張 敏

(自貢鴻鶴化工股份有限公司 規(guī)劃技術(shù)處,四川 自貢 643000)

煙氣脫硫(FGD)及脫硫石膏的生產(chǎn)與應(yīng)用

張 敏

(自貢鴻鶴化工股份有限公司 規(guī)劃技術(shù)處,四川 自貢 643000)

介紹了目前煙氣脫硫技術(shù)的主要方法和幾種常用的濕法脫硫技術(shù),及以脫硫石膏代替天然石膏在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用。

煙氣脫硫;濕法;石灰;脫硫石膏;水泥生產(chǎn)

1 煙氣脫硫(FGD)及脫硫石膏

1.1 煙氣脫硫(濕法)的主要方法

煙氣脫硫(FGD)治理分干法和濕法兩種。目前使用范圍最廣泛的脫硫方法是濕法脫硫,約占脫硫總量的80%多。常用的濕法脫硫方法,根據(jù)其所選用的吸收劑不同,又可分為石灰石/石灰法、鈉堿雙堿法、氧化鎂法、氨法等。

1.1.1 石灰石/石灰法

煙氣脫硫工藝中的石灰石法,主要采用細(xì)度200～300目的石灰石粉與水混合后制成石灰石漿液,然后輸送至吸收塔內(nèi),再通過噴淋霧化裝置使其與煙氣接觸,并吸收煙氣,從而達(dá)到脫硫的目的。該工藝需配備石灰石粉碎與化漿系統(tǒng)。由于石灰石活性較低,脫硫過程需通過增大吸收液的噴淋量,提高液氣比,以保證達(dá)到足夠的脫硫效率,因此,采用該方法脫硫的運(yùn)行費(fèi)用較高。石灰法是用石灰粉代替石灰石,石灰粉活性大大高于石灰石,可提高脫硫效率。石灰法存在的主要問題是塔內(nèi)容易結(jié)垢,引起氣液接觸器(噴頭或塔板)的堵塞。

圖1 典型石灰石——石膏濕法工藝流程

石灰(石灰石)——石膏法的典型工藝流程如圖1所示。煙氣在冷卻塔內(nèi)用水洗滌降低溫度并增濕,同時(shí)除去大部分的煙塵。冷卻后的煙氣進(jìn)入吸收塔用石灰漿液洗滌脫硫,然后經(jīng)過除沫、升溫由煙囪排放。吸收后的含亞硫酸鈣和硫酸鈣的混合漿液經(jīng)過氧化,得到的石膏漿料經(jīng)離心過濾和洗滌得成品石膏。

1.1.2 鈉堿雙堿法

雙堿法煙氣脫硫工藝是為了克服石灰石——石灰法容易結(jié)垢的缺點(diǎn)發(fā)展起來的。它先用堿金屬鹽類的水溶液吸收SO2,然后在另一石灰反應(yīng)器中用石灰或石灰石將吸收SO2后的溶液再生,再生后的吸收液再循環(huán)使用,最終產(chǎn)物以亞硫酸鈣和石膏形式析出。由于在吸收和吸收液處理中使用了不同類型的堿,故稱為雙堿法。雙堿法的明顯優(yōu)點(diǎn)是,由于采用液相吸收,從而不存在結(jié)垢和漿料堵塞等問題,另外副產(chǎn)的石膏純度較高,應(yīng)用范圍可以更廣泛一些。鈉堿雙堿法是以NaOH或Na2CO3溶液為第一堿吸收煙氣中的SO2,然后再用石灰石或石灰作為第二堿處理吸收液,產(chǎn)品為石膏。再生后的吸收液送回吸收塔循環(huán)使用,圖2為雙堿煙氣脫硫法的一般流程。

圖2 雙堿煙氣脫硫法的一般流程

1.1.3 氧化鎂法

氧化鎂法采用氧化鎂與SO2反應(yīng)得到亞硫酸鎂與硫酸鎂,它們通過鍛燒可重新分解出氧化鎂,同時(shí)回收較純凈的SO2氣體,脫硫劑可循環(huán)使用。由于氧化鎂活性比石灰水高,脫硫效率也較石灰法高。它的缺點(diǎn)是氧化鎂回收過程需鍛燒,工藝較復(fù)雜,但若直接采用拋棄法,鎂鹽會(huì)導(dǎo)致二次污染,總體運(yùn)行費(fèi)用也較高。

