摘要

電石渣石膏濕法脫硫技術(shù)的應(yīng)用一方面避免了電石渣造成的環(huán)境污染，另一方面實(shí)現(xiàn)了電廠的節(jié)能降耗。通過(guò)內(nèi)蒙古350MW機(jī)組電石渣-石膏濕法脫硫技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)電石渣-石膏濕法脫硫技術(shù)pH值及SO2排放的控制、漿液循環(huán)泵運(yùn)行情況以及該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行分析，結(jié)果表明：采用電石渣-石膏濕法脫硫技術(shù)后，SO2的排放并未受到顯著影響，漿液pH值則有顯著提高，漿液使用量將更低；此外，漿液循環(huán)泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)及時(shí)長(zhǎng)也有明顯減少，降低了電廠用電電耗，顯著提升了經(jīng)濟(jì)性。因此，電石渣-石膏濕法脫硫技術(shù)在350MW超臨界直流爐機(jī)組中的應(yīng)用是有價(jià)值的。

引言

電石渣是電石水解后的廢棄物之一，目前國(guó)內(nèi)諸多大、中型化工企業(yè)均有大量的電石渣產(chǎn)生。其主要成分為Ca(OH)2，同時(shí)還含有硫化物、SiO2、Al2O3、Fe2O3等多種雜質(zhì)，不同產(chǎn)地的電石渣雜質(zhì)含量存在一定差異。據(jù)估計(jì)，我國(guó)每年有數(shù)百萬(wàn)噸的電石渣露天堆放，并且逐年增加，一方面占據(jù)了寶貴的土地資源，另一方面造成了土壤鹽堿化。而電石渣中Ca(OH)2等確保了它作為電廠煙氣脫硫的可能性，因此利用電石渣代替石灰石進(jìn)行濕法脫硫，既可以提升經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，又可以減少石灰石開(kāi)采量，降低環(huán)境污染，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。

目前，電石渣脫硫技術(shù)已經(jīng)在浙江巨化集團(tuán)、國(guó)電泉州發(fā)電有限公司等若干家電廠使用，并取得了一定的效果。國(guó)電集團(tuán)山西太原第一熱電廠于2005年自主研發(fā)電石渣脫硫技術(shù)，并在該廠3臺(tái)300MW機(jī)組上得到了成功應(yīng)用。內(nèi)蒙古京寧熱電有限責(zé)任公司同樣通過(guò)采用電石渣作為脫硫劑，使得電廠效益有了一定的提升。但電石渣脫硫技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中對(duì)SO2的排放、漿液的pH值究竟有何影響，影響是否顯著，同時(shí)在采用電石渣技術(shù)后對(duì)電廠經(jīng)濟(jì)性提升是否顯著等仍未有明確的定論。因此，本文通過(guò)對(duì)內(nèi)蒙古某電廠脫硫技術(shù)改造前后機(jī)組脫硫SO2排放量、漿液pH值以及電廠經(jīng)濟(jì)效益的改善對(duì)比研究，進(jìn)一步探討350MW超臨界機(jī)組電石渣-石膏濕法脫硫技術(shù)的應(yīng)用對(duì)電廠環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性的影響，以期為同類(lèi)型機(jī)組電石渣-石膏脫硫技術(shù)的應(yīng)用改造提供一定的參考。

電石渣反應(yīng)原理以及成分分析

電石渣是以電石為原料生產(chǎn)乙炔的副產(chǎn)物，是一種以Ca(OH)2為主，伴有硅、鐵、鋁、鎂、硫、磷的氧化物或氫氧化物的膏狀物。由于電石渣水溶液呈強(qiáng)堿性，對(duì)酸性氣體具有較強(qiáng)的中和能力。同時(shí)Ca(OH)2在水中溶解度較小，固體Ca(OH)2微粒從水中逐步析出。整個(gè)體系逐步呈現(xiàn)膠體溶液狀態(tài)，微粒逐步合并、凝聚、沉淀，粒子間相互碰撞、擠壓，促使顆粒聚集、長(zhǎng)大，從而形成電石渣漿。電石渣漿液為渾濁灰褐色液體，靜置后可形成澄清液、固體積聚(電石渣)和膠體過(guò)渡層。其物理性能與石灰石對(duì)比分析如表1所示，其中電石渣取自內(nèi)蒙古蒙維科技有限公司，石灰石粉取自京能后勤有限公司。

