湿法脱硫系统中石灰石品质对石膏白度的影响分析

0引言

湿法脱硫技术是当前电力行业中应用最为广泛的烟气脱硫方法之一,用于降低火力发电厂尾部烟气中SO2及部分粉尘含量,提高大气环境质量。石灰石粉与水、空气混合后反应产生脱硫浆液,浆液与烟气中SO2反应生成石膏,并吸附大部分烟气中的粉尘颗粒。石灰石粉的品质,包括活度、细度、杂质含量、CaO含量等因素,影响脱硫效率的高低和生成的石膏产品质量。

石膏作为湿法脱硫的主要副产品,因其广泛的应用前景而受到越来越多的关注[1]。石膏的产品质量直接影响其市场价格,其中白度指标是体现石膏品质的最重要参数。品质差的石膏不但不能增加火电厂的收入,反而变成固废需要出资清运,成为生产负担。在此情况下,使用提升石灰石粉品质的方式提高石膏品质成为有效选择。国内尚未有相关数据验证石灰石粉与石膏品质之间的联系,本文通过试验的方法验证了石灰石粉白度与石膏白度之间的联系,并试图在满足石膏采购商对高品质石膏最低要求的前提下探索对石灰石粉品质的要求。

1 试验方式

在火电机组稳定运行工况下,将不同白度的石灰石粉作为脱硫剂分三个批次在不同的时段投入运行。待同一批次的石灰石粉充分反应,石膏晶体完成生长后对石灰石粉及石膏进行采样分析,同时对吸收塔入口烟气进行烟尘浓度测试。为避免不同批次的石灰石粉残留及浆液停留时间影响结果,不同批次的石灰石粉试验时间相隔大于20个运行日并分仓运行。在同一批次石灰石粉试验过程中,总共计划了两个稳态时段的数据采集时段,称为工况1和工况2,两个工况时段间隔超过2个连续运行日。在同一工况时段,再截取相隔2 h的不同时段进行采样以获取平行样分析。最终结果为多个数据的数学平均数。

1.1 试验条件

1)额定负荷:600 MW;2)负荷要求:60%额定负荷以上;3)试验燃料:设计煤种;4)吸收塔浆液PH:5.2~5.5;5)吸收塔浆液密度:1110~1140 kg/m³。

1.2 数据获取方法

烟尘浓度的测量及采样方法依据GB/T16157—1996《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》要求执行;白度依据GB/T 5950—2008《建筑材料与非金属矿产品白度测量方法》使用白度计进行测量;石灰石粉依据GB/T5762—2012《建材用石灰石、生石灰和熟石灰化学分析方法》进行成分分析,石灰石粉纯度以caO计,石灰石粉的细度测试采用325目过筛率;石膏依据GB/T 5484—2012《石膏化学分析方法》进行成分分析。

2 试验数据

2.1 第一批次“石灰石—石膏”试验数据

清空一个石灰石粉仓后将第一批次石灰石粉装填入内,系统采用单仓运行,经过7日机组正常运行后,进行烟尘测试,并对石灰石粉样、石膏进行取样分析,此阶段为工况1;完成工况1试验后机组继续运行4日,然后采用同样方法进行测试及分析,为工况2阶段。工况1①与工况1②为相隔2 h的平行样,下同。

2.1.1吸收塔烟尘测试结果

如表1所示,烟尘浓度(折算成1.4过量空气系数、标态干基、6%O2)平均为10.31 mg/m³,最高值为10.61 mg/m³,均在控制范围内(重点地区燃煤机组烟尘排放<20 mg/m³),两个工况下过量空气系数及烟尘浓度变化不大,说明燃烧情况稳定。

2.1.2石灰石粉样分析数据

石灰石粉样分析数据如表2所示,各指标正常,平均白度为68.74%。MgO含量低于5%,属于钙质石灰。平均cao含量53.3%,折算成CaCO3含量为95.19%(折算系数1.786),故总杂质含量为4.81%。325目过筛率平均为95.5%,一般要求大于90%。

2.1.3石膏分析数据

石膏分析数据如表3所示,主要成分CaSO4.2H2O平均92.0%,CaSO3.1/2H2O含量<0.1%,脱硫系统氧化充分;含水量平均为9.2%<10%,在技术要求范围内; 白度最低为58.56%,最高为60.82%,平均值为59.79%,未达到供应商高品质石膏(白度大于67.5%)要求。

