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，國家明確的主要污染物減排指標之一，鋼鐵企業燒結機煙氣脫硫勢在必行。濕法脫硫工藝作為燒結煙氣脫硫的辦法之一，已經在一些企業實施。該工藝的副產物脫硫石膏因可以回收利用，具有一定的經濟價值。正常情況工藝設計要求脫硫石膏經脫水后含水率低于15%，壓濾后成形較好，成干態。但實際工程應用中脫硫石膏的脫水效果偶爾會出現不理想的狀況，其含水率遠大于設計要求，呈稀泥漿狀，對脫硫石膏的排放及拖運造成很大的影響，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經氧化形成石膏漿液,當漿液達到一定密度后，被送入過濾系統進行脫水。石膏過濾系統主要設備包括水力旋流器和真空帶式壓濾機，二者分別承擔了石膏的一級脫水和二級脫水的任務。經水力旋流器離心濃縮后的石膏漿液一般含水量為50%，通過真空帶式壓濾機作用石膏含水率才可能降低到15%以下。
真空壓濾機是二級脫水系統的核心，其脫水原理是通過真空泵抽真空，在石膏表面形成負壓力，強制分離石膏與水分。當含水的石膏均勻排放到真空皮帶機的濾布上，隨著濾布的運轉在真空泵的吸力及重力作用下，脫硫石膏中的水分會被逐漸吸出。脫水后的石膏經濾布輸送到皮帶尾端后，經過濾分離系統，石膏從濾布上剝離，落入石膏倉內，同時石膏中抽出的廢水可以循環利用送回洗滌系統再次使用。
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：石膏結晶體粒徑的影響、石膏漿液性質的影響、脫硫塔及運行控制的影響等。
3.1石膏結晶體粒徑的影響
石膏晶體的結晶狀況直接對石膏漿液性質造成影響。有研究[1]表明石膏結晶體粒徑是影響脫水的主要因素，當石膏晶體粒徑越小，則石膏漿液密度越大，脫水性能越差。
3.2 石膏漿液性質的影響
3.2.1.石膏漿液密度
石膏漿液密度的大小會直接影響到水力旋流器的工作效果，密度過小則漿液含固率低，不利于水分的分離。通常可以通過增加吸收液的循環使用次數提高塔內漿液密度，當漿液中固體含量增加，過飽度增大時，則石膏結晶時間同步增加，晶體長大的機率更高，更有利于石膏脫水。研究表明當吸收塔內固體含量達到15～18%時，石膏結晶體含量最高 [1]。
3.2.2 石膏漿液中的石灰石
實際運行中石膏漿液中含有一定量的石灰石雜質，其含量需控制在3%以下 [1]。因為石灰石中的雜質(惰性物)在吸收塔內會影響石膏結晶的粒度和純度，不利于石膏的結晶，控制好石膏中石灰石含量是系統運行的重要指標之一。
3.2.3 石膏漿液中氯離子
石膏漿液中氯離子主要來源于煙氣中的HCl和工藝水，特別是HC來源于煤的燃燒，氯離子會隨煙氣進入脫硫塔漿液中。尹連慶[2]等人的研究表明石膏漿液中的晶體在結晶過程中，氯離子會被晶體包裹，留在晶體內部或晶體之間，而溶液中存在一定量的鈣離子會與之反應，生成性質穩定的六水氯化鈣，鎖定在石膏晶體內部的水分子，會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，阻礙結晶水在晶體之間的通行，對石膏脫水造成影響。為避免過量氯離子對石膏脫水造成影響，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含量
石膏漿液中的雜質主要包括煙氣中飛灰和石灰石中雜質，這些雜質不參與吸收反應．通過廢水排放到系統之外。曹莉莉[5]等人曾在文獻中指出煙氣中的煙粉塵經電除塵設備后進入漿液系統，其粒徑較小會包裹在石灰石顆粒的表面并對石灰石的溶解造成影響，由此導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[4]指出煙氣中的煙塵質量濃度必須控制在100 mg/m3以內，否則會影響脫水系統功能，也會降低石膏品質。此外，雜質含量長期過高，會使脫硫系統嚴重堵塞，也會對設備造成磨損。特別對于水力旋流器，雜質的磨損會造成旋流子口徑變大，使得旋流效果達不到原設計效果，對于后續的石膏脫水過程更是影響嚴重。
3.2.5石膏漿液中CaSO3含量
