岳春妹+馮月花+施依娜

摘 要： 以某電廠附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的脫硫石膏為樣本，對(duì)比其他電廠正常脫水石膏，對(duì)石膏成分、晶體形貌及粒徑分布進(jìn)行分析，確定了石灰石氧化鎂含量偏高是導(dǎo)致石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高的根本原因.石灰石中氧化鎂含量偏高致使?jié){液中鎂鹽含量上升，進(jìn)而導(dǎo)致漿液中石膏晶核過(guò)多，石膏晶體變小，惡化了石膏的脫水性能.石灰石中鎂含量過(guò)高會(huì)影響脫硫石膏結(jié)晶特性，導(dǎo)致脫硫石膏顆粒變細(xì)，也會(huì)增加磨制單耗，影響石灰石制粉細(xì)度，進(jìn)一步影響石灰石的溶解.建議電廠選購(gòu)石灰石時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮鎂含量.

關(guān)鍵詞： 石膏結(jié)晶； 粒徑分布； 含水率； 鎂

中圖分類號(hào)： X 701 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Abstract： Taking the gypsum with high adhesive moisture content as reference，which compared with the normally dehydrated gypsum from other power plants，gypsum composition，crystal morphology and particle size distribution were characterized to determine that high magnesium content in limestone was the dominant factor to result in high adhesive moisture content in gypsum.High levels of magnesium oxide content in limestone caused high magnesium content in slurry，which resulted in more gypsum crystal nucleus existed in the slurry.The gypsum crystals became smaller，which worsen the dehydration performance of the gypsum.Higher magnesium content in limestone had some effects on the crystallization of desulphurization gypsum，which made it become finer.And the grinding consumption increased，which had some impacts on the fineness of limestone powder and thus its solubility.It recommended that it should take magnesium content in limestone into consideration for power plants when purchasing it.

Keywords： gypsum crystallization；particle size distribution；moisture content；magnesium

石灰石石膏濕法煙氣脫硫工藝是目前大型燃煤發(fā)電機(jī)組的主流工藝，其原理是利用吸收劑石灰石與煙氣中的SO2發(fā)生反應(yīng)，生成亞硫酸鈣，進(jìn)一步氧化生成硫酸鈣結(jié)晶析出，經(jīng)真空皮帶脫水機(jī)脫水后形成副產(chǎn)品石膏，從而達(dá)到脫硫的目的.影響石膏品質(zhì)的因素較多，如石膏在漿液中的過(guò)飽和度、漿液的pH、氧化空氣用量、石膏脫水設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等.為產(chǎn)生可綜合利用的副產(chǎn)品就必須對(duì)石膏的結(jié)晶過(guò)程進(jìn)行有效的控制，使石膏結(jié)晶能夠生成純度高、易于分離和脫水的石膏顆粒.

某電廠采用石灰石石膏濕法煙氣脫硫工藝，脫水后石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)一直在10%左右，但自某段時(shí)期以來(lái)，石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)開(kāi)始持續(xù)升高.在對(duì)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行核查后，排除了設(shè)備故障的可能；對(duì)石膏成分、晶體形貌及粒徑分布進(jìn)行分析，確定是因石灰石中氧化鎂含量升高導(dǎo)致石膏晶體變小變薄，最終造成脫硫石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高.石膏附著水含量異常增高會(huì)影響脫硫系統(tǒng)和脫水設(shè)備的正常運(yùn)行，不利于石膏的儲(chǔ)存、運(yùn)輸及后續(xù)加工.大多數(shù)電廠在選購(gòu)吸收劑石灰石時(shí)，主要關(guān)注石灰石中氧化鈣含量，對(duì)石灰石中氧化鎂含量關(guān)注較少.此次該電廠因石灰石中鎂鹽含量過(guò)高導(dǎo)致石膏脫水困難的狀況可對(duì)其他電廠采購(gòu)石灰石時(shí)具有一定的借鑒意義.

1 石膏成分檢測(cè)結(jié)果

該電廠（以下稱為電廠A）石膏脫水正常時(shí)附著水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在10%左右，在某一段時(shí)期附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)持續(xù)升高，甚至超過(guò)20%.自電廠A石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷升高后，對(duì)石膏主要成分進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示.