2.2 第二批次“石灰石—石膏”试验数据

2.2.1吸收塔烟尘测试结果

如表4所示,烟尘浓度(折算成1.4过量空气系数、标态干基、6%O2)平均为 11.18mg/m³ ,最高值为11.63mg/m³。两个工况下过量空气系数及烟尘浓度变化不大,燃烧情况稳定。

2.2.2石灰石粉样分析数据

如表5所示,各指标正常,平均白度为75.04%。MgO含量低于5%,属于钙质石灰。平均CaO含量53.2%,折算成caco3含量为95.02%,故总杂质含量为4.98%。325目过筛率平均为94.0%,在正常范围内。

2.2.3石膏分析数据

如表6所示,主要成分CaSO4 .2H2O平均91.8%;CaSO3.1/2H2O含量<0.1%,脱硫系统氧化充分;含水量平均为9.3%,在技术要求范围内;白度最低为64.28%,最高为65.83%,平均值为65.07%,未达到供应商高品质石膏要求。

2.3 第三批次“石灰石—石膏”试验数据

2.3.1吸收塔烟尘测试结果

如表7所示,烟尘浓度(折算成1.4过量空气系数、标态干基、6%o2)平均为10.35mg/m³ ,最高值为11.25mg/m3。两个工况下过量空气系数及烟尘浓度变化不大,燃烧情况稳定。

2.3.2石灰石粉样分析数据

如表8所示,各指标正常,平均白度为78.05%。MgO含量低于5%,属于钙质石灰。平均CaO含量51.2%,折算成CaCO3含量为91.44%,故总杂质含量为8.56%,相对上两个批次杂质含量较高,325目过筛率平均为76.6%,未达到90%的通用要求。

2.3.3石膏分析数据

如表9所示,主要成分CaSO4 .2H2O平均92.8%;CaSO3.1/2H2O含量<0.1%,脱硫系统氧化充分;含水量平均为9.5%,在技术要求范围内;白度最低为67.83%,最高为68.37%,平均值为68.11%,达到供应商高品质石膏要求。

3 结论与建议

3.1 试验结果分析

3.1.1石灰石粉白度与纯度的关联分析

如表10所示,石灰石粉白度并未随其CaCO3含量的提高而增加,故CaCO3含量并非影响石灰石白度的主要原因,应与其杂质的种类相关性较大。

3.1.2石灰石粉白度与石膏白度的关联分析

如表11所示,在保证烟尘浓度正常的情况下,石膏白度与石灰石白度呈现正相关关系,石膏的白度随石灰石白度的增加而增加。同时,两者未呈现同比例变化趋势,说明存在其他影响石膏白度的因素,如图1所示。

3.2 建议

提升石膏白度的途径是降低杂质来源的含量,提高石膏二水硫酸钙含量,策略如下:

1)提升石灰石品质,cao含量偏低不仅会导致脱硫效率下降,石灰石其他杂质也会随吸收塔浆液进入系统,影响石膏的纯度及白度,为获取更高品质的石膏,建议石灰石cao含量≥50.4%。

2)烟尘是影响石膏白度的重要杂质来源之一,其主要成分为固体颗粒物、二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙以及未经燃烧的碳微粒等,提高锅炉燃烧效率,降低烟尘的可燃物含量,可有效降低烟尘对石膏白度的影响。

3)脱硫吸收塔PH值过高,会使石膏脱水困难,造成石膏含水率过高,从而影响石膏白度测量值,降低品质;吸收塔PH值过低,也会影响石膏晶体成型,造成石膏白度下降。建议吸收塔PH运行值在5.2~5.5[2]。

4)提高脱硫效率,总体减少石灰石粉的用量,从而减少杂质携带,可提高石膏的白度。吸收塔脱硫反应的效率与浆液的活性相关性较大,提高浆液活性的途径是提高石灰石粉的细度或者添加脱硫助剂[3]。

[参考文献]

[1]刘显丽.燃煤电厂脱硫石膏的产生及综合利用[J].化工设计通讯,2022,48(6):152-154.

[2]张伟明,秦茜,黄尚书,等.湿法烟气脱硫过程PH值的优化调节[J].硫酸工业,2022(7):49-52.

[3] 李闯,张秋勉,胡将军.石灰石湿法烟气脱硫影响脱硫效率的因素及最佳解决办法[J].清洗世界,2022,38(11):25-27.

《机电信息》2025年第21期第21篇