王霞，黃延?xùn)|

(內(nèi)蒙古三聯(lián)化工集團(tuán)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010110)

電石渣是工業(yè)電石(CaC2)生產(chǎn)乙炔氣時(shí)產(chǎn)生的廢渣，主要成分是Ca(OH)2。內(nèi)蒙古三聯(lián)化工集團(tuán)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)三聯(lián)化工)現(xiàn)有PVC裝置生產(chǎn)能力40萬(wàn)t/a，滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)每年可產(chǎn)生電石渣(干基)60萬(wàn) t左右。

用電石渣代替石灰石生產(chǎn)水泥是目前電石渣綜合利用中較為徹底、技術(shù)上也較為成熟的方法。三聯(lián)化工也曾考慮建設(shè)一套利用電石渣生產(chǎn)水泥熟料生產(chǎn)線，但隨著國(guó)家對(duì)水泥產(chǎn)業(yè)的調(diào)控，該項(xiàng)目未能實(shí)施。因此，三聯(lián)化工產(chǎn)生的電石渣主要是補(bǔ)貼運(yùn)費(fèi)送至周邊的水泥生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)水泥，但是隨著國(guó)家一系列環(huán)保政策的實(shí)施，原有的一些不符合產(chǎn)業(yè)政策的小水泥廠被關(guān)停，未被關(guān)停的水泥廠也是開(kāi)開(kāi)停停，導(dǎo)致電石渣成為制約三聯(lián)化工發(fā)展的最大障礙。

與此同時(shí)，我國(guó)煙氣脫硫工藝主要采用石灰石或生石灰作為脫硫劑,但是石灰石、生石灰價(jià)格比較高,運(yùn)行成本占脫硫裝置的30%～35%。

因此，三聯(lián)化工在做了大量的市場(chǎng)調(diào)研的基礎(chǔ)上，最終選定利用電石渣生產(chǎn)鍋爐煙氣脫硫劑。

1 電石渣脫硫劑替代石灰石、石灰脫硫劑的意義

1.1 解決電石渣的污染問(wèn)題

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年國(guó)內(nèi)電石生產(chǎn)能力達(dá)到4 500萬(wàn)t/a，電石產(chǎn)量為2 730萬(wàn)t。按每耗1 t電石產(chǎn)生廢渣1.5 t計(jì)算，2016年產(chǎn)生的電石渣高達(dá)4 000萬(wàn)t。近幾年來(lái)，很多新上聚氯乙烯項(xiàng)目都配套建設(shè)了電石渣制水泥項(xiàng)目，很多老企業(yè)也在積極開(kāi)發(fā)電石渣再利用項(xiàng)目，但是仍然有大量的電石渣不能被消化利用，這些電石渣日積月累、堆積如山，不僅占用寶貴的土地資源，而且電石渣粒度小，長(zhǎng)時(shí)間堆放后極易風(fēng)干起飛灰，對(duì)周邊環(huán)境造成的污染很大，屬于大宗工業(yè)固廢。

1.2 減少石灰石資源開(kāi)采對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響

石灰石是不可再生資源，根據(jù)2008年國(guó)家發(fā)展與改革委員會(huì)的預(yù)測(cè)，我國(guó)石灰石資源可開(kāi)采年限為30年。礦產(chǎn)資源的持續(xù)利用與發(fā)展是可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分，同時(shí)也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的原動(dòng)力，因此國(guó)家出臺(tái)石灰石限采政策是遲早的事。

因此,利用電石渣做脫硫劑可以通過(guò)鈣資源的循環(huán)利用，減少石灰石資源開(kāi)采對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響。

1.3 減少CO2的排放

目前我國(guó)在脫硫劑的選用上，主要是采用鈣吸收法。無(wú)論是采用CaCO3還是CaO或Ca(OH)2作為最終的脫硫劑，其共同的原料都是石灰石。所以無(wú)論是直接用石灰石粉還是煅燒成CaO或Ca(OH)2使用，都會(huì)在不同階段釋放出CO2，都會(huì)增加碳排放量。石灰石—石膏工藝每脫除1 t SO2，同時(shí)產(chǎn)生CO2約0.69 t，而電石渣—石膏工藝不副產(chǎn)CO2。

從目前電廠脫硫運(yùn)行情況來(lái)看，每生產(chǎn)1萬(wàn)kW·h發(fā)電量，大約消耗電煤4 900 kg。按m(Ca)∶m(S)=2.1∶1、煤中的硫有90%轉(zhuǎn)化為SO2(灰渣帶走約為10%)、脫硫率98%計(jì)，處理1萬(wàn)kW·h電量所產(chǎn)煙氣中的SO2，約需石灰石31 513 kg。呼和浩特市周邊電廠總裝機(jī)容量在770萬(wàn)kW。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年呼和浩特市火電發(fā)電量為300億kW·h，按此推算，脫硫須用石灰石約9 500萬(wàn)t，CO2的排放量約4 200萬(wàn)t。

