影響燃煤電廠脫硫石膏品質的主要因素及改善措施

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作者 |孫江穎

北京國電龍源環保工程有限公司

摘　要 ：石灰石 - 石膏溼法煙氣脫硫技術是國內燃煤電廠應用最廣泛的煙氣脫硫技術，其副產物脫硫石膏的綜合利用對節約資源、保護環境具有重要意義。在火電廠的實際工作中，脫硫石膏的品質易受多方面因素的影響，因此影響了脫硫石膏的再利用。針對化學物質、運行條件和系統設備對脫硫石膏品質的影響進行分析，為改善和穩定脫硫石膏品質提供參考。

關鍵詞：煙氣脫硫；燃煤電廠；脫硫石膏；影響因素；改善措施

從20世紀70年代開始，歐美等發達國家已經開始利用脫硫石膏，近些年隨著我國環保力度的持續加大，人們也越來越認識到脫硫石膏利用的重要性。可以被利用的脫硫石膏需滿足兩個條件，顆粒大小在100μm 左右且含水率不高於10%，所以，如何控制脫硫石膏的產出品質是其再利用的前提。圖1為石膏生成化學原理圖。

圖1 石膏生成化學原理

1 外部條件

1.1 二氧化硫濃度

原因 ：一定量的脫硫漿液所能吸收的二氧化硫是固定的，因此，當原煙氣中的二氧化硫含量過高時，生成的漿液中亞硫酸鈣含量增加，使得石膏品質降低，且脫水難度較高。解決措施 ：控制二氧化硫含量忽然升高可以使用設計煤種，做好高硫分、高灰分的燃煤混燒工作，避免與設計煤種區別較大的燃煤集中使用。

1.2 飛灰的含量

原因 ：飛灰在一定程度也影響著二氧化硫與脫硫劑的反應程度，絕大部分進入吸收塔內的飛灰粒徑均小於10μm，與石膏可以良好結晶的粒徑相差甚遠，因此，控制原煙氣中的飛灰含量可以提高脫硫石膏的品質。解決措施 ：控制飛灰含量可使用布袋除塵器或電除塵等除塵技術進行控制，在一定程度上減少了飛灰對脫硫石膏品質的影響。

1.3 石灰石品質

原因 ：石灰石品質的主要區別在於純度、粒徑、表面積、活性等，其主要成分碳酸鈣決定了吸收劑的利用率及活性，而大部分的天然石灰石中含有如二氧化硫等雜質，若雜質的成分過多亦會影響脫硫效果，所以溼法脫硫工藝中規定石灰石中碳酸鈣 ≥91%（w），同時石灰石粒徑的大小決定著其溶於水的難易程度，因此，石灰石粒徑越小，其相對表面積就會越大，那麼其溶於水的速度就會更快，可明顯提高吸收劑利用率以及脫硫效率。解決措施 ：目前市面上的石灰石粉主要使用的是325目90% 通過和 250 目 90% 通過，一般優質的石灰石具有氧化鈣含量高、活性高、硬度較低等，使用中低硫煤時石灰石的細度應保證 250 目，使用中高硫煤時石灰石應保證 325 目，提高石灰石的利用率，減少石膏中石灰石的殘餘。

2 運行條件

2.1 漿液pH值

脫硫系統工作中，漿液 pH 值是一項重要的參考數據，pH值的高低可直接影響到石膏的生成品質。漿液 pH 值提高時可提高二氧化硫吸收率，但設備結垢現象明顯增多 ；而二氧化硫吸收速率隨著 pH 值的降低會逐漸減緩，在 pH 值低於4時趨近於0。漿液 pH 值在4~5.1時，由於石灰石顆粒被 F-Al 絡合物包裹，從而導致了石灰石溶解速率的降低 ；漿液 pH 值高於5.8時，漿液中的 H+持續變低，漿液中會析出 CaSO3·1/2H2O並包裹在石灰石表面，使得石灰石的活性降低。因此在脫硫系統的實際工作時，漿液 pH 值一般控制在5.0~5.8，超出這一區間均會影響到石膏的品質。

