技术 | 水泥窑湿法脱硫石膏脱水困难原因分析及对策

引言

由于增湿塔或余热锅炉灰含有约75％的CaCO₃，水泥窑湿法烟气脱硫工艺中，采用增湿塔或余热锅炉灰作为脱硫剂，增湿塔或余热锅炉灰通过计量输送与工艺水混合搅拌制成窑灰浆液，窑灰浆液在吸收塔内与烟气中的SO₂进行逆向接触反应，在浆液中形成CaSO₃，形成的CaSO₃被罗茨风机鼓入的空气氧化生成CaSO₄，并生成CaSO₄·2H₂O。石膏浆液排出泵将吸收塔内反应后的浆液泵送至石膏脱水系统进行石膏脱水。脱水后的石膏含水率一般控制在15％以下。在整个脱硫反应过程中，石膏的品质受窑灰中CaCO₃含量，窑灰中杂质种类含量，浆液pH值，工艺水质、氧化空气量、反应时间等多种因素的影响。脱硫石膏替代天然石膏用于水泥缓凝剂和建筑其他行业，其含水率是重要的质量指标，石膏水分达到15％以上对再利用会带来不利影响。本文从整个水泥窑湿法脱硫系统中造成石膏脱水异常的因素进行分析，为水泥厂提供处理建议。

脱硫塔底部的石膏浆液通过石膏浆液排出泵，泵入石膏水力旋流器。水力旋流器具有双重作用：即石膏浆液预脱水和石膏晶体分级。进入水力旋流器的石膏浆液悬浮切向流动产生离心运动，细小的微粒从旋流器的中心向上流动形成溢流，正常工况下溢流进入脱硫塔集水坑；水力旋流器中重的固体微粒被抛向旋流器壁，向下流动，形成含固浓度约为50％的底流。石膏水力旋流器的底流自流至真空皮带脱水机给料箱，进入真空皮带脱水机二次脱水。

2018年5月，湖南南方某水泥厂烟气脱硫系统出现石膏脱水困难，石膏含水率45％，脱硫塔浆液pH值6.0～6.5，真空皮带脱水机真空泵真空度在-30～-50kPa，真空皮带机上石膏粘连严重，石膏颜色偏深，含水量大。脱硫石膏化学成分分析见表1。

表1 脱硫石膏化学成分分析（%）

根据检测数据可知，石膏含水的增长趋势与石膏中SO₃含量降低趋势一致，说明生成的石膏量越大越容易脱水，石膏含水增加，石膏中生成的硫酸钙和亚硫酸钙的含量降低；此外生成的硫酸盐含量越大，石膏中残留的氧化钙与SO₃含量比值越小。

针对石膏脱水系统的运行状况，通过逐一排查影响石膏含水量的因素后，得出以下几方面的原因。

2.1 浆液的pH控制不当

浆液pH对石膏品质有重要影响，浆液理论的pH应控制在5.2～5.8，在实际脱硫生产中，浆液的pH偏高，因为较高的pH有利于SO₂的吸收，不利于CaCO₃的溶解，检测期间水泥厂脱硫塔浆液pH平均值为6.2；此外，由于操作人员经验不足，在实际运行中未及时冲洗pH计，使得pH计未能真实反映吸收塔浆液的pH值，导致CaCCO₃添加过量。过多的石灰石进入到石膏中，石膏纯度降低，造成石膏脱水困难。

2.2 脱硫废水中Cl-含量超标

石膏浆液中的Cl-主要来自烟气中的HCl和工艺废水，废水中Cl-的多少对石膏脱水效果的影响显著，随着Cl-浓度的增大，石膏含水率逐渐增加。CI-浓度和石膏含水率数据见表2。

表2 石膏浆液Cl-浓度和石膏含水率检测值

由表2可以看出，Cl-含量过高，石膏含水率越高。由于CI-比碳酸根离子性强，使得Cl-易与Ca2+结合，以CaCI₂存在浆液中，浆液中Ca2+浓度变大，根据同离子效应，碳酸钙溶解被抑制，不利于烟气中SO₂与浆液中ca2+反应，石膏生成困难。在脱水过程中，由于Cl-堵塞了石膏晶体中游离水的通道，使石膏脱水变得困难。此外，高浓度Cl-会影响石膏的结晶过程，石膏晶体结构发生改变，产生更多晶核，石膏晶体呈现多样化并且不易长大，对石膏脱水不利。

2.3 氧化空气量不合理

吸收塔浆液鼓入的氧化空气参与烟气脱硫的整个化学过程，空气中的O₂将SO₃2-氧化成SO₄2，随着烟气中O₂含量的增加，CaSOO₄·2H₂O的形成加快，降低石膏中的SO₃2-含量，从而提高石膏品质。实际生产过程中，由于存在氧化风机进口滤网堵塞或出口管道不畅而未及时发现等现象，导致氧化风机向吸收塔浆液鼓入的空气量不足。SO₃2-氧化不彻底，导致石膏浆液中SO₃2-较高，CaSO₃·1/2H₂O由于石膏颗粒小，粘度大，难以脱水，造成真空皮带脱水机脱水困难。