1.1.4 氨法

氨法采用氨水作為SO2的吸收劑,SO2與NH3反應(yīng)可產(chǎn)生亞硫酸銨、亞硫酸氫銨與部分因氧化而產(chǎn)生的硫酸銨。根據(jù)吸收液再生方法的不同,氨法可分為氨 ——酸法、氨——亞硫酸銨法和氨——硫酸銨法。氨法主要優(yōu)點(diǎn)是脫硫效率高(與鈉堿法相似),副產(chǎn)物可作為農(nóng)業(yè)肥料。由于氨易揮發(fā),使吸收劑消耗量增加,脫硫劑利用率不高;脫硫?qū)Π彼臐舛扔幸欢ǖ囊?若氨水濃度太低,不僅影響脫硫效率,而且水循環(huán)系統(tǒng)龐大,使運(yùn)行費(fèi)用增大;濃度增大,勢(shì)必導(dǎo)致蒸發(fā)量的增大,對(duì)工作環(huán)境產(chǎn)生影響。而且氨易與凈化后煙氣中的SO2反應(yīng),形成氣溶膠,使得煙氣無法達(dá)標(biāo)排放。氨法的回收過程也是較為困難的,投資費(fèi)用較高,需配備制酸系統(tǒng)或結(jié)晶回收裝置,如中和器、結(jié)晶器、脫水機(jī)、干燥機(jī)等,系統(tǒng)復(fù)雜,設(shè)備繁多,管理、維護(hù)要求高。

1.2 濕法石灰石/石膏煙氣脫硫工藝技術(shù)

1.2.1 格柵填料塔工藝

重慶華能珞璜電廠一期工程2×360 MW濕法石灰石——石膏法煙氣脫硫工藝:日本三菱技術(shù),于上個(gè)世紀(jì)80年代末引進(jìn)的國(guó)內(nèi)第一套濕法石灰石——石膏法煙氣脫硫工藝,這套脫硫裝置采用的是典型的濕法石灰石系統(tǒng),煙氣流程系統(tǒng),石膏脫硫系統(tǒng)與其他濕法石灰石——石膏法是相同的,這里主要區(qū)別在于吸收氧化二合一的吸收塔。

1.2.2 液柱塔工藝

重慶華能珞璜電廠二期2×360 MW煙氣脫硫裝置:日本三菱技術(shù),煙氣脫硫吸收氧化系統(tǒng)采用的是液柱塔,其余系統(tǒng)與一期基本相同。

1.2.3 噴淋式空塔工藝

1)重慶電廠2×200 MW煙氣脫硫裝置

采用德國(guó)比曉夫濕法石灰石——石膏法空塔技術(shù),故名思義,空塔即吸收塔內(nèi)不設(shè)格柵等物體,這樣可以大大降低系統(tǒng)阻力。

2)大唐國(guó)際陡河發(fā)電廠2×200 MW煙氣脫硫裝置

由北京國(guó)電清新環(huán)保技術(shù)工程公司提供具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的旋匯耦合脫硫技術(shù)——濕法石灰石——石膏煙氣脫硫裝置。

1.2.4 逆流噴霧塔煙氣脫硫工藝

德國(guó)巴高克技術(shù),這套裝置的特點(diǎn)為氣從吸收塔的下部進(jìn)入,而吸收漿液從塔的上部不同高度水平噴入。

1.2.5 優(yōu)化雙循環(huán)脫硫工藝

德國(guó)諾爾優(yōu)化雙循環(huán)脫硫工藝指的是在上下2個(gè)不同p H值下循環(huán)運(yùn)行,在脫硫塔內(nèi),為了高效吸收SO2,總希望在高p H值運(yùn)行,而為了石灰石的溶解和亞硫酸鈣的溶解,即希望在低p H值下運(yùn)行,所以為了顧全兩者,一般將p H值設(shè)定在5.6左右,這樣雖顧全了兩者但卻難以滿足兩者同時(shí)在最佳狀況下運(yùn)行。

1.2.6 簡(jiǎn)易型脫硫工藝

山西太原第一熱電廠600000 Nm3/h采用的是簡(jiǎn)易型式濕法石灰石/石膏煙氣脫硫裝置,簡(jiǎn)易濕法煙氣脫硫技術(shù)的提出和開發(fā)應(yīng)用,是基于充分應(yīng)用濕式石灰石——石膏法脫硫效率高、穩(wěn)定、成熟的優(yōu)點(diǎn),并考慮到脫硫效率要求又不是很高,從而達(dá)到簡(jiǎn)化設(shè)備、減少投資、降低運(yùn)行成本的目的。

目前,石灰石——石膏法煙氣脫硫工藝在我國(guó)已建成和在建的煙氣脫硫工程的市場(chǎng)占有率為超過90%。國(guó)內(nèi)的不同公司先后引進(jìn)了德國(guó) FBE公司、WULEF公司、BISCHOW公司,日本三菱公司、千代田公司、川崎公司、石川島公司,美國(guó)B&W公司、MARSULX公司、DUCON公司,奧地利 AE公司,意大利IDREC0公司5個(gè)國(guó)家中12個(gè)公司的石灰石/石灰——石膏法煙氣脫硫技術(shù),部分技術(shù)的示范裝置列于表1。

