引言

由于增濕塔或余熱鍋爐灰含有約75％的CaCO₃，水泥窯濕法煙氣脫硫工藝中，采用增濕塔或余熱鍋爐灰作為脫硫劑，增濕塔或余熱鍋爐灰通過(guò)計(jì)量輸送與工藝水混合攪拌制成窯灰漿液，窯灰漿液在吸收塔內(nèi)與煙氣中的SO₂進(jìn)行逆向接觸反應(yīng)，在漿液中形成CaSO₃，形成的CaSO₃被羅茨風(fēng)機(jī)鼓入的空氣氧化生成CaSO₄，并生成CaSO₄·2H₂O。石膏漿液排出泵將吸收塔內(nèi)反應(yīng)后的漿液泵送至石膏脫水系統(tǒng)進(jìn)行石膏脫水。脫水后的石膏含水率一般控制在15％以下。在整個(gè)脫硫反應(yīng)過(guò)程中，石膏的品質(zhì)受窯灰中CaCO₃含量，窯灰中雜質(zhì)種類(lèi)含量，漿液pH值，工藝水質(zhì)、氧化空氣量、反應(yīng)時(shí)間等多種因素的影響。脫硫石膏替代天然石膏用于水泥緩凝劑和建筑其他行業(yè)，其含水率是重要的質(zhì)量指標(biāo)，石膏水分達(dá)到15％以上對(duì)再利用會(huì)帶來(lái)不利影響。本文從整個(gè)水泥窯濕法脫硫系統(tǒng)中造成石膏脫水異常的因素進(jìn)行分析，為水泥廠提供處理建議。

脫硫塔底部的石膏漿液通過(guò)石膏漿液排出泵，泵入石膏水力旋流器。水力旋流器具有雙重作用：即石膏漿液預(yù)脫水和石膏晶體分級(jí)。進(jìn)入水力旋流器的石膏漿液懸浮切向流動(dòng)產(chǎn)生離心運(yùn)動(dòng)，細(xì)小的微粒從旋流器的中心向上流動(dòng)形成溢流，正常工況下溢流進(jìn)入脫硫塔集水坑；水力旋流器中重的固體微粒被拋向旋流器壁，向下流動(dòng)，形成含固濃度約為50％的底流。石膏水力旋流器的底流自流至真空皮帶脫水機(jī)給料箱，進(jìn)入真空皮帶脫水機(jī)二次脫水。

2018年5月，湖南南方某水泥廠煙氣脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)石膏脫水困難，石膏含水率45％，脫硫塔漿液pH值6.0～6.5，真空皮帶脫水機(jī)真空泵真空度在-30～-50kPa，真空皮帶機(jī)上石膏粘連嚴(yán)重，石膏顏色偏深，含水量大。脫硫石膏化學(xué)成分分析見(jiàn)表1。

表1 脫硫石膏化學(xué)成分分析（%）

根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)可知，石膏含水的增長(zhǎng)趨勢(shì)與石膏中SO₃含量降低趨勢(shì)一致，說(shuō)明生成的石膏量越大越容易脫水，石膏含水增加，石膏中生成的硫酸鈣和亞硫酸鈣的含量降低；此外生成的硫酸鹽含量越大，石膏中殘留的氧化鈣與SO₃含量比值越小。

針對(duì)石膏脫水系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，通過(guò)逐一排查影響石膏含水量的因素后，得出以下幾方面的原因。

2.1 漿液的pH控制不當(dāng)

漿液pH對(duì)石膏品質(zhì)有重要影響，漿液理論的pH應(yīng)控制在5.2～5.8，在實(shí)際脫硫生產(chǎn)中，漿液的pH偏高，因?yàn)檩^高的pH有利于SO₂的吸收，不利于CaCO₃的溶解，檢測(cè)期間水泥廠脫硫塔漿液pH平均值為6.2；此外，由于操作人員經(jīng)驗(yàn)不足，在實(shí)際運(yùn)行中未及時(shí)沖洗pH計(jì)，使得pH計(jì)未能真實(shí)反映吸收塔漿液的pH值，導(dǎo)致CaCCO₃添加過(guò)量。過(guò)多的石灰石進(jìn)入到石膏中，石膏純度降低，造成石膏脫水困難。