因此，利用電石渣作為脫硫劑，不僅可以解決電石渣難處理的問(wèn)題，還不存在石灰石煅燒副產(chǎn)CO2的問(wèn)題。

1.4 降低脫硫成本

從電石渣的成分分析，電石渣用作脫硫劑時(shí)完全能起到與石灰石相同的作用。從某些方面講，電石渣的性能超過(guò)石灰石，例如折算Ca(OH)2純度、比表面積等。因此，電石渣用作脫硫劑，完全適應(yīng)各種脫硫工藝，而且原脫硫工藝流程不需任何變動(dòng)。電石渣的粒度細(xì)、活性高、可磨性好，實(shí)際投運(yùn)時(shí)可大大提高脫硫效率，降低脫硫成本。

2 電石渣脫硫劑與石灰石脫硫劑脫硫原理對(duì)比分析

2.1 爐內(nèi)干法脫硫原理對(duì)比

(1)石灰石(CaCO3)的脫硫反應(yīng)見(jiàn)式(1)～式(3)。

(1)

(2)

(3)

(2)電石渣的脫硫反應(yīng)見(jiàn)式(4)～式(7)。

(4)

(5)

(6)

(7)

(3)CaO的脫硫反應(yīng)見(jiàn)式(8)～式(9)。

(8)

(9)

2.2 濕法脫硫原理對(duì)比

(1)石灰石(CaCO3)的脫硫反應(yīng)見(jiàn)式(10)～式(14)。

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(2)電石渣的脫硫反應(yīng)見(jiàn)式(15)～式(19)。

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(3)CaO的脫硫反應(yīng)見(jiàn)式(20)～式(24)。

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

2.3 半干半濕法脫硫原理對(duì)比

半干半濕法的脫硫劑通常采用CaO，因此以下只分析CaO與電石渣脫硫原理的差異。

(1)電石渣的脫硫反應(yīng)見(jiàn)式(25)～式(28)。

(25)

(26)

(27)

(28)

(2)CaO的脫硫反應(yīng)見(jiàn)式(29)～式(33)。

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

從以上分析不難看出：無(wú)論是采用CaCO3還是CaO或Ca(OH)2，其共同的原理都是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，使鈣元素以Ca(OH)2形態(tài)與煙氣中的SO2反應(yīng)，生成CaSO3和CaSO4。因此可以說(shuō)電石渣脫硫劑與石灰石脫硫劑脫硫原理是相同的。

3 電石渣脫硫劑用于爐內(nèi)脫硫的適用性分析

3.1 電石渣脫硫劑的優(yōu)勢(shì)

(1)電石渣脫硫劑有效成分比石灰石高。

目前，普遍使用的石灰石原料的設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1，三聯(lián)化工電石渣脫硫劑成分見(jiàn)表2。

表1 石灰石設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 電石渣脫硫劑成分

由表2可以看出：CaO的折算質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%以上；而石灰石即使純度達(dá)到100%，CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)也僅為56%，因此相同質(zhì)量條件下電石渣的CaO含量遠(yuǎn)高于石灰石。

(2)電石渣的比表面積高于石灰石。

電石渣表觀密度為550 kg/m3，中位粒徑為27.13 μm，平均粒徑為52.46 μm，粒度較常規(guī)使用的爐內(nèi)脫硫石灰石粉明顯偏細(xì)，所以電石渣的比表面積高于石灰石，反應(yīng)速度快，反應(yīng)能力強(qiáng)[1]。

3.2 電石渣脫硫劑的適用性分析

從以上分析不難看出，電石渣與石灰石相比有很大優(yōu)勢(shì)，具體用到實(shí)際脫硫中的適應(yīng)性分析如下。

(1)電石渣脫硫劑用于爐內(nèi)脫硫的適用性分析。

從爐內(nèi)干法脫硫原理對(duì)比不難看出：電石渣與石灰石用于爐內(nèi)干法脫硫均需要首先分解為CaO，脫硫劑的分解條件和分解速度就成為制約脫硫效果的首要因素。通過(guò)熱重分析試驗(yàn)很容易得到石灰石和電石渣的分解情況，電石渣高于400 ℃即可發(fā)生分解,而石灰石的起始分解溫度一般在600 ℃以上。而且電石渣的分解反應(yīng)與SO2從煤中燃燒釋放接近同步，所以電石渣與SO2的接觸時(shí)間長(zhǎng)于石灰石，反應(yīng)更充分。由此，電石渣的爐內(nèi)脫硫能力優(yōu)于石灰石。

