影响湿法脱硫石膏脱水效率的因素研究 当前位置:首页废气治理脱硫脱硝
 

1 前言

二氧化硫是“十二五”期间,国家明确的主要污染物减排指标之一,钢铁企业烧结机烟气脱硫势在必行。湿法脱硫工艺作为烧结烟气脱硫的办法之一,已经在一些企业实施。该工艺的副产物脱硫石膏因可以回收利用,具有一定的经济价值。正常情况工艺设计要求脱硫石膏经脱水后含水率低于15%,压滤后成形较好,成干态。但实际工程应用中脱硫石膏的脱水效果偶尔会出现不理想的状况,其含水率远大于设计要求,呈稀泥浆状,对脱硫石膏的排放及拖运造成很大的影响,甚至于直接影响脱硫石膏的外售。

2 石膏脱水原理概述

吸收SO2后的脱硫浆液在脱硫塔内经氧化形成石膏浆液,当浆液达到一定密度后,被送入过滤系统进行脱水。石膏过滤系统主要设备包括水力旋流器和真空带式压滤机,二者分别承担了石膏的一级脱水和二级脱水的任务。经水力旋流器离心浓缩后的石膏浆液一般含水量为50%,通过真空带式压滤机作用石膏含水率才可能降低到15%以下。

真空压滤机是二级脱水系统的核心,其脱水原理是通过真空泵抽真空,在石膏表面形成负压力,强制分离石膏与水分。当含水的石膏均匀排放到真空皮带机的滤布上,随着滤布的运转在真空泵的吸力及重力作用下,脱硫石膏中的水分会被逐渐吸出。脱水后的石膏经滤布输送到皮带尾端后,经过滤分离系统,石膏从滤布上剥离,落入石膏仓内,同时石膏中抽出的废水可以循环利用送回洗涤系统再次使用。

3 石膏脱水效率的影响因素

脱硫石膏脱水效果不好,影响因素是多方面的,主要包括:石膏结晶体粒径的影响、石膏浆液性质的影响、脱硫塔及运行控制的影响等。

3.1 石膏结晶体粒径的影响

石膏晶体的结晶状况直接对石膏浆液性质造成影响。有研究[1]表明石膏结晶体粒径是影响脱水的主要因素,当石膏晶体粒径越小,则石膏浆液密度越大,脱水性能越差。

3.2 石膏浆液性质的影响

3.2.1.石膏浆液密度

石膏浆液密度的大小会直接影响到水力旋流器的工作效果,密度过小则浆液含固率低,不利于水分的分离。通常可以通过增加吸收液的循环使用次数提高塔内浆液密度,当浆液中固体含量增加,过饱度增大时,则石膏结晶时间同步增加,晶体长大的机率更高,更有利于石膏脱水。研究表明当吸收塔内固体含量达到15~18%时,石膏结晶体含量最高 [1]。

3.2.2 石膏浆液中的石灰石

实际运行中石膏浆液中含有一定量的石灰石杂质,其含量需控制在3%以下 [1]。因为石灰石中的杂质(惰性物)在吸收塔内会影响石膏结晶的粒度和纯度,不利于石膏的结晶,控制好石膏中石灰石含量是系统运行的重要指标之一。

3.2.3 石膏浆液中氯离子

石膏浆液中氯离子主要来源于烟气中的HCl和工艺水,特别是HC来源于煤的燃烧,氯离子会随烟气进入脱硫塔浆液中。尹连庆[2]等人的研究表明石膏浆液中的晶体在结晶过程中,氯离子会被晶体包裹,留在晶体内部或晶体之间,而溶液中存在一定量的钙离子会与之反应,生成性质稳定的六水氯化钙,锁定在石膏晶体内部的水分子,会造成石膏含水率上升。此外,氯化钙还可以存在于石膏晶体之间,阻碍结晶水在晶体之间的通行,对石膏脱水造成影响。为避免过量氯离子对石膏脱水造成影响,一般建议氯离子浓度控制在20,000ppm以下[3]。

3.2.4 石膏浆液中烟尘及杂质含量

石膏浆液中的杂质主要包括烟气中飞灰和石灰石中杂质,这些杂质不参与吸收反应.通过废水排放到系统之外。曹莉莉[5]等人曾在文献中指出烟气中的烟粉尘经电除尘设备后进入浆液系统,其粒径较小会包裹在石灰石颗粒的表面并对石灰石的溶解造成影响,由此导致浆液中石灰石颗粒增多,浆液密度增大,石膏脱水效率降低。有文献[4]指出烟气中的烟尘质量浓度必须控制在100 mg/m3以内,否则会影响脱水系统功能,也会降低石膏品质。此外,杂质含量长期过高,会使脱硫系统严重堵塞,也会对设备造成磨损。特别对于水力旋流器,杂质的磨损会造成旋流子口径变大,使得旋流效果达不到原设计效果,对于后续的石膏脱水过程更是影响严重。