2.2 脫硫廢水中Cl-含量超標(biāo)

石膏漿液中的Cl-主要來(lái)自煙氣中的HCl和工藝廢水，廢水中Cl-的多少對(duì)石膏脫水效果的影響顯著，隨著Cl-濃度的增大，石膏含水率逐漸增加。CI-濃度和石膏含水率數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 石膏漿液Cl-濃度和石膏含水率檢測(cè)值

由表2可以看出，Cl-含量過(guò)高，石膏含水率越高。由于CI-比碳酸根離子性強(qiáng)，使得Cl-易與Ca2+結(jié)合，以CaCI₂存在漿液中，漿液中Ca2+濃度變大，根據(jù)同離子效應(yīng)，碳酸鈣溶解被抑制，不利于煙氣中SO₂與漿液中ca2+反應(yīng)，石膏生成困難。在脫水過(guò)程中，由于Cl-堵塞了石膏晶體中游離水的通道，使石膏脫水變得困難。此外，高濃度Cl-會(huì)影響石膏的結(jié)晶過(guò)程，石膏晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，產(chǎn)生更多晶核，石膏晶體呈現(xiàn)多樣化并且不易長(zhǎng)大，對(duì)石膏脫水不利。

2.3 氧化空氣量不合理

吸收塔漿液鼓入的氧化空氣參與煙氣脫硫的整個(gè)化學(xué)過(guò)程，空氣中的O₂將SO₃2-氧化成SO₄2，隨著煙氣中O₂含量的增加，CaSOO₄·2H₂O的形成加快，降低石膏中的SO₃2-含量，從而提高石膏品質(zhì)。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于存在氧化風(fēng)機(jī)進(jìn)口濾網(wǎng)堵塞或出口管道不暢而未及時(shí)發(fā)現(xiàn)等現(xiàn)象，導(dǎo)致氧化風(fēng)機(jī)向吸收塔漿液鼓入的空氣量不足。SO₃2-氧化不徹底，導(dǎo)致石膏漿液中SO₃2-較高，CaSO₃·1/2H₂O由于石膏顆粒小，粘度大，難以脫水，造成真空皮帶脫水機(jī)脫水困難。

2.4 脫硫劑品質(zhì)不達(dá)標(biāo)

脫硫劑中CaCO₃含量和細(xì)度是脫硫的關(guān)鍵指標(biāo)，雜質(zhì)增多或CaCO₃含量下降會(huì)使?jié){液質(zhì)量嚴(yán)重下降，有時(shí)CaCO₃細(xì)度不夠或氧化鎂及其他雜質(zhì)含量高，會(huì)使CaCO₃反應(yīng)活性降低，導(dǎo)致吸收塔供漿過(guò)量，CaCO₃和石膏顆粒粘連在一起，影響了石膏的結(jié)晶過(guò)程，石膏晶體顆粒間夾帶的毛細(xì)水量增多，石膏顆粒整體偏小，造成石膏脫水困難。

2.5 脫水設(shè)備異常

脫水系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行后，旋流器內(nèi)部和沉砂嘴易出現(xiàn)結(jié)垢和磨損等問(wèn)題，使旋流器分離效率變差，進(jìn)入真空皮帶脫水機(jī)的底流漿液含水量增大，進(jìn)一步造成真空皮帶脫水機(jī)脫水困難。

真空皮帶脫水機(jī)是石膏二次脫水的重要設(shè)備，脫水機(jī)濾布由于沖洗不合理，長(zhǎng)期運(yùn)行后濾布的清潔程度變差，或者由于石膏漿液本身性質(zhì)的變化使得漿液中小顆粒石膏晶體增多或漿液中雜質(zhì)含量變化時(shí)，導(dǎo)致濾布過(guò)濾通道堵塞，使?jié){液中的水不容易從濾布孔隙分離出來(lái)，造成石膏脫水困難。

3.1 加強(qiáng)儀表的維護(hù)和校準(zhǔn)

