燃煤電廠脫硫石膏質量控制技術探討

陳哲

摘 要：煤炭是我國能源結構中的主要環節，國家每年燃煤量巨大。在燃煤生產過程中難以避免會產生大量SO2，其對環境所造成的污染嚴重，必須加以控制。目前燃煤電廠在燃煤發電過程中的煙氣脫硫處理會采用濕法脫硫工藝，它利用碳酸鈣與煤炭燃燒后所釋放的SO2進行化學反應，最終產生脫硫石膏這一最終產物。脫硫石膏的質量優劣就直接決定了燃煤電廠煙氣脫硫的整體質量與經濟效益。本文就重點研究了燃煤電廠脫硫石膏的生產質量控制相關技術。

關鍵詞：脫硫石膏；燃煤電廠；質量控制技術；石灰石；FGD系統

燃煤電廠控制SO2污染的途徑主要有三：燃燒前脫硫、燃燒過程中脫硫以及燃燒后脫硫，而選用脫硫石膏是因為它的脫硫品位高，至少能夠達到90%以上，且它能夠在一定程度上彌補我國目前天然高品位石膏的產量、儲量嚴重不足問題，具有一定的生產經濟價值。

1 脫硫石膏的反應原理

在燃煤電廠中，鍋爐燃煤燃燒會產生大量高溫煙氣（120℃以上），這些煙氣會全部被吸入到除塵設備與脫硫吸收塔中，而吸收塔內脫硫煙氣有10%～15%的部分降雨石灰石漿液接觸。在接觸過程中，脫硫煙氣中的二氧化硫會被吸收并產生化學反應生成亞硫酸鈣，亞硫酸鹽在氧化后生成硫酸鈣，最終冷卻結晶生成二水合硫酸鈣。因為石灰石的溶解度與活性都相當良好，所以它的脫硫效率能夠至少達到85%以上，它可大量吸收吸收塔氧化區內的是高漿液，并在水力旋流過程中逐漸稠化，最后石膏漿液的含固量會達到40%以上。此時利用帶式真空過濾機對其進行過濾，脫去石膏漿液中的大量水分，就能夠形成脫硫石膏。以下給出脫硫石膏形成過程中吸收氧化化學反應的主要流程[1]：

首先由吸收塔進行吸收反應：

2SO2+H2O→H2SO3.

然后進行中和反應：

CaCO3+H2SO3→CaSO3+CO2+H2O.

然后進行氧化反應：

CaSO3+1/2O2→CaSO4.

最后結晶：

CaSO4+2H2O→CaSO4·2H2O.

獲得脫硫石膏的總化學反應：

SO2+H2O+1/2O2+CaCO3→CaSO4·2H2O+CO2↑

2 石灰石粉品質對脫硫石膏質量的影響分析

在脫硫石膏生成過程中，石灰石粉起到了很重要的作用，因為目前的石灰石——石膏濕法脫硫就采用它作為吸收劑，而這一吸收劑的消溶速度會直接影響到整個FGD系統對于二氧化硫的整體吸收速度。可以將石灰石粉消溶性能應該成為石灰石活性的重要參數指標。另外就是石灰石粉的溶解度，在FGD系統運行過程中，石灰石粉溶解度會受到吸收塔運行中pH值的動態影響。另外一點就是石灰石粉在化學反應過程中所體現出的活性本質與吸收塔內某些未溶解的石灰石CaCO3含量息息相關，同時也要考慮石灰石中少量含有的MgCO3，即要全盤考慮吸收塔中石灰石粉的溶解形式與溶解過程。在石灰石漿液全部進入吸收塔以后，它其中含有的白云石部分不會被溶解，而是跟隨副產物共同離開系統，形成脫硫反應效果，此時石灰石粉活性、濃度的高低就完全取決于FGD系統的脫硫過程，它會直接影響到脫硫石膏的最終質量。從化學反應角度來講，溶解石灰石會為脫硫反應提供其所需要的Ca2+、堿度以及SO2，所以石灰石粉活性越高，脫硫石膏中的雜質就越少，脫硫石膏的品質就越好。

考慮到燃煤電廠在實施濕法脫硫技術過程中會大量利用到石灰石這一吸收劑，所以當在所要求的標準溫濕度環境下CaO、脫硫煙氣中的SO2二者發生反應時，就會生成CaSO4以及少量的MgO、K2O、CaSO3等等，這些物質能夠繼續實施脫硫反應，安定煙氣中所有的硫分物質，而其中的Al2O3、Fe2O3等等由于不具備脫硫反應條件，則應該被視為是石灰石中的雜質徹底清除掉，避免它們也參與化學反應影響到脫硫石膏最終生成的性能與質量。

