電石渣替代石灰石技術(shù)的研究和應(yīng)用
（一）概述
煙氣脫硫系統(tǒng)是為了減少燃煤發(fā)電廠二氧化硫排放而建設(shè)的環(huán)境保護(hù)設(shè)施，具有良好的環(huán)境效益和社會效益，但對發(fā)電廠而言生產(chǎn)成本上升了8.3%。如何在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)，降低脫硫成本成為擺在發(fā)電企業(yè)面前的新課題。
國家《十一五綱要》對今后五年發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)節(jié)約型社會做出了全面部署，明確提出：“堅(jiān)持開發(fā)節(jié)約并重、節(jié)約優(yōu)先，按照減量化、再利用、資源化的原則，在資源開采、生產(chǎn)消耗、廢物產(chǎn)生、消費(fèi)等環(huán)節(jié)，逐步建立全社會的資源循環(huán)利用體系”。大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、加快建設(shè)節(jié)約型社會，是落實(shí)以人為本、全面協(xié)調(diào)可持續(xù)的科學(xué)發(fā)展觀的重大舉措，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變，從根本上緩解資源約束，減輕環(huán)境壓力，推動國民經(jīng)濟(jì)又快又好發(fā)展，實(shí)現(xiàn)全面建設(shè)小康社會目標(biāo)和可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。
到2005年底，中國PVC產(chǎn)能達(dá)930多萬噸，超過美國成為世界第一大PVC生產(chǎn)國。
PVC生產(chǎn)工藝分為：電石法和乙烯法兩種。從全球看,乙烯法生產(chǎn)工藝占主流，比例約為91%,電石法比例提升到約9%。與國際上PVC生產(chǎn)工藝路線單一狀況不同的是，中國PVC生產(chǎn)采用電石法與乙烯法兩種方法。目前，我國電石法仍占61%,乙烯法占49%。在今后較長的時(shí)期內(nèi),我國電石法PVC生產(chǎn)與乙烯法PVC生產(chǎn)將長期并存。
按生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，每生產(chǎn)1噸PVC產(chǎn)品消耗用電石1.5～1.6噸，同時(shí)每噸電石產(chǎn)生1.2噸電石渣（干基），電石渣含水量按90%計(jì)，那么每生產(chǎn)1噸PVC產(chǎn)品，排出電石渣漿約9～15噸。按2005年我國電石PVC的產(chǎn)量估算，每年全國PVC電石渣產(chǎn)生量可達(dá)1000多萬噸（按CaO計(jì)，干基）。
“電石渣應(yīng)用于大型火電機(jī)組煙氣二氧化硫治理的研究”正符合國家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)節(jié)約型社會的方針。如果用電石渣漿吸收鍋爐煙氣中的二氧化硫并生產(chǎn)副產(chǎn)品石膏，這樣不但解決了煙氣脫硫的問題，又給電石渣治理找到了一條可靠的出路，既達(dá)到“以廢治廢”的目的，又實(shí)現(xiàn)資源的重復(fù)利用和環(huán)境保護(hù)，具有良好的社會效益和環(huán)境效益。
（二）相關(guān)研究的現(xiàn)狀
由于國外PVC的生產(chǎn)工藝比較單一，主要為乙烯法，因此，PVC電石渣的處置和應(yīng)用技術(shù)主要在國內(nèi)。
