电厂电石渣-石膏湿法脱硫工艺的应用

张涛，陆飞，焦勇(陕西北元集团锦源化工有限公司，陕西 神木 719319)

0 引言

我国到目前为止工业水平已经得到了飞速的进展，但不可否认的是，在工业快速发展的同时也给环境带来了严峻的挑战，硫氧化物排放总量一直居高不下，引发酸雨等环境问题。国家也加强了对环境保护的力度，在这种背景下，给火电厂的脱硫工艺提出了更高的要求。当前火电厂普遍应用于脱硫工艺的脱硫剂为石灰石，尽管该工艺已经比较成熟和稳定，但鉴于其成本相对较高的特点，近年来逐渐被以电石渣为主的脱硫剂所取代。电石渣作为电石水解获得乙炔后的工业固体废弃物，其主要成分是氢氧化钙。用电石渣作为脱硫剂，一方面可以实现降低火电厂运营成本，随着火电厂的生产活动进行，会产生大量的电石渣，把此固体废弃物回收再利用可以较大程度上实现节能降耗，同时可以降低火电厂的耗电率，进一步提高火电厂的经济效益[1]。另一方面，电石渣作为脱硫剂的效果也颇为可观，脱硫率可高达百分之九十八，减少了直接排放到大气中的硫氧化物，保护了大气环境，符合了国家关于污染物排放的标准要求。可以说，以电石渣作为脱硫剂实现了新的突破，但是其依然存在着较严重的现实问题，大部分火电厂是在以石灰石作为脱硫剂的基础上进行改造，使用电石渣-石膏脱硫工艺。在实际工作中存在着不少的问题，因此对电石渣-石膏脱硫工艺的应用研究具有十分深远的意义。

1 电石渣-石膏湿法脱硫工艺流程及原理

1.1 电石渣-石膏湿法脱硫工艺流程

烟气经过除尘等处理后，进入到脱硫塔中。电石渣化浆池将电石渣浆液供给电石渣浆液箱，最后送入脱硫塔中，经过脱硫塔中的三台循环泵将浆液供给上部的喷淋系统，供脱硫循环使用，在烟气进入脱硫塔后，折流向上，通过与喷淋系统喷出的雾状区域接触，发生化学反应达到脱去烟气中二氧化硫的目的，生成亚硫酸钙，在经过与氧化风机送出的氧化空气发生氧化反应生成二水硫酸钙，也就是石膏。经过脱硫处理后的烟气在经过除雾器除去水分后，排入到大气中。而石膏浆液经过脱水处理最终生成含水率为百分之二十八的石膏进入到石膏库中。

1.2 电石渣-石膏湿法脱硫工艺原理

在脱硫塔内二氧化硫先与电石渣浆液中的水分发生反应生成亚硫酸，此过程中会伴随着部分的电离反应：SO2+H2O→H2SO3→2H++SO32-。之后电石渣浆液中的氢氧化钙与亚硫酸发生化学反应生成亚硫酸钙：H2SO3+Ca(OH)2→CaSO3+2H2O。最后亚硫酸钙与氧化风机送出的氧化空气发生氧化反应生成石膏：CaSO3+1/2O2→CaSO4；Ca2++SO42-+2H2O→CaSO4·2H2O。

2 电石渣-石膏湿法脱硫工艺存在的问题及解决措施

用石灰石作为脱硫剂的脱硫工艺应用时间相对来说较长，工艺较为成熟，而目前所用的以电石渣作为脱硫剂的工艺工程设计大部分是以原有基础上改进而来的。由于氢氧化钙和碳酸钙在化学性质上存在着较大的不同，所以在电石渣-石膏脱硫工艺投入使用时会有以下问题出现。

2.1 吸收塔存在受磨损腐蚀隐患及解决措施

电石渣浆液中成分复杂，有碳粉颗粒、二氧化硅、矽铁等物质，颗粒也有大有小，大颗粒物质会造成管道磨损腐蚀。吸收塔的防腐方式一般为碳钢衬胶或玻璃鳞片，这两种材料比较容易被磨损而发生防腐层脱落或者裂开，防腐层受到破坏回事塔体受到腐蚀引发漏烟、漏浆等现象。另外，泵体叶轮和泵体机械密封因与电石渣浆液接触较为频繁，也会出现较为常见的漏浆现象，需要不定期更换机械密封[2]。最后，电石渣浆液输送管道、循环泵管道和石膏排出通道因长期运行且与大颗粒物质接触频繁导致磨损腐蚀，出现漏浆现象，使脱硫系统不能长期稳定运行。

解决措施：用电石渣-石膏湿法脱硫时，电石渣浆液中的大颗粒物质是造成磨损的主要原因，因此要对电石渣浆液进行预处理。可以考虑在电石渣浆液进入吸收塔之前，在入口处用粗滤网过滤掉较大的颗粒物质，之后再把电石渣浆液送入滚筒筛处理，通过筒状筛网的匀速转动产生离心力，将浆液从筛孔筛缝等部位甩出。通过这样的分级过滤，使得电石渣浆液中的大颗粒物质大部分被筛除，可以有效降低吸收塔管道被磨损的频次，一定程度上保护了管道不受损害。另外，对设备管道进行改良，使用高防腐、高耐磨性材料是保证脱硫系统稳定运行的有效手段。比如使用无机陶瓷材料碳化硅，因其具有高硬度、高防腐蚀性、高耐磨性和耐高温等特点，对与电石渣浆液和石膏浆液接触较为频繁的设备管道可以将碳化硅按比例添加到管道原有的防腐材料中，从而提高设备管道的防腐性能。对于泵体叶轮、阀门阀板和搅拌机叶片等容易受到磨损的位置可选用C276合金材料来提高这些部位的抗磨损性[3]。