(2)電石渣脫硫劑用于現(xiàn)有半干半濕法脫硫的適用性分析。

半干半濕法的脫硫劑通常是采用CaO，采用過(guò)熱蒸汽或者空氣作為輸送介質(zhì)。使用過(guò)熱蒸汽輸送脫硫劑和脫硫灰的特點(diǎn)是：石灰在輸送過(guò)程中與水蒸氣反應(yīng)，變?yōu)闈駨?qiáng)堿性的Ca(OH)2，Ca(OH)2較CaO容易與煙氣中的SO2反應(yīng)；過(guò)熱的水蒸氣會(huì)激活粉煤灰中10%以上的潛在堿性物質(zhì)，使之變?yōu)橛谢钚缘膲A性物質(zhì)并參與脫硫反應(yīng)，在大大降低脫硫劑使用量的前提下，同樣能達(dá)到理想的脫硫效果；采用空氣輸送脫硫劑，由于沒(méi)有CaO消化環(huán)節(jié)，因而SO2的去除率低。

但是對(duì)于電石渣脫硫劑，由于其主要成分就是Ca(OH)2，因此用于半干半濕法脫硫系統(tǒng)不但可以進(jìn)一步提高脫硫效果，而且可以采用空氣輸送脫硫劑，從而可以提高CaSO3轉(zhuǎn)化為CaSO4的比例。

(3)電石渣脫硫劑用于現(xiàn)有濕法脫硫的適用性分析。

從2.2章節(jié)濕法脫硫原理對(duì)比不難看出：從技術(shù)原理上來(lái)說(shuō)，以電石渣替代石灰石作煙氣脫硫劑是完全可行的，而且電石渣作為脫硫劑與SO2的反應(yīng)速度快。首先因?yàn)镃a(OH)2在水溶液中的溶解度為1.608 kg/m3，約為石灰石溶解度的10 000倍[2]；另外用電石渣脫硫時(shí)，由于Ca(OH)2分解生成的OH-與SO2水解反應(yīng)生成的H+反應(yīng)生成H2O，所以兩個(gè)反應(yīng)互相促進(jìn)，反應(yīng)速度很快，而石灰石的分解反應(yīng)會(huì)受到CO2逸出速度的影響，反應(yīng)速度相對(duì)會(huì)慢很多。

從以上分析不難看出，電石渣脫硫劑完全適用于現(xiàn)有的脫硫方法，已有的脫硫裝置可以不改變現(xiàn)有脫硫劑使用方法，只需減量替代即可。

4 電石渣脫硫劑生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述

來(lái)自三聯(lián)化工電石渣臨時(shí)堆場(chǎng)的電石渣，含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為23%，通過(guò)翻斗運(yùn)輸車(chē)將其卸入電石渣倉(cāng)。電石渣倉(cāng)下部出料，經(jīng)喂料器進(jìn)行較準(zhǔn)確的計(jì)量后，通過(guò)皮帶輸送機(jī)喂入烘干錘式破碎機(jī)進(jìn)行烘干。烘干后的成品電石渣則隨熱煙氣進(jìn)入旋風(fēng)除塵器及布袋除塵器，經(jīng)過(guò)兩級(jí)除塵收集到的成品電石渣通過(guò)鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)及斗式提升機(jī)入庫(kù)儲(chǔ)存。成品通過(guò)倉(cāng)式泵氣力輸送至包裝機(jī)包裝入庫(kù)或散裝車(chē)運(yùn)輸。

該工程控制烘干錘式破碎機(jī)進(jìn)口熱風(fēng)溫度在650～750 ℃，采用熱風(fēng)爐系統(tǒng)進(jìn)行加熱,系統(tǒng)排出的廢熱空氣送氯堿界區(qū)再利用。

5 電石渣脫硫劑應(yīng)用情況

三聯(lián)化工的電石渣脫硫劑項(xiàng)目第1期已于2017年6月投產(chǎn)運(yùn)行，第2期已于2017年12月投產(chǎn)運(yùn)行。所產(chǎn)電石渣脫硫劑在呼和浩特周邊被廣泛采用，受到用戶歡迎。電石渣脫硫劑在北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司金橋熱電廠、內(nèi)蒙古能源發(fā)電金山熱電有限公司等的濕法脫硫應(yīng)用中表現(xiàn)出脫硫劑使用量降低、副產(chǎn)石膏結(jié)晶好、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)；在久泰能源內(nèi)蒙古有限公司、內(nèi)蒙古阜豐生物科技有限公司等的半干半濕法脫硫應(yīng)用中表現(xiàn)出脫硫劑使用量降低、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)。

6 結(jié)論

利用電石渣作為脫硫劑，一方面大大減少了電石廢渣的排放,降低了對(duì)環(huán)境的污染,具有很好的環(huán)境效益;另一方面提供價(jià)格低廉的脫硫劑,降低用戶脫硫運(yùn)行成本,同時(shí)減少了石灰石礦的開(kāi)采,降低了不可再生資源的消耗,對(duì)石灰石礦產(chǎn)資源進(jìn)行了有效保護(hù),另外還不存在石灰石、生石灰煅燒副產(chǎn)CO2的問(wèn)題,具有良好的環(huán)境效益及社會(huì)效益。因此，利用電石渣作為脫硫劑是解決電石渣的污染問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)電石渣循環(huán)利用的良好途徑，具有以廢治廢、變廢為寶的優(yōu)點(diǎn)，值得電石法聚氯乙烯企業(yè)借鑒。