用電石渣或電石渣漿作吸收劑用于煙氣脫硫的文獻(xiàn)已有報(bào)道，有干法工藝，也有濕法工藝，但應(yīng)用的機(jī)組容量較小，脫硫效率相對較低，不強(qiáng)調(diào)脫硫石膏的回收。2003年，浙江巨化集團(tuán)公司熱電廠號8機(jī)組（50MW）采用瑞典阿爾斯通FLAKT公司的NID工藝（旋轉(zhuǎn)噴霧半干法脫硫），除塵脫硫一體化設(shè)計(jì)，吸收劑使用本公司產(chǎn)生的廢電石渣；1993年由國家計(jì)委組織，中日雙方簽署“燃煤鍋爐煙氣簡易脫硫示范裝置”合作協(xié)議，日方三菱重工業(yè)株式會社、川崎重工業(yè)株式會社和千代田化工建設(shè)株式會社與中方山東維坊亞星集團(tuán)、廣西南寧化工集團(tuán)和重慶長壽化工總廠合作，采用簡易石灰石——石膏進(jìn)行燃煤鍋爐煙氣脫硫，吸收劑為乙炔法生產(chǎn)PVC所產(chǎn)生的電石渣。其中維坊亞星集團(tuán)脫硫裝置于1995年建成投產(chǎn)，鍋爐容量為35t/h，脫硫效率87.1%，石膏為自然脫水，純度無報(bào)道。
（三）研究的目的和任務(wù)
1、 研究電石渣應(yīng)用于大型燃煤鍋爐煙氣脫硫的可行性，尋求電石渣規(guī)；、無害化利用途徑
電石渣的產(chǎn)生量大，其有效的綜合利用途徑必須是規(guī)；，即利用量也必須大，否則不能根本解決電石渣的處置問題。
本項(xiàng)目研究旨在尋求一種電石渣規(guī)；玫耐緩。電廠鍋爐煙氣脫硫需要消耗大量天然石灰石吸收劑，對自然環(huán)境必定會造成破壞。如果能以電石渣作為替代，特別是將其應(yīng)用于大型脫硫裝置，將為電石渣找到低成本、規(guī)；睦猛緩。
2、研究電石渣脫硫應(yīng)用中存在的主要問題和解決的方法
電石渣作為PVC生產(chǎn)的廢料，其成分復(fù)雜。通過系統(tǒng)的分析和試驗(yàn)，掌握其物理化學(xué)特性，從而能有針對性地進(jìn)行一定的處理，滿足脫硫裝置的要求。
電石渣應(yīng)用于煙氣脫硫，某些影響因素的效應(yīng)變化是緩慢的，例如結(jié)垢、腐蝕、磨損等，必須經(jīng)過長周期的運(yùn)行來考察和檢驗(yàn)。
3、研究電石渣脫硫獲取高純度石膏的方法
電石渣應(yīng)用于煙氣脫硫，如果副產(chǎn)品不可用或不能回收，將使電石渣固體廢物的處置問題轉(zhuǎn)移給發(fā)電廠，并產(chǎn)生另一種二次污染物。電石渣脫硫能否應(yīng)用，關(guān)鍵是副產(chǎn)品石膏的品質(zhì)高，且易于回收，因此電石渣脫硫生成高純度石膏也是非常重要的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。
4、研究電石渣脫硫系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)思路
根據(jù)上述研究的結(jié)論，討論電石渣脫硫系統(tǒng)在吸收劑供應(yīng)、SO2吸收、副產(chǎn)品處理等環(huán)節(jié)的設(shè)備及運(yùn)行控制參數(shù)的優(yōu)化思路。
（四）實(shí)施過程：
根據(jù)課題研究的總體思路，項(xiàng)目實(shí)施分為三個階段：
第一階段：電石渣物理化學(xué)特性分析及試驗(yàn)方案制定階段；
這一階段，我們利用一個多月的時(shí)間，查閱了大量國內(nèi)外有關(guān)電石渣物理、化學(xué)性質(zhì)以及綜合利用的相關(guān)資料，并對太化氯堿分公司的電石渣進(jìn)行了采樣分析，確定了電石渣替代石灰石的初步試驗(yàn)方案。
第二階段：簡易試驗(yàn)階段；
通過第一階段的分析和研究準(zhǔn)備，2004年10月21日小型試驗(yàn)正式開始。
小型試驗(yàn)選擇在16號50MW機(jī)組上進(jìn)行，建臨時(shí)制漿裝置，取壓濾后的電石渣泥餅，使用水力攪拌制漿，配制好的漿液泵入16號脫硫裝置的漿液池進(jìn)入系統(tǒng)參與反應(yīng)。