2.4 脱硫剂品质不达标

脱硫剂中CaCO₃含量和细度是脱硫的关键指标，杂质增多或CaCO₃含量下降会使浆液质量严重下降，有时CaCO₃细度不够或氧化镁及其他杂质含量高，会使CaCO₃反应活性降低，导致吸收塔供浆过量，CaCO₃和石膏颗粒粘连在一起，影响了石膏的结晶过程，石膏晶体颗粒间夹带的毛细水量增多，石膏颗粒整体偏小，造成石膏脱水困难。

2.5 脱水设备异常

脱水系统长期运行后，旋流器内部和沉砂嘴易出现结垢和磨损等问题，使旋流器分离效率变差，进入真空皮带脱水机的底流浆液含水量增大，进一步造成真空皮带脱水机脱水困难。

真空皮带脱水机是石膏二次脱水的重要设备，脱水机滤布由于冲洗不合理，长期运行后滤布的清洁程度变差，或者由于石膏浆液本身性质的变化使得浆液中小颗粒石膏晶体增多或浆液中杂质含量变化时，导致滤布过滤通道堵塞，使浆液中的水不容易从滤布孔隙分离出来，造成石膏脱水困难。

3.1 加强仪表的维护和校准

仪表是控制脱硫工艺指标的关键，关系到脱硫系统脱硫效率和达标排放。实际生产过程中至少每星期对在线仪表进行检查维护，及时对压力变送器和pH计进行冲洗和校准，尽量避免由于脱硫塔内浆液pH值的失真造成的石膏脱水困难问题的发生。吸收塔浆液pH是保证脱硫效率和石膏脱水的一个关键工艺指标，pH<5.2时，脱硫效率难以保证，吸收塔浆液对浆液管道的腐蚀和磨损不容忽视。而吸收塔浆液pH>5.8时，石膏浆液中含有未反应的CaCO₃，对管道的磨损、堵塞加剧。脱硫系统实际运行过程中，吸收塔浆液pH控制在5.2～5.8。

3.2 控制废水中Cl-的含量

由于水泥窑石灰石-石膏脱硫系统没有废水处理系统，废水只能少量外排至篦冷机或生料磨，因此加剧了脱硫石膏浆液中CI-含量高居不下。为控制由于CI-含量高导致的石膏脱水困难问题，尽可能加大系统废水的外排量，吸收塔浆液保证一周更换一次，合理控制脱硫浆液中CI-含量小于109/L。

3.3 保证合理的氧化空气量

时刻关注罗茨鼓风机的电流和压力，若电流和压力出现异常，估计氧化风管已经结垢严重，及时清扫氧化风机管网，同时减少石灰石浆液供浆量及石膏浆液的排出量，降低pH的控制要求，使吸收塔浆液pH短暂控制在4.8～5.5。

3.4 严格控脱硫剂品质

水泥厂湿法脱硫脱硫剂使用的是增湿塔或余热锅炉灰，增湿塔和余热锅炉灰中CaCO₃含量波动较大，杂质含量多，制定严格的脱硫剂管理制度，确保脱硫剂增湿塔或余热锅炉灰CaCO₃含量≥75％，控制脱硫剂增湿塔或余热锅炉灰80μm筛余小于10％。

3.5 加强脱水设备的巡检和维护

加强石膏旋流器的巡检，对石膏旋流器底流口液体流出状态进行检查，沉砂嘴喷出物为雾状时脱硫效果最佳，接近直流时脱硫效果已经变差，此时应考虑更换沉砂嘴，也可以测量旋流器石膏浆液底流浓度，若石膏浆液底流浓度小于50％就要考虑更换旋流器了。其次，石膏旋流器停运后应加长冲洗时间，防止浆液在旋流器中沉淀结垢。

对于真空皮带脱水机，重点关注滤布的状况，滤布被堵塞后，其脱水效果变差；其次保持稳定的滤布冲洗水压力，发现真空度异常时要及时清理真空罐和管道中的杂物。

影响石膏脱水困难的原因较多，如吸收塔浆液的pH值、脱硫废水中Cl-含量，氧化空气量、脱硫剂品质、石膏脱水系统设备异常等因素，各种因素之间相互制约和影响；在水泥厂湿法脱硫运行过程中遇到石膏脱水困难的问题，应结合实际工况综合考虑各影响因素，对脱硫石膏品质进行控制。同时提高操作水平，在实际运行过程中总结经验、分析原因才可使整个脱硫系统长期稳定运行。

作者：桑圣欢，闫伟，罗超，徐连春，吴涛

来源：《南京凯盛国际工程有限公司》

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