影響濕法脫硫石膏脫水效率的因素研究
1前言
二氧化硫是“十二五”期間，國(guó)家明確的主要污染物減排指標(biāo)之一，鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫勢(shì)在必行。濕法脫硫工藝作為燒結(jié)煙氣脫硫的辦法之一，已經(jīng)在一些企業(yè)實(shí)施。該工藝的副產(chǎn)物脫硫石膏因可以回收利用，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。正常情況工藝設(shè)計(jì)要求脫硫石膏經(jīng)脫水后含水率低于15%，壓濾后成形較好，成干態(tài)。但實(shí)際工程應(yīng)用中脫硫石膏的脫水效果偶爾會(huì)出現(xiàn)不理想的狀況，其含水率遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)要求，呈稀泥漿狀，對(duì)脫硫石膏的排放及拖運(yùn)造成很大的影響，甚至于直接影響脫硫石膏的外售。
2石膏脫水原理概述
吸收SO2后的脫硫漿液在脫硫塔內(nèi)經(jīng)氧化形成石膏漿液,當(dāng)漿液達(dá)到一定密度后，被送入過(guò)濾系統(tǒng)進(jìn)行脫水。石膏過(guò)濾系統(tǒng)主要設(shè)備包括水力旋流器和真空帶式壓濾機(jī)，二者分別承擔(dān)了石膏的一級(jí)脫水和二級(jí)脫水的任務(wù)。經(jīng)水力旋流器離心濃縮后的石膏漿液一般含水量為50%，通過(guò)真空帶式壓濾機(jī)作用石膏含水率才可能降低到15%以下。
真空壓濾機(jī)是二級(jí)脫水系統(tǒng)的核心，其脫水原理是通過(guò)真空泵抽真空，在石膏表面形成負(fù)壓力，強(qiáng)制分離石膏與水分。當(dāng)含水的石膏均勻排放到真空皮帶機(jī)的濾布上，隨著濾布的運(yùn)轉(zhuǎn)在真空泵的吸力及重力作用下，脫硫石膏中的水分會(huì)被逐漸吸出。脫水后的石膏經(jīng)濾布輸送到皮帶尾端后，經(jīng)過(guò)濾分離系統(tǒng)，石膏從濾布上剝離，落入石膏倉(cāng)內(nèi)，同時(shí)石膏中抽出的廢水可以循環(huán)利用送回洗滌系統(tǒng)再次使用。
3石膏脫水效率的影響因素
脫硫石膏脫水效果不好，影響因素是多方面的，主要包括：石膏結(jié)晶體粒徑的影響、石膏漿液性質(zhì)的影響、脫硫塔及運(yùn)行控制的影響等。
3.1石膏結(jié)晶體粒徑的影響
石膏晶體的結(jié)晶狀況直接對(duì)石膏漿液性質(zhì)造成影響。有研究[1]表明石膏結(jié)晶體粒徑是影響脫水的主要因素，當(dāng)石膏晶體粒徑越小，則石膏漿液密度越大，脫水性能越差。
3.2 石膏漿液性質(zhì)的影響
3.2.1.石膏漿液密度
石膏漿液密度的大小會(huì)直接影響到水力旋流器的工作效果，密度過(guò)小則漿液含固率低，不利于水分的分離。通？梢酝ㄟ^(guò)增加吸收液的循環(huán)使用次數(shù)提高塔內(nèi)漿液密度，當(dāng)漿液中固體含量增加，過(guò)飽度增大時(shí)，則石膏結(jié)晶時(shí)間同步增加，晶體長(zhǎng)大的機(jī)率更高，更有利于石膏脫水。研究表明當(dāng)吸收塔內(nèi)固體含量達(dá)到15～18%時(shí)，石膏結(jié)晶體含量最高 [1]。
3.2.2 石膏漿液中的石灰石
實(shí)際運(yùn)行中石膏漿液中含有一定量的石灰石雜質(zhì)，其含量需控制在3%以下 [1]。因?yàn)槭沂械碾s質(zhì)(惰性物)在吸收塔內(nèi)會(huì)影響石膏結(jié)晶的粒度和純度，不利于石膏的結(jié)晶，控制好石膏中石灰石含量是系統(tǒng)運(yùn)行的重要指標(biāo)之一。
3.2.3 石膏漿液中氯離子