通過(guò)表1可以看出，脫硫劑的有效成分為CaO，電石渣中的CaO比石灰石粉中的CaO高出9.95%，說(shuō)明同樣脫除單位質(zhì)量SO2，電石渣用量要少于石灰石粉。且根據(jù)電石渣表面積大、活性好和粒徑小等特點(diǎn)，可將其制成優(yōu)良脫硫劑，既可以實(shí)現(xiàn)SO2的低排放，又可以實(shí)現(xiàn)電石渣的資源化利用。

同樣從表1也可以看出電石渣的酸不溶物比石灰石粉高出0.3%，細(xì)度低11.8%，說(shuō)明電石渣顆粒較粗，且雜質(zhì)較多，容易在吸收塔、漿液箱內(nèi)形成沉淀、積砂現(xiàn)象，并加劇管道的沖刷磨損，也有可能在管道內(nèi)部形成沉積，導(dǎo)致漿液管道堵塞。

電石渣作為脫硫劑對(duì)SO2的吸收原理，與石灰石完全相同，都通過(guò)Ca(OH)2對(duì)SO2進(jìn)行吸收。吸收原理如下：

從上述反應(yīng)原理來(lái)看，以電石渣作為脫硫劑進(jìn)行煙氣脫硫是完全可行的。

電石渣-石膏濕法脫硫在電廠應(yīng)用中的技術(shù)分析

內(nèi)蒙古某電廠2x350MW機(jī)組脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法脫硫的方式，采用單塔單循環(huán)，每臺(tái)爐配置一座吸收塔，吸收塔直徑為17m，漿液池高11m。每座吸收塔配置4層噴淋層，各設(shè)一套旋匯耦合裝置、管束式除塵器；4臺(tái)漿液循環(huán)泵，流量均為9000m3/h；4臺(tái)攪拌器；石灰石粉倉(cāng)容積為1254m3，配置一臺(tái)石灰石粉倉(cāng)倉(cāng)頂布袋除塵器，處理風(fēng)量為3200m3/h；供漿系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)容積為400m3的石灰石漿液箱。脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)入口SO2濃度為4980mg/m3，脫硫效率為98%。

圖1電石渣用量及其與石灰石粉摻配比例統(tǒng)計(jì)

圖1為電石渣用量及其與石灰石粉摻配比例統(tǒng)計(jì)。從圖1可看出，自7月24日起，該電廠2號(hào)機(jī)組開(kāi)始電石渣粉摻配實(shí)驗(yàn)工作，初步摻配電石渣粉比例為30%；7月28日摻配比例達(dá)到60%；8月13日摻配比例接近100%。

2.1石灰石供漿與電石渣粉供漿對(duì)比分析

圖2、3分別為2號(hào)、1號(hào)吸收塔供漿量與漿液pH值變化。通過(guò)1號(hào)與2號(hào)吸收塔供電石渣粉漿液對(duì)比試驗(yàn)，在同樣270MW的工況下，入口SO2在2600mg/m3左右，供漿量調(diào)整到30m3/h，pH值從4.6調(diào)整到5.8，使用電石渣粉漿液用時(shí)26min，使用石灰石漿液用時(shí)60min，說(shuō)明電石渣粉漿液的堿性比石灰石粉高，pH值提升效果明顯。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，該電廠最終全部使用電石渣進(jìn)行濕法脫硫時(shí)，可保持最佳運(yùn)行pH值在5.2-5.5，與理論研究結(jié)果相一致，并且完全滿足超低排放要求。

圖2 2號(hào)吸收塔供漿量與漿液pH值變化

圖3 1號(hào)吸收塔供漿量與漿液pH值變化

2.2漿液循環(huán)泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)對(duì)比分析

石灰石粉與電石渣粉摻配后漿液循環(huán)泵運(yùn)行統(tǒng)計(jì)如表2所示，可以看出，摻配電石渣粉后，在270-300MW負(fù)荷下，當(dāng)SO2濃度為2300-2700mg/m3時(shí)，使用電石渣粉漿液可減少一臺(tái)漿液循環(huán)泵，而且供漿量比石灰石漿液少。

