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計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。在整個脫硫反應(yīng)過程中，石膏的品質(zhì)受窯灰中CaCO₃含量，窯灰中雜質(zhì)種類含量，漿液pH值，工藝水質(zhì)、氧化空氣量、反應(yīng)時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)，石膏水分達到15％以上對再利用會帶來不利影響。本文從整個水泥窯濕法脫硫系統(tǒng)中造成石膏脫水異常的因素進行分析，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。進入水力旋流器的石膏漿液懸浮切向流動產(chǎn)生離心運動，細(xì)小的微粒從旋流器的中心向上流動形成溢流，正常工況下溢流進入脫硫塔集水坑；水力旋流器中重的固體微粒被拋向旋流器壁，向下流動，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給料箱，進入真空皮帶脫水機二次脫水。

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，真空皮帶脫水機真空泵真空度在-30～-50kPa，真空皮帶機上石膏粘連嚴(yán)重，石膏顏色偏深，含水量大。脫硫石膏化學(xué)成分分析見表1。

表1 脫硫石膏化學(xué)成分分析（%）

根據(jù)檢測數(shù)據(jù)可知，石膏含水的增長趨勢與石膏中SO₃含量降低趨勢一致，說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。

針對石膏脫水系統(tǒng)的運行狀況，通過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，在實際脫硫生產(chǎn)中，漿液的pH偏高，因為較高的pH有利于SO₂的吸收，不利于CaCO₃的溶解，檢測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)驗不足，在實際運行中未及時沖洗pH計，使得pH計未能真實反映吸收塔漿液的pH值，導(dǎo)致CaCCO₃添加過量。過多的石灰石進入到石膏中，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-主要來自煙氣中的HCl和工藝廢水，廢水中Cl-的多少對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)見表2。

表2 石膏漿液Cl-濃度和石膏含水率檢測值

由表2可以看出，Cl-含量過高，石膏含水率越高。由于CI-比碳酸根離子性強，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-會影響石膏的結(jié)晶過程，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)多樣化并且不易長大，對石膏脫水不利。

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化學(xué)過程，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)。實際生產(chǎn)過程中，由于存在氧化風(fēng)機進口濾網(wǎng)堵塞或出口管道不暢而未及時發(fā)現(xiàn)等現(xiàn)象，導(dǎo)致氧化風(fēng)機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脫水困難。

2.4 脫硫劑品質(zhì)不達標(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含量下降會使?jié){液質(zhì)量嚴(yán)重下降，有時CaCO₃細(xì)度不夠或氧化鎂及其他雜質(zhì)含量高，會使CaCO₃反應(yīng)活性降低，導(dǎo)致吸收塔供漿過量，CaCO₃和石膏顆粒粘連在一起，影響了石膏的結(jié)晶過程，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)長期運行后，旋流器內(nèi)部和沉砂嘴易出現(xiàn)結(jié)垢和磨損等問題，使旋流器分離效率變差，進入真空皮帶脫水機的底流漿液含水量增大，進一步造成真空皮帶脫水機脫水困難。

真空皮帶脫水機是石膏二次脫水的重要設(shè)備，脫水機濾布由于沖洗不合理，長期運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，導(dǎo)致濾布過濾通道堵塞，使?jié){液中的水不容易從濾布孔隙分離出來，造成石膏脫水困難。

3.1 加強儀表的維護和校準(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)脫硫效率和達標(biāo)排放。實際生產(chǎn)過程中至少每星期對在線儀表進行檢查維護，及時對壓力變送器和pH計進行沖洗和校準(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關(guān)鍵工藝指標(biāo)，pH<5.2時，脫硫效率難以保證，吸收塔漿液對漿液管道的腐蝕和磨損不容忽視。而吸收塔漿液pH>5.8時，石膏漿液中含有未反應(yīng)的CaCO₃，對管道的磨損、堵塞加劇。脫硫系統(tǒng)實際運行過程中，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)沒有廢水處理系統(tǒng)，廢水只能少量外排至篦冷機或生料磨，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

時刻關(guān)注羅茨鼓風(fēng)機的電流和壓力，若電流和壓力出現(xiàn)異常，估計氧化風(fēng)管已經(jīng)結(jié)垢嚴(yán)重，及時清掃氧化風(fēng)機管網(wǎng)，同時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 加強脫水設(shè)備的巡檢和維護

加強石膏旋流器的巡檢，對石膏旋流器底流口液體流出狀態(tài)進行檢查，沉砂嘴噴出物為霧狀時脫硫效果最佳，接近直流時脫硫效果已經(jīng)變差，此時應(yīng)考慮更換沉砂嘴，也可以測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，石膏旋流器停運后應(yīng)加長沖洗時間，防止?jié){液在旋流器中沉淀結(jié)垢。

對于真空皮帶脫水機，重點關(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)真空度異常時要及時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行過程中遇到石膏脫水困難的問題，應(yīng)結(jié)合實際工況綜合考慮各影響因素，對脫硫石膏品質(zhì)進行控制。同時提高操作水平，在實際運行過程中總結(jié)經(jīng)驗、分析原因才可使整個脫硫系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。

作者：桑圣歡，閆偉，羅超，徐連春，吳濤

來源：《南京凱盛國際工程有限公司》

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