石灰石濕法煙氣脫硫石膏脫水影響因素及解決辦法

于海超，孫 鸞，王 兵

（1.青島西海岸公用事業集團易通熱電有限公司，山東青島 266000；2.青島市黃島東方總公司，山東青島 266000）

伴隨當前民眾生活水平的提高和能源消耗的不斷增長，煤炭的燃燒和使用量只增不減，燃煤煙氣中包含了大量的有毒有害氣體，如一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和粉塵等，這些有毒有害氣體對人體和生態環境造成了嚴重威脅。其中，二氧化硫氣體因含量高危害大，數據顯示其已然成為大氣主要污染物之一。隨著人們對生活質量和身體健康越來越看重，二氧化硫排放所造成的危害已不容忽視，因此其有效排放的控制和治理越發顯得刻不容緩。針對這種現狀，為控制二氧化硫有效排放，國家將二氧化硫明確為主要污染物減排指標之一。其中，最常用來進行燃煤煙氣脫硫的方法之一便是石灰石濕法脫硫，這種工藝的副產物是石膏。石灰石濕法脫硫工藝設計時要求脫硫石膏漿液經脫水后含水率應不高于15%，如此在經過壓濾后較好成型，但是在實際工藝運行中脫硫石膏漿液的脫水效果有時會存在不理想的狀況。對于此現象，本文總結了一些因素和解決辦法。

1 石膏脫水原理概述

石膏脫水是一種固液分離的工藝，脫水過程中采用的脫水方式、設備、升溫速率、加熱時間、蒸汽壓力、環境濕度和溫度、石膏的雜質含量、石膏顆粒粒徑大小等都會影響脫水過程。在脫硫塔內，脫硫漿液吸收SO2后會經歷氧化過程，形成石膏液，在SO2不斷吸收的過程中，漿液的密度逐漸增加，當到達合適密度后，壓濾系統則對部分漿液進行脫水處理，脫水的目的是保證吸收塔內的漿液密度保持在設計范圍以內。壓濾系統由旋流器和真空皮帶壓濾機兩部分組成，旋流器將石膏漿液帶到真空皮帶壓濾機的濾布上，漿液中的水分會在吸力和重力的作用下去除。在皮帶的作用下，石膏脫水后被傳送到石膏庫。在物理化學性質方面，脫硫石膏與天然石膏基本相同，只是脫硫石膏中的二水石膏含量略高于天然石膏，且具有再生石膏的某些性質[1]。經過國內外相關研究，證明了脫硫石膏與天然石膏在成分、性能和可造作性等方面基本相同，并且脫硫石膏符合相關應用標準和要求，因此，脫硫石膏可作為安全的建筑材料使用。

2 石膏脫水效率的影響因素及解決辦法

在脫硫過程中，石膏脫水系統偶爾會有一些常見的問題和狀況出現，如石膏表面黏稠、含水率過高，漿液無法脫出石膏，石膏中有大量雜質等[2]。石膏漿液脫水效果不好，其原因是多方面的，需要具體情況具體分析，接下來將對影響石膏脫水的原因進行分析。

2.1 石膏結晶體的影響

在吸收塔內，石膏漿液的雜質是影響脫水的重要原因，煙氣中的飛灰和脫硫水中所含的雜質都是石膏漿液中雜質的主要來源，一方面這些雜質會干擾塔內的化學反應，從而對生成石膏結晶產生影響；另一方面，夾在石膏晶體之間的雜質會堵塞石膏晶體和游離水之間的通道，從而影響脫水效率[3]。從化學理論上來說，上升的煙氣會與回流的石灰石懸浮液反方向進行接觸反應，去除SO2和SO3，被吸收的SO2、SO3在塔內與懸浮液中的石灰石成分反應生成CaSO3，并在脫硫塔中被空氣氧化變為CaSO4，進一步析出形成石膏晶體[4]。在整個脫硫反應中，石膏的結晶反應如下：