石膏漿液中氯離子主要來(lái)源于煙氣中的HCl和工藝水，特別是HC來(lái)源于煤的燃燒，氯離子會(huì)隨煙氣進(jìn)入脫硫塔漿液中。尹連慶[2]等人的研究表明石膏漿液中的晶體在結(jié)晶過(guò)程中，氯離子會(huì)被晶體包裹，留在晶體內(nèi)部或晶體之間，而溶液中存在一定量的鈣離子會(huì)與之反應(yīng)，生成性質(zhì)穩(wěn)定的六水氯化鈣，鎖定在石膏晶體內(nèi)部的水分子，會(huì)造成石膏含水率上升。此外，氯化鈣還可以存在于石膏晶體之間，阻礙結(jié)晶水在晶體之間的通行，對(duì)石膏脫水造成影響。為避免過(guò)量氯離子對(duì)石膏脫水造成影響，一般建議氯離子濃度控制在20,000ppm以下[3]。
3.2.4 石膏漿液中煙塵及雜質(zhì)含量
石膏漿液中的雜質(zhì)主要包括煙氣中飛灰和石灰石中雜質(zhì)，這些雜質(zhì)不參與吸收反應(yīng)．通過(guò)廢水排放到系統(tǒng)之外。曹莉莉[5]等人曾在文獻(xiàn)中指出煙氣中的煙粉塵經(jīng)電除塵設(shè)備后進(jìn)入漿液系統(tǒng)，其粒徑較小會(huì)包裹在石灰石顆粒的表面并對(duì)石灰石的溶解造成影響，由此導(dǎo)致漿液中石灰石顆粒增多，漿液密度增大，石膏脫水效率降低。有文獻(xiàn)[4]指出煙氣中的煙塵質(zhì)量濃度必須控制在100 mg/m3以內(nèi)，否則會(huì)影響脫水系統(tǒng)功能，也會(huì)降低石膏品質(zhì)。此外，雜質(zhì)含量長(zhǎng)期過(guò)高，會(huì)使脫硫系統(tǒng)嚴(yán)重堵塞，也會(huì)對(duì)設(shè)備造成磨損。特別對(duì)于水力旋流器，雜質(zhì)的磨損會(huì)造成旋流子口徑變大，使得旋流效果達(dá)不到原設(shè)計(jì)效果，對(duì)于后續(xù)的石膏脫水過(guò)程更是影響嚴(yán)重。
3.2.5石膏漿液中CaSO3含量
石膏漿液中CaSO3含量過(guò)高易生成CaSO3·1/2H20，該物質(zhì)呈針狀晶體，其粒徑偏小，粘性高，密度大。當(dāng)CaSO3·1/2H20含量過(guò)高時(shí)，會(huì)造成漿液粘稠、密度偏大，即便真空壓濾機(jī)吸力再大也難以分離出水分。造成石膏漿液中CaSO3含量過(guò)高的主要原因之一是脫硫塔內(nèi)漿液氧化不充分，由于塔內(nèi)氧化空氣量不足，使得漿液中的亞硫酸鈣難以被完全氧化為硫酸鈣。此外，pH值也會(huì)對(duì)石膏脫水造成影響，特別是pH值低于4.8時(shí)[4]，漿液內(nèi)亞硫酸鈣含量又會(huì)大幅增加，如果pH值在此基礎(chǔ)上再次升高，亞硫酸鈣則會(huì)大量析出。閆維明[1]在相關(guān)文獻(xiàn)中指出，所需的氧化空氣量可由漿液中亞硫酸鹽的含量進(jìn)行推算，再乘以1.8-2.5的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，而漿液pH 值控制在4.3-5.5之間最為合適。
3.3 脫硫塔及運(yùn)行控制的影響
脫硫塔內(nèi)漿池容積，漿液停留時(shí)間、循環(huán)倍率、攪拌強(qiáng)度以及水力旋流器的入口壓力、真空壓濾機(jī)的運(yùn)行等都會(huì)影響石膏品質(zhì)。
3.3.1設(shè)計(jì)參數(shù)及運(yùn)行參數(shù)
(1) 脫硫塔內(nèi)漿液池的容積及漿液停留時(shí)間
因?yàn)闈{液中石膏晶體長(zhǎng)大需要一定的時(shí)間和空間，只有晶體長(zhǎng)大到一定程度才能達(dá)到好的脫水效果。脫硫塔內(nèi)漿液停留時(shí)間太短會(huì)導(dǎo)致石膏顆粒過(guò)于細(xì)小，使得脫硫石膏膏體細(xì)密，不利于脫水。與此同時(shí)，脫硫塔內(nèi)的漿液池容積設(shè)計(jì)也必須尺寸合理，這一方面要確保石膏晶體有足夠的生長(zhǎng)時(shí)間，另一方也要保證石膏晶體不會(huì)因循環(huán)漿液的沖擊受到影響。
(2)脫硫漿液的攪拌強(qiáng)度與循環(huán)倍率
