化学分析参数在石灰石 -石膏湿法烟气脱硫运行中的应用

谭忠

(中电投远达环保工程有限公司,重庆 400060)

1 化学分析的作用

石灰石 -石膏湿法烟气脱硫技术是目前世界上运用范围最广且技术最成熟的烟气脱硫技术。石灰石 -石膏湿法烟气脱硫技术是以石灰石为脱硫剂,脱硫剂在吸收塔中对烟气中二氧化硫进行洗涤,洗涤后的烟气经烟囱排入大气的一项脱硫工艺。

在石灰石 -石膏湿法烟气脱硫工艺中,化学分析的工作主要是对石灰石、石灰石浆液、吸收塔浆液、石膏进行分析,根据化学分析得到的数据判断系统的运行情况并做相应的调整,以达到系统最优化运行之目的。

2 化学分析主要测试项目与数据分析

2.1 主要测试项目

石灰石 -石膏湿法烟气脱硫中化学分析主要的测试项目见表 1。

表1 主要测试项目

2.2 石灰石的测试与数据分析

石灰石作为二氧化硫的吸收剂其品质对整个脱硫系统有着举足轻重的作用。石灰石的主要成分——碳酸钙是吸收二氧化硫的主要物质,其质量分数一般要求大于 90%。碳酸镁对二氧化硫也有一定的吸收作用,过多的碳酸镁会抑制碳酸钙的溶解,从而影响到碳酸钙对二氧化硫的吸收。另外,碳酸镁与二氧化硫反应生成大量泡沫,容易造成吸收塔的虚假液位和溢流,对设备和系统运行带来危害。因此,一般要求碳酸镁的质量分数小于 3%。石灰石活性即石灰石的反应速度是通过石灰石粉与酸的反应速率进行测定的,以石灰石粉转化率为 80%时所需的时间来表征石灰石活性的大小,它是影响脱硫效果的主要参数之一。碳酸钙的含量与石灰石活性之间有一定的关系,在一般情况下,石灰石中碳酸钙含量增加,石灰石活性也相应增加,但石灰石含量达到脱硫系统要求时其活性并不一定同时满足要求。因此,要求在分析石灰石纯度的同时,还要测试石灰石的活性,两者必须都达到要求才能应用于脱硫技术中。

2.3 石灰石浆液的测试与数据分析

石灰石浆液的测试项目主要是浆液密度和粒度。石灰石浆液密度决定了石灰石浆液中石灰石的含量多少。在系统所需石灰石总量一定的情况下,石灰石浆液密度越大,脱硫系统所需的石灰石浆液体积越小;反之,石灰石浆液密度减小则需要更多的石灰石浆液才能满足系统正常需求。在正常情况下,石灰石浆液质量密度保持在 1 200～1 250 kg/m3。石灰石浆液的细度是指石灰石浆液中石灰石固体颗粒能够通过一定标准筛的百分数。在一般情况下,要求细度是在 325目时 90%通过。石灰石浆液细度越大表明其中的石灰石颗粒较小的越多。石灰石颗粒越小,则石灰石颗粒更易溶解,在溶液中的钙离子越多,钙离子与烟气中二氧化硫接触的几率越大,有利于脱硫率的提高。