石膏漿液脫水效果往往會受到石膏晶體結晶狀況的影響，在通常情況下，石膏的脫水性會隨著石膏結晶的變小而變差。這是因為漿液在脫硫塔內停留時間過短會使得石膏晶體粒徑變小、變密，影響了石膏漿液的脫水效率，因此，在實際的脫硫系統運行中需要確保足夠高的脫硫塔液位，為石膏晶體的生長提供足夠的空間，并且要根據脫硫塔內密度控制合理的壓濾時間，為晶體生長提供合理時間[5]。

2.2 漿液中CaSO3 含量

漿液中CaSO3含量多少也是影響石膏脫水效率的重要原因之一。當脫硫塔內漿液沒有充分氧化時，會導致漿液中CaSO3含量過高，漿液中CaSO3含量過飽和時會生成針狀的CaSO3·1/2H2O晶體，石膏漿液密度會因CaSO3·1/2H2O含量過高而變大，變黏稠，這都不利于石膏脫水，給石膏脫水造成一定困難，此時不論壓濾機的吸力多大，水分都無法完全從其中分離出來。此外，pH對CaSO3含量也會有一定的影響，表1總結了50℃時，不同pH下石灰石、CaSO3·1/2H2O和CaSO4·2H2O的溶解度

表1 50℃時不同pH下石灰石、CaSO3·1/2H2O和CaSO4·2H2O的溶解度（mg/L）

如 表1所 示， 當pH由 低 變 高 時，CaSO3·1/2H2O的溶解度顯著下降，易析出CaSO3·1/2H2O晶體，CaSO4·2H2O的溶解度增加，但是增加的幅度很小；pH越低，石灰石越容易溶解、CaSO3也就越容易氧化生成石膏，pH越高越不利于石灰石的溶解及CaSO3氧化生成石膏。但是在實際脫硫系統運行中，pH過低，SO2的吸收會受到一定阻礙，存在SO2的折算值超標的可能，在實際操作中，pH控制在4.5～6.0就完全可以控制SO2的折算值達標[6]。因此在綜合思考后，需要嚴格控制pH在4.5～6.0，同時增加氧化風量，使亞硫酸鈣可以得以充分氧化，控制CaSO3·1/2H2O晶體的析出。

2.3 石膏漿液性質的影響

影響石膏脫水的石膏漿液的性質主要有漿液密度、石灰石純度、漿液中氯離子與煙塵含量。

2.3.1 漿液密度

漿液密度會影響水力旋流器的運行進而影響石膏的脫水效率。究其原因為：漿液密度低時，其固體含量也就低，這不利于漿液中水的分離，可以通過增加脫硫塔內吸收液的循環時間來改善，這樣一來可以讓石膏結晶得到充分的生長，進而提高了漿液的密度。當漿液密度過高時，會使得石膏中的碳酸鈣含量增加，因此降低了石膏的質量，而且碳酸鈣的粒徑較小，使得石膏脫水愈發困難。此外，對于設備來說漿液密度過大會使漿液的磨損性增加，減少金屬材質的壽命，還會使得泵、攪拌器等的電流升高，增加耗電量。

2.3.2 石灰石純度和目數

石灰石中的雜質會影響吸收塔中石膏的結晶，同時石灰石純度和目數也會對SO2的吸收產生一定影響，因此在操作運行中需要控制好石灰石的純度和目數，密切監控石灰石質量，這是保障脫硫系統正常運行至關重要的一環。

2.3.3 漿液中氯離子含量

漿液中的氯離子也是影響脫水效率的原因之一，漿液中的氯離子一部分來源于煙氣中的HCl，一部分來源于工藝用水，漿液中的這些氯離子與鈣離子反應會生成穩定的氯化鈣，這會使得石膏晶體具有一定的含水量，此外，留在石膏晶體間的CaCl2會堵塞晶體間用于游離水流通的通道，因此，增加了石膏的含水率，從而影響了石膏的正常脫水過程。有相關研究發現，如果能將氯離子的濃度控制在20 000×10-6以下，并且定時更換實驗用水，就會降低漿液中氯離子的含量，從而有效避免氯離子對石膏脫水的影響[7]。