表2石灰石粉與電石渣粉摻配后漿液循環(huán)泵運(yùn)行統(tǒng)計(jì)

2.3石灰石漿液、石膏漿液、石膏成分分析

石灰石漿液、石膏漿液、石膏成分分析如表3所示，可以看出，摻配電石渣粉后，與單純采用石灰石脫硫相比，吸收塔漿液各項(xiàng)參數(shù)沒(méi)有明顯變化，吸收塔漿液pH值、密度等參數(shù)均符合標(biāo)準(zhǔn)，Cl-未見(jiàn)明顯上漲。吸收塔漿液內(nèi)氧化風(fēng)量充足，未出現(xiàn)CaSO3增高現(xiàn)象，石膏脫水效果仍可保持良好。

表3石灰石漿液、石膏漿液、石膏成分分析

2.4 SO2排放對(duì)比分析

圖4為調(diào)取2號(hào)爐電石渣粉摻配之前和電石渣粉摻配之后的出口SO2曲線，可以看出，電石渣粉摻配前后出口SO2曲線沒(méi)有明顯變化，說(shuō)明使用電石渣粉漿液與石灰石粉漿液供漿對(duì)控制出口SO2的穩(wěn)定性沒(méi)有明顯區(qū)別。

圖5為使用電石渣粉作為脫硫劑時(shí)每天出口SO2最大值、最小值、平均值�？梢钥闯�，使用電石渣粉后，出口SO2運(yùn)行數(shù)據(jù)基本都在超低排放要求以內(nèi)，運(yùn)行調(diào)整可控。

圖4摻配前后SO2的排放量對(duì)比

圖5電石渣粉作為脫硫劑時(shí)出口SO2排放情況統(tǒng)計(jì)

電石渣在電廠應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)分析

電石渣-石膏濕法脫硫工藝中，經(jīng)濟(jì)分析從人員消耗成本、脫硫劑原料成本以及電耗成本3方面綜合展開(kāi)。

1） 人員成本。

電石渣代替石灰石濕法脫硫方案不需要增加任何額外運(yùn)維人員，原有配置人員可滿足運(yùn)行、維護(hù)需求。

2）原料成本。

吸收劑來(lái)源為電石渣的脫硫工藝，以內(nèi)蒙地區(qū)某熱電為例，雙機(jī)運(yùn)行工況。該電廠每月按完全使用石灰石粉進(jìn)行濕法煙氣脫硫，理論使用電石渣11608.5t；實(shí)際使用電石渣13133t，石灰石粉耗量降低至567.24t，電石渣摻比量近96%，共節(jié)約成本162.5萬(wàn)元/月(石灰石粉價(jià)格按190元/t計(jì)算，電石渣價(jià)格按36元/t計(jì)算)。

3）電耗成本。

內(nèi)蒙地區(qū)該電廠在投運(yùn)電石渣(雙機(jī))的情況下，漿液循環(huán)泵較石灰石粉脫硫可減少一臺(tái)運(yùn)行，以6臺(tái)泵功率值為中間值的3號(hào)泵為準(zhǔn)，如果減少一臺(tái)漿液循環(huán)泵，就可降低月耗電量為886510.76kW/h。同時(shí)，投運(yùn)電石渣后增加的2臺(tái)電石渣溶解箱攪拌器月耗電量為10567.1kW/h，電石渣輸送泵月耗電量為11862.28kW/h。綜合分析，采用電石渣(雙機(jī))脫硫后，耗電量節(jié)約成本為86.41萬(wàn)kW/h/月，按地區(qū)上網(wǎng)電價(jià)為0.2829元計(jì)算，節(jié)能效益為24.44萬(wàn)元/月(計(jì)算過(guò)程中電石渣漿池?cái)嚢杵鬟\(yùn)行時(shí)長(zhǎng)按24h計(jì)算；電石渣漿液輸送泵運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)按12h計(jì)算；節(jié)約電量=漿液循環(huán)泵節(jié)省電量-電石渣漿液制備系統(tǒng)耗電量)。從以上3項(xiàng)分析來(lái)看，原料消耗成本降低了162.5萬(wàn)元/月，電耗成本降低了24.44萬(wàn)元/月，綜合收益為186.94萬(wàn)元/月，具有一定經(jīng)濟(jì)效益。

