陳哲

摘 要：煤炭是我國能源結(jié)構(gòu)中的主要環(huán)節(jié)，國家每年燃煤量巨大。在燃煤生產(chǎn)過程中難以避免會產(chǎn)生大量SO2，其對環(huán)境所造成的污染嚴(yán)重，必須加以控制。目前燃煤電廠在燃煤發(fā)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(xué)反應(yīng)，最終產(chǎn)生脫硫石膏這一最終產(chǎn)物。脫硫石膏的質(zhì)量優(yōu)劣就直接決定了燃煤電廠煙氣脫硫的整體質(zhì)量與經(jīng)濟效益。本文就重點研究了燃煤電廠脫硫石膏的生產(chǎn)質(zhì)量控制相關(guān)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：脫硫石膏；燃煤電廠；質(zhì)量控制技術(shù)；石灰石；FGD系統(tǒng)

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(dá)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(chǎn)量、儲量嚴(yán)重不足問題，具有一定的生產(chǎn)經(jīng)濟價值。

1 脫硫石膏的反應(yīng)原理

在燃煤電廠中，鍋爐燃煤燃燒會產(chǎn)生大量高溫?zé)煔猓?20℃以上），這些煙氣會全部被吸入到除塵設(shè)備與脫硫吸收塔中，而吸收塔內(nèi)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(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成亞硫酸鈣，亞硫酸鹽在氧化后生成硫酸鈣，最終冷卻結(jié)晶生成二水合硫酸鈣。因為石灰石的溶解度與活性都相當(dāng)良好，所以它的脫硫效率能夠至少達(dá)到85%以上，它可大量吸收吸收塔氧化區(qū)內(nèi)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(dá)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(xué)反應(yīng)的主要流程[1]：

首先由吸收塔進行吸收反應(yīng)：

2SO2+H2O→H2SO3.

然后進行中和反應(yīng)：

CaCO3+H2SO3→CaSO3+CO2+H2O.

然后進行氧化反應(yīng)：

CaSO3+1/2O2→CaSO4.

最后結(jié)晶：

CaSO4+2H2O→CaSO4·2H2O.

獲得脫硫石膏的總化學(xué)反應(yīng)：

SO2+H2O+1/2O2+CaCO3→CaSO4·2H2O+CO2↑

2 石灰石粉品質(zhì)對脫硫石膏質(zhì)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(tǒng)對于二氧化硫的整體吸收速度?？梢詫⑹沂巯苄阅軕?yīng)該成為石灰石活性的重要參數(shù)指標(biāo)。另外就是石灰石粉的溶解度，在FGD系統(tǒng)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(tài)影響。另外一點就是石灰石粉在化學(xué)反應(yīng)過程中所體現(xiàn)出的活性本質(zhì)與吸收塔內(nèi)某些未溶解的石灰石CaCO3含量息息相關(guān)，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(chǎn)物共同離開系統(tǒng)，形成脫硫反應(yīng)效果，此時石灰石粉活性、濃度的高低就完全取決于FGD系統(tǒng)的脫硫過程，它會直接影響到脫硫石膏的最終質(zhì)量。從化學(xué)反應(yīng)角度來講，溶解石灰石會為脫硫反應(yīng)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(zhì)就越少，脫硫石膏的品質(zhì)就越好。

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

對于FGD系統(tǒng)而言，石灰石粉的品質(zhì)控制也非常關(guān)鍵，因為在實際生產(chǎn)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(dāng)吸收塔中石灰石漿液的CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過20%以后，吸收塔的脫硫工作效率就會呈現(xiàn)持續(xù)下降態(tài)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(wěn)定的，但從化學(xué)反應(yīng)一開始它的pH值會呈現(xiàn)迅速下降趨勢，如果在20min內(nèi)其pH值未能降到5以內(nèi)，則說明FGD系統(tǒng)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(xiàn)也證明FGD系統(tǒng)運行是否穩(wěn)定還取決于石灰石粉的活性，因此燃煤電廠應(yīng)該在石灰石粉進廠初期就做好品質(zhì)控制，保證后期優(yōu)質(zhì)的煙氣脫硫效果[2]。

3 提升脫硫石膏質(zhì)量的有效措施

3.1 對石灰石粉質(zhì)量的質(zhì)量控制

如上文所述，在石灰石粉進廠初期就做好質(zhì)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(zhǔn)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(yōu)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(zhì)量控制工作，確保FGD系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。

3.2 對脫硫煙塵的質(zhì)量控制

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

電除塵系統(tǒng)的除塵效率公式應(yīng)該為：

根據(jù)該公式結(jié)合現(xiàn)場實際條件，對場地限制因素制約進行分析，例如觀察生產(chǎn)場地內(nèi)的電場范圍，根據(jù)需要對其進行加長或加高，以有效加速粒子的驅(qū)進速度，實現(xiàn)對原電除塵高低壓控制環(huán)節(jié)的有效改造，達(dá)到燃煤電廠所要求的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。就目前的脫硫煙塵除塵技術(shù)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(nèi)，基本滿足燃煤電廠的環(huán)保生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。再一點，布袋除塵器相比于傳統(tǒng)靜電除塵器更易捕捉高比電阻塵粒，且能夠適應(yīng)的質(zhì)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(tǒng)運行工況的質(zhì)量控制

對FGD系統(tǒng)運行工況的質(zhì)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(nèi)。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(nèi)，通過該數(shù)據(jù)來進行水分析出，保證最后所生成的脫硫石膏質(zhì)量上乘[3]。

4 總結(jié)：

本文以燃煤電廠的脫硫石膏生產(chǎn)為背景，圍繞吸收塔、FGD系統(tǒng)、石灰石粉等等因素探討了脫硫石膏質(zhì)量控制的相關(guān)影響因素與技術(shù)措施，希望以此來提高脫硫之高整體質(zhì)量，優(yōu)化燃煤電廠脫硫排污技術(shù)流程，為電廠實現(xiàn)綠色環(huán)保生產(chǎn)目標(biāo)。

參考文獻

[1] 江丹.燃煤電廠脫硫石膏質(zhì)量控制技術(shù)研究[D].復(fù)旦大學(xué)，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(shè)備監(jiān)理，2015（4）：40-43.