技術 | 水泥窯濕法脫硫石膏脫水困難原因分析及對策

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與煙氣中的SO₂進行逆向接觸反應，在漿液中形成CaSO₃，形成的CaSO₃被羅茨風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反應后的漿液泵送至石膏脫水系統進行石膏脫水。脫水后的石膏含水率一般控制在15％以下。在整個脫硫反應過程中，石膏的品質受窯灰中CaCO₃含量，窯灰中雜質種類含量，漿液pH值，工藝水質、氧化空氣量、反應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，其含水率是重要的質量指標，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生離心運動，細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出現石膏脫水困難，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重，石膏顏色偏深，含水量大。脫硫石膏化學成分分析見表1。

表1 脫硫石膏化學成分分析（%）

根據檢測數據可知，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

漿液pH對石膏品質有重要影響，漿液理論的pH應控制在5.2～5.8，在實際脫硫生產中，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

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據見表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+結合，以CaCI₂存在漿液中，漿液中Ca2+濃度變大，根據同離子效應，碳酸鈣溶解被抑制，不利于煙氣中SO₂與漿液中ca2+反應，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-會影響石膏的結晶過程，石膏晶體結構發生改變，產生更多晶核，石膏晶體呈現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。實際生產過程中，由于存在氧化風機進口濾網堵塞或出口管道不暢而未及時發現等現象，導致氧化風機向吸收塔漿液鼓入的空氣量不足。SO₃2-氧化不徹底，導致石膏漿液中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 脫硫劑品質不達標

脫硫劑中CaCO₃含量和細度是脫硫的關鍵指標，雜質增多或CaCO₃含量下降會使漿液質量嚴重下降，有時CaCO₃細度不夠或氧化鎂及其他雜質含量高，會使CaCO₃反應活性降低，導致吸收塔供漿過量，CaCO₃和石膏顆粒粘連在一起，影響了石膏的結晶過程，石膏晶體顆粒間夾帶的毛細水量增多，石膏顆粒整體偏小，造成石膏脫水困難。

2.5 脫水設備異常

脫水系統長期運行后，旋流器內部和沉砂嘴易出現結垢和磨損等問題，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的變化使得漿液中小顆粒石膏晶體增多或漿液中雜質含量變化時，導致濾布過濾通道堵塞，使漿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

儀表是控制脫硫工藝指標的關鍵，關系到脫硫系統脫硫效率和達標排放。實際生產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，盡量避免由于脫硫塔內漿液pH值的失真造成的石膏脫水困難問題的發生。吸收塔漿液pH是保證脫硫效率和石膏脫水的一個關鍵工藝指標，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的CaCO₃，對管道的磨損、堵塞加劇。脫硫系統實際運行過程中，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-石膏脫硫系統沒有廢水處理系統，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-含量高導致的石膏脫水困難問題，盡可能加大系統廢水的外排量，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

時刻關注羅茨鼓風機的電流和壓力，若電流和壓力出現異常，估計氧化風管已經結垢嚴重，及時清掃氧化風機管網，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 嚴格控脫硫劑品質

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，雜質含量多，制定嚴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變差，此時應考慮更換沉砂嘴，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加長沖洗時間，防止漿液在旋流器中沉淀結垢。

對于真空皮帶脫水機，重點關注濾布的狀況，濾布被堵塞后，其脫水效果變差；其次保持穩定的濾布沖洗水壓力，發現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、石膏脫水系統設備異常等因素，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，應結合實際工況綜合考慮各影響因素，對脫硫石膏品質進行控制。同時提高操作水平，在實際運行過程中總結經驗、分析原因才可使整個脫硫系統長期穩定運行。

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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