電石渣-石膏濕法脫硫在電廠應(yīng)用中存在的問(wèn)題及解決措施

4.1電石渣反應(yīng)迅速，pH值控制難度高

因電石渣粉漿液與SO2反應(yīng)迅速，電石渣加入脫硫時(shí)緩沖作用較石灰石粉差，脫硫過(guò)程中容易引起pH值波動(dòng)和凈煙氣SO2波動(dòng)，需在初期投運(yùn)期間摻配石灰石漿液以控制調(diào)整吸收塔pH值，后期逐步通過(guò)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)摸索電石渣的反應(yīng)特性和漿液pH值之間的關(guān)系。以該電廠為例，全部使用電石渣進(jìn)行濕法脫硫時(shí)，可保持最佳運(yùn)行pH值在5.2-5.5。

4.2系統(tǒng)部分區(qū)域頻繁堵塞

由于電石渣粉中酸不溶物比例較高，細(xì)度較低，電石渣中過(guò)量的氧化鐵、碳顆粒會(huì)導(dǎo)致石灰石供漿系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、廢水系統(tǒng)堵塞停運(yùn)，電石渣漿液箱攪拌器跳閘現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。針對(duì)在各廠摻配試驗(yàn)期間出現(xiàn)的設(shè)備頻繁堵塞問(wèn)題，需要對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行改造，降低電石渣粉對(duì)設(shè)備的影響，同時(shí)在電石渣加工設(shè)備中增加除鐵器或旋振給料篩，除去電石渣中的氧化鐵，避免設(shè)備及管道磨損。最終經(jīng)過(guò)設(shè)備改造后調(diào)試運(yùn)行，可將電石渣漿液最佳篩分濃度控制在1120-1150kg/m3之間，并且保持旋振篩運(yùn)行情況較好，能滿足設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行。

4.3電石渣易結(jié)垢、結(jié)團(tuán)，石膏結(jié)晶氧化控制存在難度

由于電石渣反應(yīng)速度快、結(jié)晶快，因而容易發(fā)生粘壁，在運(yùn)行中可能會(huì)存在一定的粘結(jié)。而在實(shí)際運(yùn)行中通過(guò)控制電石渣漿液濃度在1120-1150kg/m3，可觀察到電石渣漿液與石灰石漿液脫硫效率相當(dāng)，并且用之全面替代石灰石漿液進(jìn)行濕法脫硫時(shí)，吸收塔內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)物的氧化和結(jié)晶均正常。

4.4安全問(wèn)題及措施

由于電石渣為制造乙炔的廢料，因此在儲(chǔ)存及制漿過(guò)程中會(huì)有部分一氧化碳、乙炔、硫化氫等易燃、易爆、有毒氣體，且電石渣粉屬于強(qiáng)堿，在運(yùn)輸或儲(chǔ)存過(guò)程中需要做好防止一氧化碳中毒、乙炔爆炸、強(qiáng)堿燒傷的防護(hù)措施。

結(jié)論

1）電石渣-石膏濕法脫硫可以顯著提高吸收塔的pH值。全部使用電石渣進(jìn)行濕法脫硫時(shí)，可保持最佳運(yùn)行pH值在5.2-5.5，并降低了脫硫劑的使用量。

2）與石灰石-石膏濕法脫硫相比，電石渣-石膏濕法脫硫可減少漿液循環(huán)泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，且供漿量明顯降低，降低了電廠用電電耗。

3）電石渣-石膏濕法脫硫中使用電石渣粉漿液與石灰石粉漿液供漿對(duì)控制出口SO2的穩(wěn)定性沒(méi)有明顯差異。

4）從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度分析，采用電石渣-石膏濕法脫硫后原料消耗成本降低了162.5萬(wàn)元/月，電耗成本降低了24.44萬(wàn)元/月，綜合收益可達(dá)到186.94萬(wàn)元/月。

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