2.2 吸收塔内浆液pH值和氧化控制措施

电石渣浆液中因其主要成分是氢氧化钙，呈碱性，pH值较高。二氧化硫溶于水后呈酸性，所以电石渣浆液作为脱硫剂，酸碱中和，脱硫效果较高[4]。如果塔内浆液呈酸性，则使脱硫效果大大降低。所以吸收塔内浆液的pH值直接决定了脱硫效果的好坏。塔内浆液的pH值越高越有利于吸收二氧化硫，脱硫效果就越好，但以电石渣作为脱硫剂时还要充分考虑到后续亚硫酸钙的氧化，塔内浆液的pH值过高，会使电石渣溶解受到影响，亚硫酸钙不能充分溶解导致形成沉淀，不利于其进一步氧化形成石膏。塔内浆液pH值过低，一方面不利于脱硫反应，另一方面因其呈强酸性会加剧设备的酸腐蚀，加大了生产成本。因此控制吸收塔内浆液的pH值在合理的范围内是提高脱硫效率和石膏产出效率的关键。

控制措施：为达到脱硫和制造石膏的平衡，将吸收塔内浆液的pH值控制到5～7之间是最合适的。同时延长吸收塔内浆液的循环时间，并提供大量的空气可以较好的控制氧化反应生成石膏。还可以将脱硫浆液和氧化浆液分隔开来，让脱硫浆液形成高pH值区域，让氧化浆液形成低pH值区域，给脱硫和氧化提供最合适的环境，既保证了脱硫效率又保证了生成石膏的质量，从而实现节能降耗，增加火电厂经济效益的目的。

2.3 石膏脱水问题及解决措施

在对利用电石渣-石膏湿法脱硫工艺生成出的石膏进行脱水时，滤饼厚度远达不到正常石膏脱水的滤饼厚度，而且滤饼比较粘，含水率较高。而且很多火电厂在使用电石渣-石膏湿法脱硫技术时，对于生产出的副产品进行抛弃处理，不利用资源的回收利用。有些火电厂生产出的石膏副产品质地疏松，手感粗糙，且其含碳颗粒和砂石等杂质较多，粘性较强，一旦吸附在石膏表面会堵住石膏的疏水通道，不利于用真空皮带机对其进行脱水[5]。

解决措施：火电厂可以考虑对石膏脱水系统进行改良，已有学者给出了将石膏浆液分离除杂质的思路。利用石膏颗粒和石膏浆液中杂质的沉降速率不同这个特点，通过旋流分离器、一级沉降槽和二级沉降槽、真空带滤机等设备[6]，分两次沉降出去石膏浆液中的杂质，通过设备的内置搅拌桨分离浆液中的氢氧化钙和吸附性杂质，从而打通石膏表面的疏水通道，使得石膏脱水率进一步提升，把石膏含水率降低到百分之十以下，提高石膏品质。

3 电石渣-石膏湿法脱水系统的实施效果

陕西北元化工集团热电分厂配备两台130 t/h 锅炉烟气脱硫工程，每台锅炉均配有脱硫装置，全部使用电石渣-石膏湿法脱硫工艺，脱硫烟气入口SO2浓度设计值为≤2 000 mg/Nm3(6%O2)，出口SO2浓度≤35 mg/Nm3(6%O2)，脱硫效果超过了百分之九十八点三，出口粉尘≤5 mg/Nm3，同时成品石膏品质含水率(全水)均小于28%。有效降低了该厂的运营成本。

4 结语

相较于用石灰石作脱硫剂，电石渣-石膏湿法脱硫可以为火电厂节约很多的运营成本，提高脱硫效率，更好的保护大气环境。同时节约了石灰石的使用量，又解决了电石渣废弃物难以处理的问题，将电石渣回收再利用也符合国家提倡的节能降耗目标。但鉴于电石渣的化学特性和石灰石存在着较大的不同，在实际生产过程要有针对性的对相关设备进行改良。本文针对利用电石渣-石膏湿法脱硫的应用方面存在的共性问题提出了解决对策，包括以下方面：针对设备管道容易遭受腐蚀损坏的现象，可以对电石渣浆液进行预处理除去大颗粒物质，同时利用抗腐蚀性、抗磨损高的碳化硅材料改良设备；针对脱硫过程中所需pH值和氧化过程中所需pH值互相矛盾的问题，可以将氧化系统和脱硫系统分隔开来，实现高pH值脱硫，低pH值氧化；针对石膏脱水困难的现象，可以改良石膏脱水设备，两次沉降附着在石膏表面的吸附性杂质，提高石膏的脱水率。