2 石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高原因分析

2.1 石膏顆粒形貌與粒徑分布分析

對(duì)脫硫石膏進(jìn)行化學(xué)成分分析，并利用激光衍射法進(jìn)行粒徑分布測(cè)試.為了便于與脫水正常的石膏比較，另外選取兩家電廠（以下分別稱為電廠B、電廠C）的脫硫石膏作為對(duì)比，檢測(cè)結(jié)果分別如表2、3所示，表2中：D40表示石膏樣品的累計(jì)粒徑分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到40%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑，其物理意義是粒徑小于它的石膏顆粒占40%，大于它的石膏顆粒占60%；D10、D50、D90意義同理；D50是體積中間值直徑，用來(lái)表示石膏顆粒的平均粒徑；D[4，3]是體積平均粒徑，表示與該石膏群的顆粒形狀相同、總體積相同，但粒徑均勻的一個(gè)假想顆粒群的粒徑.

歐洲石膏行業(yè)協(xié)會(huì)[1]規(guī)定脫硫石膏顆粒尺寸大于32 μm的應(yīng)占60%，即樣品的D40應(yīng)大于32 μm.從表2、3可知，電廠A石膏（附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22.38%）D40為23.5 μm，電廠B石膏（附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.72%）D40為30.0 μm，電廠C石膏（附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.04%）D40為28.3 μm.雖然三家電廠D40均未達(dá)到協(xié)會(huì)要求，但電廠B、電廠C的石膏顆粒尺寸明顯大于電廠A，石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)也明顯較低.另外，電廠A石膏中約10%的顆粒尺寸小于8.9 μm，細(xì)顆粒較多.endprint

對(duì)比三家電廠石膏不難看出，石膏顆粒大小是影響石膏脫水性能最關(guān)鍵的因素.石膏顆粒越細(xì)，顆粒小的石膏占比越高，石膏脫水越困難，石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)就越高.

三家電廠石膏樣品在不同放大倍數(shù)下的電鏡圖片分別如圖1～3所示.由圖1可知：電廠A石膏呈薄片狀，且薄片狀石膏在機(jī)械攪拌、漿液循環(huán)等外力作用下容易碎裂，從而形成更小的顆粒；而石膏含水率較低的電廠B石膏顆粒要厚實(shí)很多（見(jiàn)圖2），更接近于理想的柱狀；電廠C石膏顆粒也比電廠A石膏顆粒厚實(shí)，接近于厚菱形（見(jiàn)圖3）.

在石膏結(jié)晶過(guò)程中，如果塔內(nèi)漿液條件控制不好就會(huì)生成針狀或?qū)訝?、薄片狀晶體，形成的石膏顆粒越小，蓄水能力越大，脫水越困難，石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)也就越高.因此，理想的石膏晶體最好是粗粒徑顆粒狀、厚菱形或短柱狀，因?yàn)閷訝钣绕涫轻槧罹w有結(jié)聚的趨勢(shì)，并形成氈狀結(jié)構(gòu)，難以脫水[2].

2.2 鎂鹽對(duì)石膏晶體生長(zhǎng)的影響

針對(duì)電廠A脫硫石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高現(xiàn)象，首先對(duì)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行核查，排除了設(shè)備故障的可能，然后對(duì)石膏品質(zhì)及石膏晶體生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了該廠石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高的原因.

電廠A石膏脫水異常時(shí)吸收劑石灰石主要成分檢測(cè)結(jié)果如表4所示.從表中可知，電廠A石灰石中有效成分CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不大，在52%上下波動(dòng)，但MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)卻有很大變化.第一階段（石膏正常脫水）石灰石中MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般都在0.5%以下，但是自第二階段（石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)開(kāi)始升高）開(kāi)始，MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)越來(lái)越大，第三階段至第五階段MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)甚至超過(guò)2%.