對于FGD系統而言，石灰石粉的品質控制也非常關鍵，因為在實際生產過程中吸收塔中的石灰石供漿量不斷增加，而漿液pH值卻沒有顯著提升，當吸收塔中石灰石漿液的CaCO3質量分數超過20%以后，吸收塔的脫硫工作效率就會呈現持續下降態勢。該階段許多燃煤電廠都會對所制成的石灰石漿液與入廠石灰石粉進行留樣活性測試，對它入塔前后的活性曲線進行對比判斷，一般來說石灰石粉的活性曲線是相對不穩定的，但從化學反應一開始它的pH值會呈現迅速下降趨勢，如果在20min內其pH值未能降到5以內，則說明FGD系統運行存在異常，這主要是由于石灰石粉的活性相對偏差所造成的。該問題的出現也證明FGD系統運行是否穩定還取決于石灰石粉的活性，因此燃煤電廠應該在石灰石粉進廠初期就做好品質控制，保證后期優質的煙氣脫硫效果[2]。

3 提升脫硫石膏質量的有效措施

3.1 對石灰石粉質量的質量控制

如上文所述，在石灰石粉進廠初期就做好質量驗收工作，同時做好對石灰石分留樣的管理工作，為后期樣品測試實驗做準備。對于留樣石灰石粉也要進行抽樣檢查分析，要保證樣品中的CaO含量在53%以上，且要求石灰石活性在90%以上。另外，要充分考察市場，選擇優等級石灰石粉原料商進行采購合作，總之就是要從源頭上做好脫硫石膏質量控制工作，確保FGD系統的正常穩定運行。

3.2 對脫硫煙塵的質量控制

對煙塵脫硫的質量控制主要圍繞煙氣系統展開，它是決定脫硫石膏品質的關鍵環節之一，由于燃煤電廠中要求煙塵含量要達到國家要求標準，所以如果煙塵含量超標，煙氣進入吸收塔就會造成吸收塔運行狀況惡化，直接導致石膏控制指標中的含水率、酸不溶物、Cl-含量無法達標，因此可以講吸收塔煙塵含量與煙塵脫硫工業過程息息相關，燃煤電廠需要為此改造電除塵系統，最大限度消除脫硫煙塵影響。

電除塵系統的除塵效率公式應該為：

根據該公式結合現場實際條件，對場地限制因素制約進行分析，例如觀察生產場地內的電場范圍，根據需要對其進行加長或加高，以有效加速粒子的驅進速度，實現對原電除塵高低壓控制環節的有效改造，達到燃煤電廠所要求的環保排放標準。就目前的脫硫煙塵除塵技術來看，采用布袋除塵器具有較高的除塵效率（99.89%以上），可保證吸收塔的排除煙塵濃度在30mg/Nm3以內，基本滿足燃煤電廠的環保生產標準。再一點，布袋除塵器相比于傳統靜電除塵器更易捕捉高比電阻塵粒，且能夠適應的質量濃度范圍也較大，可有效控制煙氣流速變化，整體除塵效果良好。

3.3 對FGD系統運行工況的質量控制

對FGD系統運行工況的質量控制主要看兩點，對吸收塔液氣比的控制要保證在15～20L/m?左右；對吸收塔漿液pH值的控制要保證在5.50～5.94范圍內。另外在脫硫石膏生成之前，還要對脫硫石膏的漿液密度進行控制，大概控制在1.1112～1.1500kg/m?范圍內，通過該數據來進行水分析出，保證最后所生成的脫硫石膏質量上乘[3]。

4 總結：

本文以燃煤電廠的脫硫石膏生產為背景，圍繞吸收塔、FGD系統、石灰石粉等等因素探討了脫硫石膏質量控制的相關影響因素與技術措施，希望以此來提高脫硫之高整體質量，優化燃煤電廠脫硫排污技術流程，為電廠實現綠色環保生產目標。

參考文獻

[1] 江丹.燃煤電廠脫硫石膏質量控制技術研究[D].復旦大學，2012.

[2] 王曉利，宋文波，王海鵬等.河北省燃煤電廠脫硫石膏中汞污染研究[J].中國科技成果，2014（16）：34-36，43.

[3] 潘荔，毛專建，楊帆等.中國燃煤電廠脫硫石膏綜合利用研究（上）[J].設備監理，2015（4）：40-43.