脱硫浆液品质对脱硫效果的影响因素研究

薛 龙， 胡颖丽

（陕钢集团汉中钢铁有限责任公司计量检验中心， 陕西 勉县 724200）

目前，国内外已广泛应用的多种烟气脱硫技术中，石灰石—石膏湿法脱硫工艺由于具有技术成熟、应用范围广、运行成本低、脱硫效率高、副产品利用率高等优点，成为钢铁企业最主要的烟气脱硫技术。

石灰石—石膏湿法基本原理是将烧结净烟气引入脱硫吸收塔，烟气中二氧化硫与吸收塔浆液中的碳酸钙反应，再被富氧空气氧化，生成硫酸钙。石膏浆液经真空抽滤脱水，制成可利用的副产品石膏。

石膏浆液是由碳酸钙、硫酸钙、亚硫酸钙、卤离子、杂质等所组成的混合液[1]。其品质是脱硫工艺过程运行好坏的重要标志，是石膏能否脱水成为可利用副产品的前提。良好的石膏浆液品质是脱硫过程持续稳定运行的保证。因此，本文通过对脱硫浆液的相关成分进行了分析研究，针对不同影响因素及分析数据提出必要的控制建议措施。

1 脱硫浆液密度影响机理及数据分析控制

1.1 浆液密度的影响机理

脱硫浆液的密度是脱硫生产的重要指标，它影响脱硫石膏的生成及工艺过程操作、过程经济性的关键指标。脱硫浆液密度随着与烟气中二氧化硫的反应、吸收而逐步升高。

1.1.1 对脱硫过程影响的分析

脱硫浆液密度过低时，烟气中的二氧化硫与浆液中碳酸钙反应不完全，浆液中CaSO4·2H2O的含量较低，CaCO3的相对含量升高，此时如果排出吸收塔，将导致石膏中CaCO3含量增高，硫酸钙含量降低，石膏品质降低；这既浪费了脱硫剂石灰石，也因石膏中硫酸钙含量低难以凝结脱水，高品质石膏生成困难，同时系统整体经济性差。

1.1.2 对石膏品质影响的分析

随着脱硫烟气的进一步反应，浆液密度进一步提高。随着混合浆液中CaSO4·2H2O的浓度升高，浆液对二氧化硫的吸收能力进一步下降。随着脱硫效率进一下降，且还会在吸收塔内各组件表面析出结晶形成石膏垢，影响系统的安全性能，系统的经济性能也会进一步下降。

1.2 数据分析及控制

本文通过对某公司烧结脱硫系统的浆液密度、脱硫石膏的硫酸钙含量及系统脱硫效率情况进行长期监测，得到了表1中的统计数据。

表1 脱硫过程浆液密度（质量浓度）、石膏CaSO4含量及脱硫效率的监测数据

通过对表1的分析，可以得出以下结论：

1）在其他条件不变的情况下，成品石膏硫酸钙的含量随着浆液密度的升高而逐步上升，前期快速增长；当密度超过1.063 g/L时增长速率降低；当达到密度1.114 g/L时趋于稳定。

2）系统脱硫效率随着密度的升高而降低，当密度高于1.198 g/L时，脱硫效率低于80%，不利于组织生产。

因此，在日常工艺控制过程中，建议将脱硫浆液的密度控制在1.063～1.114 g/L，既保证了脱硫效率，也保证了工艺过程的经济性。

2 脱硫浆液pH值影响机理及数据分析控制

2.1 浆液pH值影响机理

浆液的pH值是石灰石—石膏脱硫系统的重要运行参数，它主要影响脱硫石膏副产品生成，其影响机理有以下两个方面：

1）pH值影响SO2的吸收过程。pH值升高，SO2吸收速度相应加快，但系统设备结垢严重；pH值降低，SO2吸收速度下降。

2）pH值影响CaCO3、CaSO4·2H2O和CaS03·1／2H20的溶解度。随着 pH 值的上升，CaC03和 CaS03·1／2H20的溶解度显著下降，而CaS04的溶解度则变化不大。随着S02的吸收，浆液的pH值降低。

2.2 数据比对分析和工艺控制

通过对汉钢公司烧结脱硫系统的浆液pH值、脱硫石膏中硫酸钙和亚硫酸钙的含量情况进行长期监测和比对分析，建立了表2中的统计数据。

表2 脱硫浆液pH值、石膏CaSO4含量及CaSO3含量的监测数据

通过对表2的分析可以看出：在其他情况不变的情况下，随着pH值的降低，硫酸钙的含量持续升高，当浆液的pH值控制在5.0以上时，石膏产品中的主要成分硫酸钙的含量稳定在90%～99%，其中的有害成分亚硫酸钙的含量会低至0%～5%，结合生产过程控制及浆液酸度越低对设备的腐蚀越严重的情况，建议脱硫系统脱硫浆液的pH值应控制在4.8～5.5之间，不但有利于S02的吸收和转化，而且有利于生产组织。

3 脱硫浆液中氯离子影响机理及数据分析控制

3.1 浆液中氯离子影响机理

石膏浆液中的氯离子主要有来自烟气中煤燃烧后产生的HCL气体和工艺水中的氯离子。由于汉钢公司的脱硫浆液直接采用工艺水和脱硫生石灰粉混合形成，所以烟气和工艺水中的氯离子最终都进入到脱硫石膏浆液中，浆液中的氯离子最终会对脱硫工艺产生以下两种影响：

1）影响系统的安全性。氯离子在脱硫浆液的酸性环境下，会形成对系统的管路腐蚀，影响管路安全。

2）影响脱硫石膏的脱水性能。在石膏脱水过程中，部分氯离子和浆液中存在的少量钙离子形成氯化钙，留在石膏晶粒之间，堵塞了游离水在结晶体之间的通道，使石膏脱水变得困难：氯离子的存在也会影响石膏结晶过程，使得石膏晶格发生畸变，产生出更多的晶核，晶体的多样化同样不利于其脱水。

3.2 数据对比分析及工艺控制

通过对汉钢公司烧结脱硫系统的浆液pH、脱硫石膏的含水量情况进行长期监测分析，建立了表3中的统计数据。

表3 脱硫过程浆液Cl-和石膏含水量的监测数据

由表3数据可知，脱硫石膏的含水率随浆液中氯离子含量的增大整体呈上升趋势。浆液中氯离子质量浓度超过8 500 mg/L时，脱硫石膏的含水率超过12%；氯离子质量浓度在7 000～12 000 mg/L时，石膏含水率随氯离子含量的增大而急剧上升；在氯离子含量大于16 000 mg/L时，石膏含水率基本稳定，脱水效果极差[2]。

经上述分析可见，在日常工艺控制中，为控制脱硫石膏达到10%以下的含水率，必须将浆液中氯离子的含量控制8 500 mg/L以下。

4 结论

脱硫浆液的密度、pH值以及氯离子的含量对于整个脱硫工艺的影响非常明显，本文通过对公司脱硫生产相关数据的汇总分析，结合脱硫理论相互印证，找出了以下三个重要参数，在生产中的最佳控制范围：

1）建议将脱硫浆液的密度（质量浓度）控制在1.063～1.114 g/L，既保证了脱硫效率，也保证了工艺的经济性。

2）建议脱硫系统脱硫浆液的pH值应控制在4.8～5.5之间，不但有利于S02的吸收和转化，而且有利于生产组织。

3）为保证脱硫石膏含水率达到12%以下，必须将浆液中氯离子的质量浓度控制8 500 mg/L。