁的設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，從而提高設備管道的防腐性能。對于泵體葉輪、閥門閥板和攪拌機葉片等容易受到磨損的位置可選用C276合金材料來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值過高，會使電石渣溶解受到影響，亞硫酸鈣不能充分溶解導致形成沉淀，不利于其進一步氧化形成石膏。塔內(nèi)漿液pH值過低，一方面不利于脫硫反應，另一方面因其呈強酸性會加劇設備的酸腐蝕，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。同時延長吸收塔內(nèi)漿液的循環(huán)時間，并提供大量的空氣可以較好的控制氧化反應生成石膏。還可以將脫硫漿液和氧化漿液分隔開來，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，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗，增加火電廠經(jīng)濟效益的目的。

2.3 石膏脫水問題及解決措施

在對利用電石渣-石膏濕法脫硫工藝生成出的石膏進行脫水時，濾餅厚度遠達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，對于生產(chǎn)出的副產(chǎn)品進行拋棄處理，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，一旦吸附在石膏表面會堵住石膏的疏水通道，不利于用真空皮帶機對其進行脫水[5]。

解決措施：火電廠可以考慮對石膏脫水系統(tǒng)進行改良，已有學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特點，通過旋流分離器、一級沉降槽和二級沉降槽、真空帶濾機等設備[6]，分兩次沉降出去石膏漿液中的雜質(zhì)，通過設備的內(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)的實施效果

陜西北元化工集團熱電分廠配備兩臺130 t/h 鍋爐煙氣脫硫工程，每臺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濃度設計值為≤2 000 mg/Nm3(6%O2)，出口SO2濃度≤35 mg/Nm3(6%O2)，脫硫效果超過了百分之九十八點三，出口粉塵≤5 mg/Nm3，同時成品石膏品質(zhì)含水率(全水)均小于28%。有效降低了該廠的運營成本。

4 結(jié)語

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)約很多的運營成本，提高脫硫效率，更好的保護大氣環(huán)境。同時節(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題，將電石渣回收再利用也符合國家提倡的節(jié)能降耗目標。但鑒于電石渣的化學特性和石灰石存在著較大的不同，在實際生產(chǎn)過程要有針對性的對相關(guān)設備進行改良。本文針對利用電石渣-石膏濕法脫硫的應用方面存在的共性問題提出了解決對策，包括以下方面：針對設備管道容易遭受腐蝕損壞的現(xiàn)象，可以對電石渣漿液進行預處理除去大顆粒物質(zhì)，同時利用抗腐蝕性、抗磨損高的碳化硅材料改良設備；針對脫硫過程中所需pH值和氧化過程中所需pH值互相矛盾的問題，可以將氧化系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)分隔開來，實現(xiàn)高pH值脫硫，低pH值氧化；針對石膏脫水困難的現(xiàn)象，可以改良石膏脫水設備，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。