石膏漿液中CaSO3含量過高易生成CaSO3·1/2H20，該物質呈針狀晶體，其粒徑偏小，粘性高，密度大。當CaSO3·1/2H20含量過高時，會造成漿液粘稠、密度偏大，即便真空壓濾機吸力再大也難以分離出水分。造成石膏漿液中CaSO3含量過高的主要原因之一是脫硫塔內漿液氧化不充分，由于塔內氧化空氣量不足，使得漿液中的亞硫酸鈣難以被完全氧化為硫酸鈣。此外，pH值也會對石膏脫水造成影響，特別是pH值低于4.8時[4]，漿液內亞硫酸鈣含量又會大幅增加，如果pH值在此基礎上再次升高，亞硫酸鈣則會大量析出。閆維明[1]在相關文獻中指出，所需的氧化空氣量可由漿液中亞硫酸鹽的含量進行推算，再乘以1.8-2.5的經驗系數，而漿液pH 值控制在4.3-5.5之間最為合適。
3.3 脫硫塔及運行控制的影響
脫硫塔內漿池容積，漿液停留時間、循環倍率、攪拌強度以及水力旋流器的入口壓力、真空壓濾機的運行等都會影響石膏品質。
3.3.1設計參數及運行參數
(1) 脫硫塔內漿液池的容積及漿液停留時間
因為漿液中石膏晶體長大需要一定的時間和空間，只有晶體長大到一定程度才能達到好的脫水效果。脫硫塔內漿液停留時間太短會導致石膏顆粒過于細小，使得脫硫石膏膏體細密，不利于脫水。與此同時，脫硫塔內的漿液池容積設計也必須尺寸合理，這一方面要確保石膏晶體有足夠的生長時間，另一方也要保證石膏晶體不會因循環漿液的沖擊受到影響。
(2)脫硫漿液的攪拌強度與循環倍率
石膏漿液的攪拌強度及漿液循環倍率，也會對石膏結晶造成影響。攪拌不充分，石膏結晶體會出現片狀、針狀等，脫水時容易成氈體[5]狀。而漿液的循環倍率與漿液密度成正比，漿液密度越大利于石膏結晶，即越有利于石膏脫水。
3.3.2 水力旋流器的運行狀況影響
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。水力旋流器的入口壓力會影響旋流器的分離效果，當旋流器的入口壓力過高或過低都會出現旋流器溢流的現象。此外，旋流器的入口壓力還會影響底流漿液的含固量，當旋流器入口壓力偏低，會造成底流顆粒過大；當旋流器入口壓力偏高則會造成底流顆粒過小。而沉砂嘴尺寸太大或溢流嘴尺寸太小均會導致旋流器底流顆粒過小，影響真空皮帶脫水效果。
3.3.3 真空壓濾機的運行狀況影響
（1）真空度
根據脫水原理，石膏脫水主要依靠壓濾機的真空吸力，也就是壓濾機真空度大小直接對脫水吸力造成影響。真空度不足，吸力不夠，脫水效果自然不好。一般壓濾機真空度偏低主要由濾布破損、皮帶機運行軌跡不平、真空泵本體故障等原因造成的。而氣液分離器液位過高或濾布出現堵塞時，真空度則有可能突然變高，這同樣會對石膏脫水造成不利影響。根據研究[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
濾布的選型會涉及到濾布材料、濾布孔徑、濾布結構等因素，對于不同成分的石膏，應根據其性質和壓濾機的型號，對應選擇好匹配的濾布。通常，在設備運行中濾布堵塞的現象相對較多,特別是石膏漿液中雜質含量偏多，氯離子成分超標，以及濾帶沖洗水量不足等都會造成濾布堵塞。
（3）石膏膏體厚度
正常情況石膏漿液通過水力旋流器后，會經給料系統落放到壓濾機皮帶上，其膏體厚度是通過變頻器進行控制，與皮帶的轉速成反比。當石膏膏體厚度過大，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，出現局部真空泄漏，這樣同樣影響脫水效果。根據資料[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結束語
脫硫石膏脫水,這個看似簡單的工藝過程,其實是個復雜,由多個因素控制并影響的工程。日常工作中，要針對上述各因素依次做好相關檢查，并及時對出狀況的環節進行再調試，才能確保脫硫系統及脫硫石膏脫水過程正常運行，這樣才能保證脫硫石膏的產出品質達標。
參考文獻
[1]閆維明,濕法脫硫中吸收塔漿液固體成分與石膏脫水的關系探討[J].熱力發電,2009, 38(1):99-100.
[2]尹連慶,徐錚,氯離子對脫硫石膏脫水影響研究及機理探討[J]. 粉煤灰,2008,(3):12-17.
[3]胡斌,溫治,孔維軍.石灰石濕法煙氣脫硫石膏含水率超標原因初探[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設備配置及優化[J]. 電力環境保護,2009,25(3):11-14.
作者簡介：方婷(1982-)，女，助理工程師，研究方向：環保管理。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