試驗(yàn)又分為三步：第一步，從10月21日到10月30日，對電石渣的脫硫性能進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果是讓人興奮的，在入口二氧化硫濃度2000PPm時(shí)，脫硫效率全部在97%以上；第二步，從11月4日到16日，對脫硫石膏的品質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)，這一階段我們遇到了很大的困難，出現(xiàn)了石膏晶體形狀奇異、粒徑小、雜質(zhì)多、難以脫水等問題，嚴(yán)重時(shí)脫水機(jī)的濾布完全堵塞。如果利用電石渣脫硫后的副產(chǎn)品不能回收利用，將對電廠形成新的二次污染，電石渣的利用也將回到原點(diǎn)。針對這一問題我們進(jìn)行了深入的分析和研究，并且聘請了有關(guān)專家，掌握了石灰石濕法脫硫石膏的形成機(jī)理，有針對性地采取了一系列措施，終于解決了電石渣脫硫石膏的脫水問題。12月我們進(jìn)行了第三步綜合性能試驗(yàn)，以優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，提高石膏品質(zhì)為試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。通過試驗(yàn)使石膏純度大于85%，達(dá)到了綜合利用的條件，實(shí)現(xiàn)了以廢治廢、變廢為寶的目標(biāo)。
第三階段：工業(yè)性試驗(yàn)；
在簡易型試驗(yàn)取得成功的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目進(jìn)入工業(yè)性試驗(yàn)階段，選擇在300MW和50MW兩臺機(jī)組上進(jìn)行，研究在大機(jī)組、長周期運(yùn)行條件下電石渣的性能，分析主要參數(shù)的變化規(guī)律；該階段建設(shè)了連接兩廠的電石渣輸送管線，輸送管線長度為1.5公里，共三條，其中兩條為電石渣漿供漿管，由化工廠向電廠輸送電石渣漿液；一條由電廠向化工廠返回電石渣沉淀后的清水；S建起了專門的供漿設(shè)施，提高供應(yīng)電石渣漿的保障程度；電廠則建起了電石渣處理供給系統(tǒng)，對來漿進(jìn)行過濾、濃縮。
全部輸送和處理系統(tǒng)于2005年7月1日建成，經(jīng)過一年的連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)，整個系統(tǒng)穩(wěn)定高效，脫硫效率95%以上，副產(chǎn)品石膏純度85%以上，易于脫水、外觀優(yōu)于原來的石灰石石膏。
（五）研究結(jié)果
（1）電石渣漿應(yīng)用于大型脫硫裝置必須經(jīng)過預(yù)處理
由于電石渣本身為廢料，雜質(zhì)較多，如不進(jìn)行一定的預(yù)處理，會造成一系列的不良后果，如管路堵塞，設(shè)備磨損，副產(chǎn)品純度下降等。該電石渣脫硫設(shè)置了完備的預(yù)處理系統(tǒng)，先對來漿進(jìn)行精過濾，以去除焦碳顆粒，再對來漿進(jìn)行濃縮控制漿液濃度在一個合理的范圍之內(nèi)，然后將澄清液返回化工廠再利用。整套系統(tǒng)采用DCS控制，自動化程度高，作業(yè)環(huán)境整潔。
（2）電石渣完全可以應(yīng)用于大型石灰石/石膏脫硫系統(tǒng)
根據(jù)資料顯示，國內(nèi)應(yīng)用電石渣脫硫均為小型鍋爐，且多為試驗(yàn)裝置，沒有在大型火電機(jī)組上的應(yīng)用實(shí)例。該電石渣脫硫已經(jīng)成功應(yīng)用于300MW機(jī)組，系統(tǒng)完善，性能穩(wěn)定，為我國大型火力發(fā)電機(jī)組煙氣脫硫開辟了另一條有效的途徑。
（3）具有較高的脫硫效率
通過試驗(yàn)對比，采用電石渣替代石灰石作為吸收劑，脫硫裝置在同等工況下，脫硫效率平均可提高2～3個百分點(diǎn)，最高脫硫效率可達(dá)97%以上。
（4）具有很好的抗沖擊性負(fù)荷能力
由于CaCO3為弱堿鹽，采用石灰石做吸收劑，必須在酸性條件下，才能分解參與反應(yīng)，而且影響CaCO3溶解速率的因素很多，比如在鍋爐投油助燃期間，含油煙氣進(jìn)入吸收塔后，CaCO3的反應(yīng)受到嚴(yán)重的阻礙，脫硫效率急劇下降，脫硫裝置無法正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)必須重新制漿。