表1 我國(guó)引進(jìn)的大型電廠煙氣脫硫裝置

2 副產(chǎn)品石膏綜合利用

2.1 國(guó)外脫硫石膏利用的處置情況

國(guó)外在煙氣脫硫方面起步早,對(duì)脫硫石膏的利用也非常重視,他們的經(jīng)驗(yàn)值得我們借鑒。目前日本和德國(guó)是世界上最主要的2個(gè)脫硫石膏生產(chǎn)國(guó)和利用國(guó),其次為美國(guó)、英國(guó)、奧地利、荷蘭等國(guó)。日本是利用脫硫石膏最多的國(guó)家之一,脫硫石膏在日本的利用狀況如表2所示,其中用于水泥添加料和石膏板原料超過90%,目前日本人均石膏消費(fèi)量約5 m2,此消費(fèi)量尚比不上美國(guó)、加拿大人均約8 m2的水平。

表2 日本的脫硫石膏利用現(xiàn)狀 (萬t)

日本、德國(guó)針對(duì)氣流干燥、煅燒中設(shè)備投資大以及脫硫石膏成分有一定要求等不足,采用常壓下鹽溶液法制備α半水石膏作了大量的研究,并且已應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。鹽溶液制備α半水石膏為致密的短柱晶體、比容小,水膏比小,膠凝后強(qiáng)度高,俗稱高強(qiáng)度石膏,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。脫硫石膏另一個(gè)重要用途是用作地面自流平材料,用于自流平材料的主要膠凝材料是α半水石膏和 E型無水石膏。此材料具有良好的流動(dòng)性,可用泵送澆注法施工,不需要振搗抹面,可得到光潔的樓板地面,具有良好的穩(wěn)定性,此法在歐洲具有較長(zhǎng)的應(yīng)用歷史。

2.2 國(guó)內(nèi)脫硫石膏的綜合利用

2.2.1 農(nóng)業(yè)

脫硫石膏的高透氣率使得它能成為極好的土壤調(diào)節(jié)劑,研究顯示脫硫石膏作為土壤調(diào)理劑可提供以下主要益處:①把砂土或黏土改善成沃土,改進(jìn)它的結(jié)構(gòu)和排水特性;②調(diào)節(jié)土壤p H值和增加陽離子交換能力;③對(duì)于花生、土豆和棉花是很好的硫和鈣源,對(duì)于果樹是合適現(xiàn)成的鈣源;④提供有益的微量元素;⑤增進(jìn)根瘤產(chǎn)量,促進(jìn)含氮化合物的轉(zhuǎn)化;⑥保持花生等其他莊稼無病害的手段。

2.2.2 建材

脫硫石膏經(jīng)處理后成為α-半水石膏即建筑石膏,以此為原料可生產(chǎn)多種石膏制品。如紙面石膏板、石膏砌塊、裝飾石膏天花板、石膏紙質(zhì)纖維板、石膏木質(zhì)纖維板、粉刷石膏、嵌縫石膏、填充石膏等。

重慶市已成功使用脫硫石膏制作石膏砌塊、石膏條板、紙面石膏板制品及粉刷石膏等;中國(guó)新型建筑材料工業(yè)杭州設(shè)計(jì)研究院成功地開發(fā)出用脫硫石膏生產(chǎn)紙面石膏板、石膏砌塊等生產(chǎn)線的專有技術(shù),并于2005年將該技術(shù)應(yīng)用于上海杰科石膏板廠的紙面石膏板生產(chǎn)線上,用100%的脫硫石膏順利地產(chǎn)出高質(zhì)量的紙面石膏板。在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí),大大降低了生產(chǎn)成本。該技術(shù)可用于建設(shè)新石膏板生產(chǎn)線上,也可用于對(duì)老石膏板生產(chǎn)線的改造。上海拉法基小野田石膏建材有限公司是一家年產(chǎn)2500萬m2建筑用紙面石膏板生產(chǎn)企業(yè),該公司年消耗天然石膏和脫硫石膏達(dá)幾十萬噸。目前,該公司使用的脫硫石膏主要供應(yīng)商為重慶珞電、重慶電廠、杭州半山等。

2.2.3 水泥緩凝劑

在硅酸鹽水泥中必須加入適量的二水石膏用以調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間,以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的要求,如果摻量過多會(huì)使水泥強(qiáng)度下降,并造成穩(wěn)定性不良,在水泥標(biāo)準(zhǔn)中除了規(guī)定凝結(jié)時(shí)間外,還規(guī)定水泥中SO3含量不得超過35%,一般控制在15%～30%的范圍,因此水泥中需加入5%左右的石膏,也就是說石膏是硅酸鹽水泥中一種必不可少的組分。