3.2.5石膏浆液中CaSO3含量

石膏浆液中CaSO3含量过高易生成CaSO3·1/2H20,该物质呈针状晶体,其粒径偏小,粘性高,密度大。当CaSO3·1/2H20含量过高时,会造成浆液粘稠、密度偏大,即便真空压滤机吸力再大也难以分离出水分。造成石膏浆液中CaSO3含量过高的主要原因之一是脱硫塔内浆液氧化不充分,由于塔内氧化空气量不足,使得浆液中的亚硫酸钙难以被完全氧化为硫酸钙。此外,pH值也会对石膏脱水造成影响,特别是pH值低于4.8时[4],浆液内亚硫酸钙含量又会大幅增加,如果pH值在此基础上再次升高,亚硫酸钙则会大量析出。闫维明[1]在相关文献中指出,所需的氧化空气量可由浆液中亚硫酸盐的含量进行推算,再乘以1.8-2.5的经验系数,而浆液pH 值控制在4.3-5.5之间最为合适。

3.3 脱硫塔及运行控制的影响

脱硫塔内浆池容积,浆液停留时间、循环倍率、搅拌强度以及水力旋流器的入口压力、真空压滤机的运行等都会影响石膏品质。

3.3.1设计参数及运行参数

(1) 脱硫塔内浆液池的容积及浆液停留时间

因为浆液中石膏晶体长大需要一定的时间和空间,只有晶体长大到一定程度才能达到好的脱水效果。脱硫塔内浆液停留时间太短会导致石膏颗粒过于细小,使得脱硫石膏膏体细密,不利于脱水。与此同时,脱硫塔内的浆液池容积设计也必须尺寸合理,这一方面要确保石膏晶体有足够的生长时间,另一方也要保证石膏晶体不会因循环浆液的冲击受到影响。

(2)脱硫浆液的搅拌强度与循环倍率

石膏浆液的搅拌强度及浆液循环倍率,也会对石膏结晶造成影响。搅拌不充分,石膏结晶体会出现片状、针状等,脱水时容易成毡体[5]状。而浆液的循环倍率与浆液密度成正比,浆液密度越大利于石膏结晶,即越有利于石膏脱水。

3.3.2  水力旋流器的运行状况影响

水力旋流器的入口压力及旋流器沉砂嘴和溢流嘴尺寸是影响石膏脱水效果的主要参数。水力旋流器的入口压力会影响旋流器的分离效果,当旋流器的入口压力过高或过低都会出现旋流器溢流的现象。此外,旋流器的入口压力还会影响底流浆液的含固量,当旋流器入口压力偏低,会造成底流颗粒过大;当旋流器入口压力偏高则会造成底流颗粒过小。而沉砂嘴尺寸太大或溢流嘴尺寸太小均会导致旋流器底流颗粒过小,影响真空皮带脱水效果。

3.3.3 真空压滤机的运行状况影响

(1)真空度

根据脱水原理,石膏脱水主要依靠压滤机的真空吸力,也就是压滤机真空度大小直接对脱水吸力造成影响。真空度不足,吸力不够,脱水效果自然不好。一般压滤机真空度偏低主要由滤布破损、皮带机运行轨迹不平、真空泵本体故障等原因造成的。而气液分离器液位过高或滤布出现堵塞时,真空度则有可能突然变高,这同样会对石膏脱水造成不利影响。根据研究[3]显示,气液分离器的真空度控制在-45kPa~-55kPa之间是最为合适的。

(2)滤布的选型

滤布的选型会涉及到滤布材料、滤布孔径、滤布结构等因素,对于不同成分的石膏,应根据其性质和压滤机的型号,对应选择好匹配的滤布。通常,在设备运行中滤布堵塞的现象相对较多,特别是石膏浆液中杂质含量偏多,氯离子成分超标,以及滤带冲洗水量不足等都会造成滤布堵塞。

(3)石膏膏体厚度

正常情况石膏浆液通过水力旋流器后,会经给料系统落放到压滤机皮带上,其膏体厚度是通过变频器进行控制,与皮带的转速成反比。当石膏膏体厚度过大,其含水量必然偏高,但膏体厚度偏低又有可能造成石膏膏体在滤布上分布不均,出现局部真空泄漏,这样同样影响脱水效果。根据资料[3]、[5]显示,石膏膏体控制在20~25mm,可以获得较好的脱水效果。

4 结束语

脱硫石膏脱水,这个看似简单的工艺过程,其实是个复杂,由多个因素控制并影响的工程。日常工作中,要针对上述各因素依次做好相关检查,并及时对出状况的环节进行再调试,才能确保脱硫系统及脱硫石膏脱水过程正常运行,这样才能保证脱硫石膏的产出品质达标。