某些溶解的化學(xué)物質(zhì)會大大減緩或阻止石灰石的溶解，比如高濃度的溶解氯化物及鎂會抑制石灰石的溶解，這種抑制的機(jī)理被稱為“共離子”效應(yīng)；在強(qiáng)制氧化工藝中，高濃度的溶解亞硫酸鹽或氟化鋁絡(luò)合物會在石灰石顆粒表面反應(yīng)堵塞溶解場所，導(dǎo)致石灰石閉塞，煙氣含塵量高時(shí)就會出現(xiàn)石灰石閉塞的問題。
電石渣由于其為強(qiáng)堿性（pH大于12），其主要成分Ca(OH)2與SO2反應(yīng)迅速，影響因素少。實(shí)驗(yàn)證明，在投油和粉塵濃度高時(shí)仍能保持正常運(yùn)行，抗沖擊性負(fù)荷能力良好，不會發(fā)生溶解的抑制或閉塞。
（5）可生產(chǎn)高純度石膏
脫硫石膏的生成和結(jié)晶是一個復(fù)雜的理化反應(yīng)過程，在實(shí)際的運(yùn)行控制中有很大的難度。一般的電石渣脫硫，往往采取拋棄方式，副產(chǎn)品不進(jìn)行回收，增加了電廠的固體廢物產(chǎn)生量，形成二次污染。該項(xiàng)技術(shù)在研發(fā)過程中，將取得高純度石膏作為技術(shù)攻關(guān)的主要內(nèi)容，通過不斷的試驗(yàn)和摸索，我們掌握了石膏生成的規(guī)律，解決了電石渣利用中二次副產(chǎn)品的回收利用問題，石膏純度可以達(dá)到90%以上。
（6）大幅度降低脫硫成本
該電石渣脫硫采用化工廠無償輸送來的電石渣漿，原有石灰石制粉系統(tǒng)停運(yùn)。
（六）成果的意義
1、具有典型的循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范效應(yīng)
電廠和化工廠在電石渣綜合利用方面的合作，使兩個企業(yè)間形成了非常緊密的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。過去，電廠供給化工廠電能和蒸汽，化工廠向電廠提供酸和堿，只是兩個企業(yè)產(chǎn)品的交換。現(xiàn)在，電石渣漿源源不斷地輸送到電廠脫硫裝置，澄清水再返回化工廠重復(fù)利用，兩個企業(yè)在生產(chǎn)流程上連接在一起，通過簡單的物質(zhì)交換，以最小的投入，采用以廢治廢的模式，實(shí)現(xiàn)了資源的重復(fù)利用。兩個企業(yè)打破了行業(yè)界限，建立起循環(huán)經(jīng)濟(jì)的模式，該模式具有節(jié)能、節(jié)水、減少自然資源的消耗等等多方面的現(xiàn)實(shí)意義，大幅度降低了雙方生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了社會效益和環(huán)境效益的雙贏，具有典型的循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范效應(yīng)。
2、推動了脫硫技術(shù)國產(chǎn)化進(jìn)程
我國能源結(jié)構(gòu)以煤為主，煤炭燃燒是造成大氣污染的主要原因，燃煤電廠是二氧化硫排放的主要來源？刂贫趸蚺欧，對于治理大氣污染、保護(hù)生態(tài)環(huán)境十分重要。“十五”期間，國家加強(qiáng)了火電廠煙氣脫硫設(shè)施建設(shè)。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，到2005年年底，全國已配套建設(shè)脫硫設(shè)施的火電裝機(jī)容量達(dá)到5300萬千瓦，占火電總裝機(jī)容量的比重由2000年的2%左右提高到14%。
推進(jìn)脫硫設(shè)備的國產(chǎn)化，是降低脫硫設(shè)施建設(shè)和運(yùn)行成本的重要途徑。掌握核心技術(shù)和擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，是實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化的關(guān)鍵。
該項(xiàng)目申報(bào)了“利用電石渣脫硫并生產(chǎn)高純度石膏”的發(fā)明專利申請，并獲得通過。
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