淺析影響燃煤電廠脫硫石膏品質因素

方光旭 昌吉回族自治州產品質量檢驗所

1 前言

從20世紀70年代開始，歐美等發達國家已經開始運用脫硫石膏，隨著我國環保要求提高，人們也越來越認識到脫硫石膏利用的重要性。隨著新疆昌吉州燃煤電廠日益增加，煙氣脫硫工藝的大規模投運，排放出更多的脫硫石膏，目前相當一部分還是以堆儲為主，已成為火電廠即粉煤灰后的第二大固體廢物，不僅占用土地資源，且對環境不利。可以被利用的脫硫石膏需滿足兩個條件，顆粒大小在100μm左右且含水率不高于10%，所以，如何控制脫硫石膏的產出品質是其再利用的前提。

2 脫硫石膏的生成過程

煙氣脫硫石膏是電廠采用濕式石灰石（石灰）—石膏法煙氣脫硫時產生的副產物。它的主要成分為二水硫酸鈣，由煙氣中的SO2與脫硫劑CaCO3發生反應經強制氧化生成的[1]。以石灰石—石膏濕法工藝為例（圖1），石灰石經破碎、制粉，配置漿液進入吸收塔，在吸收塔內，煙氣中的二氧化硫首先被漿液中的水吸收，再與漿液的CaCO3反應生成CaSO3，CaSO3被鼓入的氧化空氣中的O2氧化，最終生成石膏晶體CaSO4·2H2O。

圖1 石灰石—石膏濕法煙氣脫硫系統

3 脫硫石膏主要化學成分檢測

昌吉州產品質量檢驗所以昌吉州科技項目（燃煤電廠固廢綜合利用關鍵技術研究及應用）為引領，按照標準JC/T 2074—2011《煙氣脫硫石膏》抽取昌吉州轄區內12家燃煤電廠的脫硫石膏，共計12批次，進行檢測并分析。在檢驗過程中，利用我所現有專業技術人員及檢驗設備，完成對脫硫石膏的檢測任務，具體檢測如下。

（1）原材料。產地：昌吉州轄區內12家燃煤電廠的脫硫石膏。物理特性：粉狀，細度0.15mm孔篩全部通過。

（2）化學藥品。鹽酸、硫酸、硝酸、碘化鉀、鉻酸鉀、硝酸銀溶液、硫代硫酸鈉溶液等。

（3）儀器與設備。電子天平（0.1mg）、瓷坩堝、烘箱、玻璃容量器皿、磁力攪拌器、pH計等。

4 影響脫硫石膏品質的主要因素

脫硫石膏目前在中國的現狀與歐洲20多年前遇到的情況一樣，電力企業僅根據國家的要求安裝脫硫系統并運行，以滿足大氣排放對于脫硫的要求為限，對其副產品脫硫石膏的品質不做要求，導致脫硫石膏質量不穩定。而下游的建材行業，雖竭力消化，但由于原材料品質參差不齊，導致產品質量難以穩定。通過脫硫石膏的生成過程發現，石膏漿液的品質直接影響到石膏生成品質的質量，脫硫石膏的品質又直接影響到以脫硫石膏為原材料的產品。通過表1的檢測數據，發現其數值偏差很大，正是由于每個電廠的石膏漿液品質不同，才影響到脫硫石膏的質量有大的偏差。因此，我們通過分析影響石膏品質的主要因素，充分利用脫硫石膏的優點能把它運用到各行各業。

表1 脫硫石膏主要化學成分檢測

4.1 石灰石品質的影響

石灰石作為SO2的吸收劑，它的品質不僅影響脫硫的效率，還影響石膏漿液的品質。石灰石的品質主要有以下指標：粒徑、化學成分、活性、比表面積等，其中化學成分包括氧化鈣、氧化鎂、二氧化硅等。化學成分中的氧化鈣含量越高，越有利于提高脫硫效率和石膏品質；氧化鎂含量越高，石灰石的活性越低，影響石膏生成的品質；二氧化硅會量高，影響脫硫工藝設備的耐磨性。石灰石粉的粒徑越小，其比表面積越大，溶解性越好，反應效率高；相反，如果粒徑大，必須在很低的pH值下才能充分溶解，但這樣又影響了脫硫效率。石灰石的活性越高，反應速度越快；相反，反應速率越快的石灰石粉，其活性越好。根據濕法石灰石—石膏法脫硫設計技術規范要求，石灰石中的碳酸鈣含量大于90%，因此我們電廠燃用中低硫份煤種時，石灰石細度要保證250目90%以上的過篩率，燃用高分煤種時，石灰石細度要保證325目90%以上的過篩率。

4.2 漿液pH值

漿液的pH值對石灰石的溶解、石膏的生成、脫硫效率、亞硫酸鈣的生成都有不同影響，侯慶偉等[2]利用物理化學方法，對25℃下的石灰石濕法煙氣脫硫系統進行了分析，給出了脫硫系統pH值控制范圍為2.233～5.493。通過與電廠溝通，在實際操作中，若pH值低于5以下時，亞硫酸鈣將生成亞硫酸氫鈣，驟然pH值增加時，亞硫酸氫鈣轉化成亞硫酸鈣，急速結晶導致結垢，影響石膏的品質[3]。一般認為pH值控制在5.5～6.0效果比較好。

4.3 石膏排出時間

石膏排出時間指吸收塔氧化池漿液最大容積與單位時間排出石膏量之比，漿液在一定時間內，停留在脫硫塔內，有利于亞硫酸鹽的氧化和石灰石的充分反應，但是時間過長，容易造成生成石膏晶體在輸送過程中的破壞。

4.4 氧化風量及鼓風反應速率

保證足夠的氧化風量可以讓石膏漿液氧化效果更好，可以使漿液中的亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，否則石膏中的亞硫酸鈣含量過高影響石膏品質。

4.5 雜質

漿液中的雜質主要來源于煙氣中的飛灰、石灰石中的雜質和被漿液洗脫下來的氯離子。漿液中雜質過多，則會影響石灰石的溶解，導致漿液pH值降低，脫硫效率下降；當氯離子含量過高時，石膏脫水性能會下降。

5 結束語

通過試驗研究結果分析，我們發現脫硫石膏的技術性能完全可以替代天然石膏，并作為鈣質原料純度高、無放射性、價格低廉等優點，在個別領域，可以對脫硫石膏進行技術改進，使它變成合格的原材料。對于脫硫石膏能廣泛利用還需要政府的大力扶持，通過一些政策優惠來吸引科技研發，利用地域優勢、企業規模、資源現狀、應用前景等，開發出脫硫石膏綜合利用的新技術、新工藝、新產品，更好地處理脫硫石膏，讓大量的脫硫石膏早日變廢為寶。