浅析影响燃煤电厂脱硫石膏品质因素

方光旭 昌吉回族自治州产品质量检验所

1 前言

从20世纪70年代开始，欧美等发达国家已经开始运用脱硫石膏，随着我国环保要求提高，人们也越来越认识到脱硫石膏利用的重要性。随着新疆昌吉州燃煤电厂日益增加，烟气脱硫工艺的大规模投运，排放出更多的脱硫石膏，目前相当一部分还是以堆储为主，已成为火电厂即粉煤灰后的第二大固体废物，不仅占用土地资源，且对环境不利。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。

2 脱硫石膏的生成过程

烟气脱硫石膏是电厂采用湿式石灰石（石灰）—石膏法烟气脱硫时产生的副产物。它的主要成分为二水硫酸钙，由烟气中的SO2与脱硫剂CaCO3发生反应经强制氧化生成的[1]。以石灰石—石膏湿法工艺为例（图1），石灰石经破碎、制粉，配置浆液进入吸收塔，在吸收塔内，烟气中的二氧化硫首先被浆液中的水吸收，再与浆液的CaCO3反应生成CaSO3，CaSO3被鼓入的氧化空气中的O2氧化，最终生成石膏晶体CaSO4·2H2O。

图1 石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统

3 脱硫石膏主要化学成分检测

昌吉州产品质量检验所以昌吉州科技项目（燃煤电厂固废综合利用关键技术研究及应用）为引领，按照标准JC/T 2074—2011《烟气脱硫石膏》抽取昌吉州辖区内12家燃煤电厂的脱硫石膏，共计12批次，进行检测并分析。在检验过程中，利用我所现有专业技术人员及检验设备，完成对脱硫石膏的检测任务，具体检测如下。

（1）原材料。产地：昌吉州辖区内12家燃煤电厂的脱硫石膏。物理特性：粉状，细度0.15mm孔筛全部通过。

（2）化学药品。盐酸、硫酸、硝酸、碘化钾、铬酸钾、硝酸银溶液、硫代硫酸钠溶液等。

（3）仪器与设备。电子天平（0.1mg）、瓷坩埚、烘箱、玻璃容量器皿、磁力搅拌器、pH计等。

4 影响脱硫石膏品质的主要因素

脱硫石膏目前在中国的现状与欧洲20多年前遇到的情况一样，电力企业仅根据国家的要求安装脱硫系统并运行，以满足大气排放对于脱硫的要求为限，对其副产品脱硫石膏的品质不做要求，导致脱硫石膏质量不稳定。而下游的建材行业，虽竭力消化，但由于原材料品质参差不齐，导致产品质量难以稳定。通过脱硫石膏的生成过程发现，石膏浆液的品质直接影响到石膏生成品质的质量，脱硫石膏的品质又直接影响到以脱硫石膏为原材料的产品。通过表1的检测数据，发现其数值偏差很大，正是由于每个电厂的石膏浆液品质不同，才影响到脱硫石膏的质量有大的偏差。因此，我们通过分析影响石膏品质的主要因素，充分利用脱硫石膏的优点能把它运用到各行各业。

表1 脱硫石膏主要化学成分检测

4.1 石灰石品质的影响

石灰石作为SO2的吸收剂，它的品质不仅影响脱硫的效率，还影响石膏浆液的品质。石灰石的品质主要有以下指标：粒径、化学成分、活性、比表面积等，其中化学成分包括氧化钙、氧化镁、二氧化硅等。化学成分中的氧化钙含量越高，越有利于提高脱硫效率和石膏品质；氧化镁含量越高，石灰石的活性越低，影响石膏生成的品质；二氧化硅会量高，影响脱硫工艺设备的耐磨性。石灰石粉的粒径越小，其比表面积越大，溶解性越好，反应效率高；相反，如果粒径大，必须在很低的pH值下才能充分溶解，但这样又影响了脱硫效率。石灰石的活性越高，反应速度越快；相反，反应速率越快的石灰石粉，其活性越好。根据湿法石灰石—石膏法脱硫设计技术规范要求，石灰石中的碳酸钙含量大于90%，因此我们电厂燃用中低硫份煤种时，石灰石细度要保证250目90%以上的过筛率，燃用高分煤种时，石灰石细度要保证325目90%以上的过筛率。

4.2 浆液pH值

浆液的pH值对石灰石的溶解、石膏的生成、脱硫效率、亚硫酸钙的生成都有不同影响，侯庆伟等[2]利用物理化学方法，对25℃下的石灰石湿法烟气脱硫系统进行了分析，给出了脱硫系统pH值控制范围为2.233～5.493。通过与电厂沟通，在实际操作中，若pH值低于5以下时，亚硫酸钙将生成亚硫酸氢钙，骤然pH值增加时，亚硫酸氢钙转化成亚硫酸钙，急速结晶导致结垢，影响石膏的品质[3]。一般认为pH值控制在5.5～6.0效果比较好。

4.3 石膏排出时间

石膏排出时间指吸收塔氧化池浆液最大容积与单位时间排出石膏量之比，浆液在一定时间内，停留在脱硫塔内，有利于亚硫酸盐的氧化和石灰石的充分反应，但是时间过长，容易造成生成石膏晶体在输送过程中的破坏。

4.4 氧化风量及鼓风反应速率

保证足够的氧化风量可以让石膏浆液氧化效果更好，可以使浆液中的亚硫酸钙氧化成硫酸钙，否则石膏中的亚硫酸钙含量过高影响石膏品质。

4.5 杂质

浆液中的杂质主要来源于烟气中的飞灰、石灰石中的杂质和被浆液洗脱下来的氯离子。浆液中杂质过多，则会影响石灰石的溶解，导致浆液pH值降低，脱硫效率下降；当氯离子含量过高时，石膏脱水性能会下降。

5 结束语

通过试验研究结果分析，我们发现脱硫石膏的技术性能完全可以替代天然石膏，并作为钙质原料纯度高、无放射性、价格低廉等优点，在个别领域，可以对脱硫石膏进行技术改进，使它变成合格的原材料。对于脱硫石膏能广泛利用还需要政府的大力扶持，通过一些政策优惠来吸引科技研发，利用地域优势、企业规模、资源现状、应用前景等，开发出脱硫石膏综合利用的新技术、新工艺、新产品，更好地处理脱硫石膏，让大量的脱硫石膏早日变废为宝。