為了確定脫硫石膏作為水泥緩凝劑對(duì)水泥質(zhì)量的影響,中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)分別用珞璜脫硫石膏(含游離水9%左右)與天然石膏做水泥緩凝劑,進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn),結(jié)果見表3～表6。

表3 原材料化學(xué)成分 (%)

表4 不同石膏的水泥配方 (%)

表5 水泥物理性能

表6 水泥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB175—85中規(guī)定的指標(biāo)

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出如下結(jié)論:①脫硫石膏作水泥緩凝劑是可行的;②脫硫石膏不但能用作水泥緩凝劑,而且效果不低于天然石膏或更好;③由于緩凝劑加入量?jī)H為5%,脫硫石膏雖含有10%左右的游離水分,但不會(huì)影響其使用。

近10年來,脫硫石膏應(yīng)用于該行業(yè)的量在迅速地增長(zhǎng),如光宇集團(tuán)浙江水泥有限公司年產(chǎn)75萬t熟料生產(chǎn)線于2003年4月投產(chǎn),2004年3月初由供應(yīng)部門組織紹興錢清電廠脫硫石膏進(jìn)廠,4月12日開始投料生產(chǎn)。為了保證水泥的質(zhì)量和性能的穩(wěn)定,起初使用60%的脫硫石膏代替天然石膏,逐步減少天然石膏的摻量,直到完全代替天然石膏。同時(shí),在生產(chǎn)水泥時(shí),加強(qiáng)出磨水泥的質(zhì)量控制,水泥的初凝時(shí)間30 min檢測(cè)1次。經(jīng)過3 d的連續(xù)跟蹤檢測(cè),出磨水泥的各項(xiàng)性能檢測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到廠控指標(biāo),符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求,見表7。

表7 浙江水泥廠脫硫石膏作緩凝劑的水泥生產(chǎn)數(shù)據(jù)

2.2.4 脫硫石膏生產(chǎn)石膏建筑制品的調(diào)研

中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)曾對(duì)珞璜電廠的脫硫石膏進(jìn)行性能驗(yàn)證性試驗(yàn),結(jié)果見表8。從表中可以看出,脫硫石膏用作建筑制品完全可行,另據(jù)資料介紹,珞璜電廠脫硫石膏純度,主要是顏色較差,但因?yàn)槭喟逯饕鞲舭?外面仍然要刷涂料,因此不影響使用。

表8 脫硫石膏性能驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié) 語

我國(guó)是以燃煤為主要能源的國(guó)家,煤產(chǎn)量居世界第一位,年產(chǎn)量達(dá)到18億t。燃煤造成的大氣污染物有粉塵、SO2、NOx和 CO2等。按 SO2污染的嚴(yán)重性分析,排在前三位的是火電廠、化工廠和冶煉廠,其中燃煤電廠污染物的排放量占全部工業(yè)排放總量的50%左右(個(gè)別地區(qū)可能達(dá)到90%)。而二氧化硫的大量排放,將導(dǎo)致降雨酸化,腐蝕植被、森林和建筑物,破壞人類的生存環(huán)境,直接危害人類健康?？刂贫趸虻呐欧?減少酸雨發(fā)生,是我國(guó)環(huán)境保護(hù)的重要任務(wù)之一,而電力工業(yè)將成為減少二氧化硫排放量的重點(diǎn)工業(yè)領(lǐng)域。

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際和產(chǎn)品配置,以及各種脫硫方法技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)后,筆者建議煙氣脫硫可采用濕法煙氣脫硫(FGD)石灰法,配套生產(chǎn)脫硫石膏生產(chǎn)線。脫硫石膏再用于水泥裝置水泥緩凝劑的生產(chǎn)以及用作建筑制品,以達(dá)到資源可持續(xù)循環(huán)利用和促進(jìn)環(huán)保和生態(tài)平衡。

[1]柳知非.我國(guó)燃煤工業(yè)鍋爐煙氣脫硫的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].青島建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),2000,(6)

[2]王志軒.石灰石-石膏法煙氣脫硫費(fèi)用分析[J].中國(guó)電力,2004,(2)

[3]王文宗.海水白乳泥煙氣脫硫試驗(yàn)研究[J].節(jié)能技術(shù),2004,(1)

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:1005-8370(2011)01-12-06

2010-10-29

張敏(1963—),女,館員?，F(xiàn)在自貢鴻鶴化工股份公司規(guī)劃技術(shù)處科技情報(bào)所任職。長(zhǎng)期從事科技情報(bào)調(diào)研和技術(shù)開發(fā)工作。