影响脱硫石膏品质的主要因素及改善措施

从20世纪70年代开始，欧美等发达国家已经开始利用脱硫石膏，近些年随着我国环保力度的持续加大，人们也越来越认识到脱硫石膏利用的重要性。可以被利用的脱硫石膏需满足两个条件，颗粒大小在100μm 左右且含水率不高于10%，所以，如何控制脱硫石膏的产出品质是其再利用的前提。图1为石膏生成化学原理图。

　　图1  石膏生成化学原理

　　1  外部条件

　　1.1  二氧化硫浓度

　　原因 ：一定量的脱硫浆液所能吸收的二氧化硫是固定的，因此，当原烟气中的二氧化硫含量过高时，生成的浆液中亚硫酸钙含量增加，使得石膏品质降低，且脱水难度较高。解决措施 ：控制二氧化硫含量忽然升高可以使用设计煤种，做好高硫分、高灰分的燃煤混烧工作，避免与设计煤种区别较大的燃煤集中使用。

　　1.2  飞灰的含量

　　原因 ：飞灰在一定程度也影响着二氧化硫与脱硫剂的反应程度，绝大部分进入吸收塔内的飞灰粒径均小于10μm，与石膏可以良好结晶的粒径相差甚远，因此，控制原烟气中的飞灰含量可以提高脱硫石膏的品质。解决措施 ：控制飞灰含量可使用布袋除尘器或电除尘等除尘技术进行控制，在一定程度上减少了飞灰对脱硫石膏品质的影响。

　　1.3  石灰石品质

　　原因 ：石灰石品质的主要区别在于纯度、粒径、表面积、活性等，其主要成分碳酸钙决定了吸收剂的利用率及活性，而大部分的天然石灰石中含有如二氧化硫等杂质，若杂质的成分过多亦会影响脱硫效果，所以湿法脱硫工艺中规定石灰石中碳酸钙 ≥91%（w），同时石灰石粒径的大小决定着其溶于水的难易程度，因此，石灰石粒径越小，其相对表面积就会越大，那么其溶于水的速度就会更快，可明显提高吸收剂利用率以及脱硫效率。解决措施 ：目前市面上的石灰石粉主要使用的是325目90% 通过和 250 目 90% 通过，一般优质的石灰石具有氧化钙含量高、活性高、硬度较低等，使用中低硫煤时石灰石的细度应保证 250 目，使用中高硫煤时石灰石应保证 325 目，提高石灰石的利用率，减少石膏中石灰石的残余。

　　2  运行条件

　　2.1  浆液pH值

　　脱硫系统工作中，浆液 pH 值是一项重要的参考数据，pH值的高低可直接影响到石膏的生成品质。浆液 pH 值提高时可提高二氧化硫吸收率，但设备结垢现象明显增多 ；而二氧化硫吸收速率随着 pH 值的降低会逐渐减缓，在 pH 值低于4时趋近于0。浆液 pH 值在4~5.1时，由于石灰石颗粒被 F-Al 络合物包裹，从而导致了石灰石溶解速率的降低 ；浆液 pH 值高于5.8时，浆液中的 H+持续变低，浆液中会析出 CaSO3 ·1/2H2O并包裹在石灰石表面，使得石灰石的活性降低。因此在脱硫系统的实际工作时，浆液 pH 值一般控制在5.0~5.8，超出这一区间均会影响到石膏的品质。

　　2.2  浆液温度

　　石膏的形成也受浆液温度的影响，在一定的温度范围内，石膏的品质随温度的上升而提高，过高和过低的温度都会对石膏晶体的形成产生影响，因此，脱硫工艺规定将石膏结晶的温度控制在40~60℃，过低的温度会使得石膏结晶为针状，而温度过高时，晶体生成速率加快，会形成较多的晶核，导致晶体形状不易再利用，因此适宜的温度既能保证石膏生成品质，也避免了脱硫系统的结垢。

　　2.3  浆液密度

　　石膏浆液密度通过影响石膏漩流器的分离效果和石膏的结晶时间影响石膏的含水率。据资料显示，石膏结晶体含量最高的时刻是在吸收塔内固体含量在15%~18% 时。石膏含量随浆液密度的降低而降低，当浆液密度过低时，不仅石膏的品质得不到保证，并且因石灰石细颗粒的影响，后续的石膏脱水也将变得异常困难 ；浆液密度过高一般发生在石灰石过量的情况下，在石灰石过量的情况下，二氧化硫的吸收被抑制，产生与浆液密度过低时相同的困境。因此在实际的脱硫工作中，打开排出泵进行石膏脱水的时机是当石膏浆液密度达到1120~1140kg/m3且含固量约为18% 时。

　　2.4  浆液过饱和度

　　石膏晶体首先是由浆液中石膏浓度饱和时产生石膏晶束，晶束再逐渐形成晶种，晶种逐渐长大而形成的，因此，吸收塔内的石膏浆液应当稳定在一个恰当的饱和度，从而确保石膏晶体的生成。晶种生成和晶体长大这2个阶段的反应速度与石膏浆液的相对饱和度相关，当石膏浆液的相对饱和度小于零时，无晶体生成，当石膏浆液的相对饱和度大于零（一般情况下在0.1左右）时，晶体逐渐长大，而石膏浆液的相对饱和度较高时，极易产生针状结构。根据实际的运行经验来看，石膏浆液的相对饱和度稳定在0.25~0.30最佳。

　　2.5  吸收塔内液位

　　吸收塔可以按照不同的设计要求变换不同的液位，当液位较低时，使得氧化空气与浆液的反应时间变少，导致氧化不到位，最终增加了石膏的脱水难度 ；当液位较高时，石膏泵出时间长，可以生成更大的石膏晶体，但也增加了循环泵对已生成晶体的破坏几率。结晶时间过长或过短均不利于生成易脱水的块状或棱柱状石膏晶体，因此，通过吸收塔内相对恒定液位来调节控制石膏的结晶时间。

　　2.6  氧化空气量

　　氧化反应在一定程度上也会影响脱硫石膏的品质。其原理是部分 HSO3-在吸收塔喷淋区被烟气中氧气所氧化，其他的HSO3-在反应池中被氧化空气完全氧化，进而产生碳酸钙，生成石膏产品。当氧化空气量较少时会产生结垢现象，进而影响了石膏的品质 ；当氧化空气量较多时则会增加能耗，提高成本。所以在烟气量、二氧化硫浓度、Ca/S 摩尔比、烟温等参数基本恒定的情况下，若石膏中CaSO3·1/2H2O 含量大于0.5% 时应及时调整氧化风机增加供氧量。

　　3  结语

　　燃煤电厂烟气脱硫工艺所产生的石膏，其品质的高低决定了利用的价值，只有提高脱硫石膏的品质，才能够应用到更多的领域，创造更多的价值。但是，受限于诸多因素对脱硫石膏生成过程的影响，石膏品质的控制一直较为困难。为此，需要将整个脱硫系统看做一个有机整体，从化学物质、运行条件和系统设备三个方面共同着手，在结合运行实践的基础上进行系统监管，保证脱硫系统各参数的实时、可控，才能真正实现脱硫石膏品质的改善和稳定。