2.3.4 煙氣粉塵含量

漿液中粉塵含量過大時，脫硫系統設備會形成嚴重的磨損，同時堵塞濾布，導致石膏漿液脫水受到影響。因此需要在運行中提高布袋除塵設備的除塵效率，降低漿液中粉塵的含量。

2.4 旋流器和真空皮帶壓濾機的運行情況

2.4.1 旋流器的運行情況

旋流器安裝在工藝設備的最頂部，且包含多個石膏旋流裝置。石膏排放泵把在吸收塔中形成的石膏輸送到漿液旋流器。經過離心旋流器的離心后，石膏中的水分被分離，保持石膏含水率在50%～80%。

噴射出的漿液呈放射狀，旋流器底流中漿液的濃度較低，因此，在實際運行過程中，石膏漿液的脫水效率較低。當旋流器的入口壓力偏大時，石膏排出的流量也就大，此時應調節排出泵的回流閥門以更好地控制壓力，或者采用更換噴嘴的方式來解決問題。此外，沉沙嘴的尺寸也是影響脫水效率的原因，當沉沙嘴尺寸大時，漿液中固體含量會較少，顆粒物的粒度也會變小，從而影響石膏的脫水效果。

2.4.2 真空皮帶壓濾機的運行情況

從本質上來說，真空帶式輸送機對石膏漿液的脫水過程是一個過濾的過程，要分離的氣液混合物被放在有細孔的過濾介質一側，流體則在壓差的驅動力作用下通過細孔流向介質另一側，把流體中的固體顆粒截流下來，從而實現分離固液顆粒的目的[8]。

2.4.2.1 真空度的影響

真空泵會產生正壓和負壓。正壓要被排放到大氣中，在此過程中，保持正確的真空度需要控制濾餅的厚度，而濾液回收系統的正常運行則需要真空泵產生的負壓維持。工藝用水用來密封和冷卻泵，氣封裝置的清潔則需要自動排放閥來控制。

石膏的脫水性能受真空皮帶機真空度的影響也很大。當真空度過低時，所產生的壓力差非常小，漿液中水分難以抽吸除去，石膏在脫水過程中會存在水分吸入不足的問題。當真空度過高時，會堵塞濾布，進而影響脫水過程[9]。

2.4.2.2 濾布堵塞的影響

濾布堵塞也會影響石膏的脫水效率，濾布清洗箱中會有密封水，這些水在濾布清洗泵的作用下被泵至帶式傳輸機上，以清洗濾布、濾帶，同時保持濾帶的潤滑。而在此過程中，濾布堵塞會對脫水效果產生一定的影響，增加石膏的含水率。在工況條件一定時，濾布透氣性好，則脫水效果好，濾布透氣性差，則脫水效果差。漿液中氯離子含量、粉塵和雜質含量以及沖洗濾布的水量等都是造成濾布堵塞的原因。

2.4.2.3 濾餅厚度的影響

濾餅的厚度是影響脫水效率的又一因素。濾餅過厚，石膏脫水效率差，含水量高；濾餅過薄，會因濾餅厚度不均勻造成局部的泄漏，同樣會導致石膏脫水效率差，因此，濾餅的厚度應控制在20～25mm之間。同時，為了得到厚度合適的濾餅，脫水機驅動電源上的逆變器會通過厚度傳感器檢測到濾餅的厚度，從而控制脫水機的速度。

3 結束語

石膏漿液脫水，一項看似非常簡單的工藝，實際上卻受到很多因素的影響和控制。在平時的工藝運行過程中，為了使脫水效果保持良好，需要多管齊下，提前對可能出現問題的每個環節做好檢查，對已經出現或將來可能出現問題的環節不斷進行改進以及調試，以確保脫硫系統及石膏漿液脫水系統的設備正常、安全運行，讓整個脫硫生產過程可掌控，穩定、持續、正常地運行。