電廠電石渣-石膏濕法脫硫工藝的應(yīng)用

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)展的同時也給環(huán)境帶來了嚴(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)境問題。國家也加強了對環(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(jìn)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(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，符合了國家關(guān)于污染物排放的標(biāo)準(zhǔn)要求。可以說，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(yán)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(chǔ)上進(jìn)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(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(jìn)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(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(jìn)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(yīng)生成亞硫酸，此過程中會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題及解決措施

用石灰石作為脫硫劑的脫硫工藝應(yīng)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(shè)計大部分是以原有基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的。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(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(jī)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(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期運行且與大顆粒物質(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(jìn)行預(yù)處理。可以考慮在電石渣漿液進(jìn)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(hù)了管道不受損害。另外，對設(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)定運行的有效手段。比如使用無機(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，對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。對于泵體葉輪、閥門閥板和攪拌機(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(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值過低，一方面不利于脫硫反應(yīng)，另一方面因其呈強酸性會加劇設(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(yīng)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(jì)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(jìn)行脫水時，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，對于生產(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，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(jī)對其進(jìn)行脫水[5]。

解決措施：火電廠可以考慮對石膏脫水系統(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(jī)等設(shè)備[6]，分兩次沉降出去石膏漿液中的雜質(zhì)，通過設(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)的實施效果

陜西北元化工集團(tuán)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(shè)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(hù)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(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，在實際生產(chǎn)過程要有針對性的對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行改良。本文針對利用電石渣-石膏濕法脫硫的應(yīng)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(shè)備管道容易遭受腐蝕損壞的現(xiàn)象，可以對電石渣漿液進(jìn)行預(yù)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(shè)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(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。