2.2 漿液溫度

石膏的形成也受漿液溫度的影響，在一定的溫度範圍內，石膏的品質隨溫度的上升而提高，過高和過低的溫度都會對石膏晶體的形成產生影響，因此，脫硫工藝規定將石膏結晶的溫度控制在40~60℃，過低的溫度會使得石膏結晶為針狀，而溫度過高時，晶體生成速率加快，會形成較多的晶核，導致晶體形狀不易再利用，因此適宜的溫度既能保證石膏生成品質，也避免了脫硫系統的結垢。

2.3 漿液密度

石膏漿液密度通過影響石膏漩流器的分離效果和石膏的結晶時間影響石膏的含水率。據資料顯示，石膏結晶體含量最高的時刻是在吸收塔內固體含量在15%~18% 時。石膏含量隨漿液密度的降低而降低，當漿液密度過低時，不僅石膏的品質得不到保證，並且因石灰石細顆粒的影響，後續的石膏脫水也將變得異常困難 ；漿液密度過高一般發生在石灰石過量的情況下，在石灰石過量的情況下，二氧化硫的吸收被抑制，產生與漿液密度過低時相同的困境。因此在實際的脫硫工作中，打開排出泵進行石膏脫水的時機是當石膏漿液密度達到1120~1140kg/m3且含固量約為18% 時。

2.4 漿液過飽和度

石膏晶體首先是由漿液中石膏濃度飽和時產生石膏晶束，晶束再逐漸形成晶種，晶種逐漸長大而形成的，因此，吸收塔內的石膏漿液應當穩定在一個恰當的飽和度，從而確保石膏晶體的生成。晶種生成和晶體長大這2個階段的反應速度與石膏漿液的相對飽和度相關，當石膏漿液的相對飽和度小於零時，無晶體生成，當石膏漿液的相對飽和度大於零（一般情況下在0.1左右）時，晶體逐漸長大，而石膏漿液的相對飽和度較高時，極易產生針狀結構。根據實際的運行經驗來看，石膏漿液的相對飽和度穩定在0.25~0.30最佳。

2.5 吸收塔內液位

吸收塔可以按照不同的設計要求變換不同的液位，當液位較低時，使得氧化空氣與漿液的反應時間變少，導致氧化不到位，最終增加了石膏的脫水難度 ；當液位較高時，石膏泵出時間長，可以生成更大的石膏晶體，但也增加了循環泵對已生成晶體的破壞機率。結晶時間過長或過短均不利於生成易脫水的塊狀或稜柱狀石膏晶體，因此，通過吸收塔內相對恆定液位來調節控制石膏的結晶時間。

2.6 氧化空氣量

氧化反應在一定程度上也會影響脫硫石膏的品質。其原理是部分 HSO3-在吸收塔噴淋區被煙氣中氧氣所氧化，其他的HSO3-在反應池中被氧化空氣完全氧化，進而產生碳酸鈣，生成石膏產品。當氧化空氣量較少時會產生結垢現象，進而影響了石膏的品質 ；當氧化空氣量較多時則會增加能耗，提高成本。所以在煙氣量、二氧化硫濃度、Ca/S 摩爾比、煙溫等參數基本恆定的情況下，若石膏中CaSO3·1/2H2O 含量大於0.5% 時應及時調整氧化風機增加供氧量。

3 結語

燃煤電廠煙氣脫硫工藝所產生的石膏，其品質的高低決定了利用的價值，只有提高脫硫石膏的品質，才能夠應用到更多的領域，創造更多的價值。但是，受限於諸多因素對脫硫石膏生成過程的影響，石膏品質的控制一直較為困難。為此，需要將整個脫硫系統看做一個有機整體，從化學物質、運行條件和系統設備三個方面共同著手，在結合運行實踐的基礎上進行系統監管，保證脫硫系統各參數的實時、可控，才能真正實現脫硫石膏品質的改善和穩定。

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本文發表於：《工藝與設備》

作者簡介：孫江穎，主要從事電廠脫硫脫硝工作。