2.4 吸收塔浆液的测试项目与数据分析

吸收塔浆液需要测试的项目比较多,包括 pH值、碳酸钙含量、亚硫酸钙含量、滤液中氯离子含量、密度等。

吸收塔浆液的 pH值是浆液中碳酸根、硫酸根含量的综合反映。pH值的变化将会影响脱硫效率、石膏品质、石灰石的耗量。系统的脱硫率与浆液 pH值之间有一定的关系,吸收塔浆液 pH值在 4～6之间逐渐增大时,脱硫率也随着升高。在 pH值低于一定值时,脱硫率则达不到 95%。这就需要找到一个合适的 pH值范围以保证脱硫率达到 95%,这个范围可以从烟气分析仪测试的数据结合浆液的 pH值得到。pH值与吸收塔浆液中碳酸钙含量之间也有一定的关系,pH值随碳酸钙含量的增大而升高,这就说明 pH值越高碳酸钙含量越大。在正常情况下,要求吸收塔浆液中碳酸钙的质量分数小于 3%,通过多次化学分析的结果可以得出一个简单的 pH值 -碳酸钙含量的对应关系。根据脱硫率与 pH值和 pH值与碳酸钙含量的关系可以建立一个脱硫率 -pH值 -碳酸钙含量的基本关系表,根据此表的数据可以找出一个 pH值的最佳运行范围,在这个范围内,系统的脱硫率能达到要求且浆液中的碳酸钙的质量分数也低于 3%,这样就能达到系统脱硫率满足要求的同时,石灰石的消耗也最小的经济运行目标。

吸收塔浆液密度必须保证在一定范围内,密度小则浆液中石膏晶体少不利于石膏的形成和形成大颗粒的石膏。若石膏颗粒小则石膏旋流器溢流密度高,会给废水处理系统的运行带来不便,同时,石膏旋流器底流密度也不能达到脱水要求或者对滤布造成损害,堵塞滤布。吸收塔浆液密度过大则给系统带来不必要的消耗(如电耗量会增大,管道、设备磨损也会加剧),这就要求密度被限定在一定范围内,在密度大于这个范围时,就启动脱水装置,把多余的石膏带出系统。

吸收塔浆液中的亚硫酸钙过多会抑制二氧化硫的溶解从而影响系统的脱硫率,也会造成管道的结垢。存在过多亚硫酸钙的主要原因包括氧化空气量不足或氧化效果差。氧化空气不足可从以下几个方面来解决:氧化空气管道堵塞可能造成氧化空气量不足,在这种情况下,应该疏通管道以增加风量。在氧化风机出力不够的情况下,可以增加氧化风机投运台数来增加氧化风量。氧化效果不好可通过改变吸收塔内氧化管道的布置来改善氧化效果(如把布置方式改为锚式或者水平布置方式)。

浆液中的氯离子主要来自于烟气中的粉尘。氯离子会使脱硫系统中设备引起金属腐蚀和应力腐蚀,还能抑制吸收塔内的化学反应,改变 pH值,降低二氧化硫的去除率,消耗石灰石等吸收剂。氯离子对石膏脱水有较大影响,浆液中氯离子含量较多时,使石膏含水量增加,影响石膏品质。因此,根据化学分析测得的氯离子浓度可以决定增加或者减少系统的废水排放。

2.5 石膏的品质与分析

石膏是吸收塔浆液脱水的产物。以石膏中碳酸钙和亚硫酸钙含量的数据来分析判断同吸收塔浆液中的碳酸钙和亚硫酸钙的数据。石膏的含水率一般要求小于 10%,如果石膏的含水率不合格,则可从真空度不够、滤布堵塞、浆液中氯离子浓度高、旋流器底流密度低、脱水时间短、吸收塔浆液杂质多等因素来考虑。石膏的主要成分是二水硫酸钙和碳酸钙,石膏纯度即二水硫酸钙含量与碳酸钙含量密切相关。石膏中碳酸钙含量多则石膏纯度下降,碳酸钙含量减小则石膏纯度增大。碳酸钙含量的多少与吸收塔浆液的 pH值密切相关,要提高石膏的纯度,在保证脱硫率达标的情况下,可适当降低 pH值运行。石膏中的氯离子的质量分数要求小于 0.01%,如果氯离子含量超标则可以从降低吸收塔浆液氯离子含量、提高脱水机真空度、增加滤饼冲洗水等方面采取措施以降低石膏中氯离子含量。

3 结束语

本文对石灰石 -石膏湿法烟气脱硫工艺进行了分析,通过这些数据可以判断目前系统存在的问题以及需要改善的地方,从而提高系统的利用率并降低运行成本,达到系统的最优化运行。因此,应加强日常的化学分析,及时了解运行状况并做出相应的调整。