石膏晶體從漿液中析出過(guò)程可分為晶核形成（成核）和晶體生長(zhǎng)兩個(gè)階段.當(dāng)溶液表面能（即表面吉布斯自由能）降低時(shí)晶核形成速率會(huì)增大[3]，進(jìn)而導(dǎo)致漿液中晶核數(shù)量增多，石膏晶體顆粒變小.Rashad等[4]曾對(duì)漿液中無(wú)Mg存在時(shí)與MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%兩種情況下石膏晶體生長(zhǎng)行為進(jìn)行了全面的研究，研究結(jié)果表明，漿液中存在Mg會(huì)降低溶液表面能，使石膏晶體成核速率增大.無(wú)Mg存在與MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí)溶液表面能、成核速率與石膏晶體粒徑分布結(jié)果如表5所示.

從表5可知，在MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí)，石膏晶體成核速率要比沒(méi)有Mg存在時(shí)快很多.在石膏結(jié)晶過(guò)程中，石膏晶核數(shù)目越少，越有利于石膏晶體的長(zhǎng)大，越有可能長(zhǎng)成理想的厚菱形或棱柱形；反之，石膏晶核過(guò)多，會(huì)使石膏晶體生長(zhǎng)緩慢，趨向于生成更多細(xì)碎的晶體.因此，MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí)會(huì)使石膏晶體粒徑小于20 μm的顆粒所占體積比由23.0%增大到39.7%，最終導(dǎo)致石膏晶體過(guò)細(xì)，惡化石膏的脫水性能.

石膏顆粒粒徑分布與晶體形狀對(duì)石膏的脫水性能有直接影響.石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高的根本原因就是因?yàn)槭囝w粒過(guò)細(xì)，石膏呈薄片狀而非棱柱狀或厚菱形.石膏顆粒越小，晶體形狀越薄，真空皮帶脫水機(jī)脫水時(shí)就越困難，石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)也就越高.如果石膏晶體顆粒較大且粒徑集中分布在某一區(qū)間，當(dāng)其堆積在真空皮帶機(jī)上脫水時(shí)，由于顆粒之間存在較大的間隙，脫硫石膏的游離水容易脫除；相反，如果石膏晶體粒徑平均分布，顆粒之間相互搭配而密實(shí)填充，或者有較多細(xì)小的顆粒（包括煤粉、粉煤灰等細(xì)小顆粒雜質(zhì)）存在于石膏顆粒間隙中，勢(shì)必會(huì)堵塞石膏濾餅在真空皮帶機(jī)上的脫水通道，造成石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高.

此外，在以石灰石作為吸收劑的濕法脫硫工藝中，脫硫漿液中高濃度的鎂鹽會(huì)降低石灰石粉溶解速率，造成未反應(yīng)的石灰石增多，因此要達(dá)到與原來(lái)相同的脫硫效率，需要加大石灰石漿供應(yīng)量，最終導(dǎo)致脫硫石膏中殘留的石灰石增多，石膏品質(zhì)降低[5].另外，石灰石中鎂含量過(guò)高還會(huì)影響可磨系數(shù)，增加磨制單耗，影響石灰石制粉細(xì)度，進(jìn)一步影響石灰石的溶解.

綜上所述，吸收塔漿液鎂含量過(guò)高不利于石膏生長(zhǎng)，建議控制石灰石中氧化鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.5%.

3 結(jié) 論

（1） 通過(guò)對(duì)比三家電廠脫硫石膏化學(xué)成分和粒徑分布結(jié)果，確定電廠A石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高系因石膏顆粒細(xì)小所致.石膏顆粒大小是影響石膏脫水性能最關(guān)鍵的因素，石膏顆粒越細(xì)，顆粒小的石膏占比越高，石膏脫水越困難，石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)就越高.

（2） 電廠A所用脫硫劑石灰石中氧化鎂含量偏高使?jié){液中鎂鹽含量上升，進(jìn)而導(dǎo)致漿液中石膏晶核過(guò)多，石膏晶體變小，惡化了石膏的脫水性能，最終造成該廠石膏附著水質(zhì)量分?jǐn)?shù)持續(xù)偏高.

（3） 石灰石中鎂含量過(guò)高會(huì)影響可磨系數(shù)，增加磨制單耗，影響石灰石制粉細(xì)度，進(jìn)一步影響石灰石的溶解.綜上所述，建議電廠控制石灰石中氧化鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.5%.

參考文獻(xiàn)：

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