儀表是控制脫硫工藝指標(biāo)的關(guān)鍵，關(guān)系到脫硫系統(tǒng)脫硫效率和達(dá)標(biāo)排放。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中至少每星期對(duì)在線儀表進(jìn)行檢查維護(hù)，及時(shí)對(duì)壓力變送器和pH計(jì)進(jìn)行沖洗和校準(zhǔn)，盡量避免由于脫硫塔內(nèi)漿液pH值的失真造成的石膏脫水困難問(wèn)題的發(fā)生。吸收塔漿液pH是保證脫硫效率和石膏脫水的一個(gè)關(guān)鍵工藝指標(biāo)，pH<5.2時(shí)，脫硫效率難以保證，吸收塔漿液對(duì)漿液管道的腐蝕和磨損不容忽視。而吸收塔漿液pH>5.8時(shí)，石膏漿液中含有未反應(yīng)的CaCO₃，對(duì)管道的磨損、堵塞加劇。脫硫系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，吸收塔漿液pH控制在5.2～5.8。

3.2 控制廢水中Cl-的含量

由于水泥窯石灰石-石膏脫硫系統(tǒng)沒(méi)有廢水處理系統(tǒng)，廢水只能少量外排至篦冷機(jī)或生料磨，因此加劇了脫硫石膏漿液中CI-含量高居不下。為控制由于CI-含量高導(dǎo)致的石膏脫水困難問(wèn)題，盡可能加大系統(tǒng)廢水的外排量，吸收塔漿液保證一周更換一次，合理控制脫硫漿液中CI-含量小于109/L。

3.3 保證合理的氧化空氣量

時(shí)刻關(guān)注羅茨鼓風(fēng)機(jī)的電流和壓力，若電流和壓力出現(xiàn)異常，估計(jì)氧化風(fēng)管已經(jīng)結(jié)垢嚴(yán)重，及時(shí)清掃氧化風(fēng)機(jī)管網(wǎng)，同時(shí)減少石灰石漿液供漿量及石膏漿液的排出量，降低pH的控制要求，使吸收塔漿液pH短暫控制在4.8～5.5。

3.4 嚴(yán)格控脫硫劑品質(zhì)

水泥廠濕法脫硫脫硫劑使用的是增濕塔或余熱鍋爐灰，增濕塔和余熱鍋爐灰中CaCO₃含量波動(dòng)較大，雜質(zhì)含量多，制定嚴(yán)格的脫硫劑管理制度，確保脫硫劑增濕塔或余熱鍋爐灰CaCO₃含量≥75％，控制脫硫劑增濕塔或余熱鍋爐灰80μm篩余小于10％。

3.5 加強(qiáng)脫水設(shè)備的巡檢和維護(hù)

加強(qiáng)石膏旋流器的巡檢，對(duì)石膏旋流器底流口液體流出狀態(tài)進(jìn)行檢查，沉砂嘴噴出物為霧狀時(shí)脫硫效果最佳，接近直流時(shí)脫硫效果已經(jīng)變差，此時(shí)應(yīng)考慮更換沉砂嘴，也可以測(cè)量旋流器石膏漿液底流濃度，若石膏漿液底流濃度小于50％就要考慮更換旋流器了。其次，石膏旋流器停運(yùn)后應(yīng)加長(zhǎng)沖洗時(shí)間，防止?jié){液在旋流器中沉淀結(jié)垢。

對(duì)于真空皮帶脫水機(jī)，重點(diǎn)關(guān)注濾布的狀況，濾布被堵塞后，其脫水效果變差；其次保持穩(wěn)定的濾布沖洗水壓力，發(fā)現(xiàn)真空度異常時(shí)要及時(shí)清理真空罐和管道中的雜物。

影響石膏脫水困難的原因較多，如吸收塔漿液的pH值、脫硫廢水中Cl-含量，氧化空氣量、脫硫劑品質(zhì)、石膏脫水系統(tǒng)設(shè)備異常等因素，各種因素之間相互制約和影響；在水泥廠濕法脫硫運(yùn)行過(guò)程中遇到石膏脫水困難的問(wèn)題，應(yīng)結(jié)合實(shí)際工況綜合考慮各影響因素，對(duì)脫硫石膏品質(zhì)進(jìn)行控制。同時(shí)提高操作水平，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、分析原因才可使整個(gè)脫硫系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

作者：桑圣歡，閆偉，羅超，徐連春，吳濤

來(lái)源：《南京凱盛國(guó)際工程有限公司》

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