石膏漿液的攪拌強(qiáng)度及漿液循環(huán)倍率，也會(huì)對(duì)石膏結(jié)晶造成影響。攪拌不充分，石膏結(jié)晶體會(huì)出現(xiàn)片狀、針狀等，脫水時(shí)容易成氈體[5]狀。而漿液的循環(huán)倍率與漿液密度成正比，漿液密度越大利于石膏結(jié)晶，即越有利于石膏脫水。
3.3.2 水力旋流器的運(yùn)行狀況影響
水力旋流器的入口壓力及旋流器沉砂嘴和溢流嘴尺寸是影響石膏脫水效果的主要參數(shù)。水力旋流器的入口壓力會(huì)影響旋流器的分離效果，當(dāng)旋流器的入口壓力過(guò)高或過(guò)低都會(huì)出現(xiàn)旋流器溢流的現(xiàn)象。此外，旋流器的入口壓力還會(huì)影響底流漿液的含固量，當(dāng)旋流器入口壓力偏低，會(huì)造成底流顆粒過(guò)大；當(dāng)旋流器入口壓力偏高則會(huì)造成底流顆粒過(guò)小。而沉砂嘴尺寸太大或溢流嘴尺寸太小均會(huì)導(dǎo)致旋流器底流顆粒過(guò)小，影響真空皮帶脫水效果。
3.3.3 真空壓濾機(jī)的運(yùn)行狀況影響
（1）真空度
根據(jù)脫水原理，石膏脫水主要依靠壓濾機(jī)的真空吸力，也就是壓濾機(jī)真空度大小直接對(duì)脫水吸力造成影響。真空度不足，吸力不夠，脫水效果自然不好。一般壓濾機(jī)真空度偏低主要由濾布破損、皮帶機(jī)運(yùn)行軌跡不平、真空泵本體故障等原因造成的。而氣液分離器液位過(guò)高或?yàn)V布出現(xiàn)堵塞時(shí)，真空度則有可能突然變高，這同樣會(huì)對(duì)石膏脫水造成不利影響。根據(jù)研究[3]顯示，氣液分離器的真空度控制在-45kPa～-55kPa之間是最為合適的。
（2）濾布的選型
濾布的選型會(huì)涉及到濾布材料、濾布孔徑、濾布結(jié)構(gòu)等因素，對(duì)于不同成分的石膏，應(yīng)根據(jù)其性質(zhì)和壓濾機(jī)的型號(hào)，對(duì)應(yīng)選擇好匹配的濾布。通常，在設(shè)備運(yùn)行中濾布堵塞的現(xiàn)象相對(duì)較多,特別是石膏漿液中雜質(zhì)含量偏多，氯離子成分超標(biāo)，以及濾帶沖洗水量不足等都會(huì)造成濾布堵塞。
（3）石膏膏體厚度
正常情況石膏漿液通過(guò)水力旋流器后，會(huì)經(jīng)給料系統(tǒng)落放到壓濾機(jī)皮帶上，其膏體厚度是通過(guò)變頻器進(jìn)行控制，與皮帶的轉(zhuǎn)速成反比。當(dāng)石膏膏體厚度過(guò)大，其含水量必然偏高，但膏體厚度偏低又有可能造成石膏膏體在濾布上分布不均，出現(xiàn)局部真空泄漏，這樣同樣影響脫水效果。根據(jù)資料[3]、[5]顯示，石膏膏體控制在20～25mm，可以獲得較好的脫水效果。
4結(jié)束語(yǔ)
脫硫石膏脫水,這個(gè)看似簡(jiǎn)單的工藝過(guò)程,其實(shí)是個(gè)復(fù)雜,由多個(gè)因素控制并影響的工程。日常工作中，要針對(duì)上述各因素依次做好相關(guān)檢查，并及時(shí)對(duì)出狀況的環(huán)節(jié)進(jìn)行再調(diào)試，才能確保脫硫系統(tǒng)及脫硫石膏脫水過(guò)程正常運(yùn)行，這樣才能保證脫硫石膏的產(chǎn)出品質(zhì)達(dá)標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
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[3]胡斌,溫治,孔維軍.石灰石濕法煙氣脫硫石膏含水率超標(biāo)原因初探[J]. Equipment Manufacturing Technology, 2008(2):138-140.
[4]張軍梅,李臨臨.濕法脫硫石膏脫水系統(tǒng)設(shè)備配置及優(yōu)化[J]. 電力環(huán)境保護(hù),2009,25(3):11-14.
作者簡(jiǎn)介：方婷(1982-)，女，助理工程師，研究方向：環(huán)保管理。
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