【導(dǎo)讀】家大得多，人均用電水平將會(huì)大幅提高。我國的一次能源結(jié)構(gòu)決定了我國發(fā)電必然以煤。電為主的基本格局，這一特征長(zhǎng)期難以改變。我國火力發(fā)電廠年用煤占全國煤炭產(chǎn)量的。燃煤電廠排出的固廢已經(jīng)被越來越多的實(shí)。踐證明它們不是廢物，而是非常寶貴的資源，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，正所謂“用之為寶，脫硫石膏是石灰石(石灰)/石膏濕法煙氣脫硫的副產(chǎn)物。能會(huì)遇到的問題，提出了一些綜合處理措施。這包括脫硫裝置設(shè)計(jì)和運(yùn)行煙氣脫硫設(shè)備。國脫硫石膏的綜合利用，實(shí)現(xiàn)變廢為寶為社會(huì)創(chuàng)造更大的價(jià)值。

　　

【正文】 化學(xué)組成及細(xì)度 在煙氣脫硫過程中，為了提高煙氣脫硫效率，技術(shù)上對(duì)用于煙氣脫硫的石灰石 (或石灰粉 )中的氧化鈣含量有較高的要求，這在客觀上保證了脫硫石膏化學(xué)成分的穩(wěn)定。國家建筑材料工業(yè)科技教育委員會(huì)的陶有生報(bào)道，脫硫石膏的主要化學(xué)組成與天然石膏蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 基本相似，天然石膏與煙氣脫硫石膏的化學(xué)成分及細(xì)度見表 26 及表 27。 表 26 天然、脫硫石膏化學(xué)成分及細(xì)度 項(xiàng)目 CaO SiO2 Al2O3 SO3 Fe2O3 MgO Loss 篩余（ 45μm） % 天然石膏 脫硫石膏 表 27 顆粒粒徑分布 粒度 /μm 80 60 50 40 30 20 10 5 天然石膏篩余 /% 脫硫石膏篩余 /% 注：天然石膏中 未計(jì)入占 %的大于 80。 煙氣脫硫石膏與天然石膏在化學(xué)組成上相差不大，品位相當(dāng)，而天然石膏的雜質(zhì)以粘土礦物為主，在磨細(xì)后顆粒較人，一般在 140μm 左右。 在雜質(zhì)含星相同情況下，就脫硫石膏而言沒有參加反應(yīng)的碳酸鈣顆粒一部分以石灰石顆粒形態(tài)單獨(dú)存在，另一部分以核形式存在于二水硫酸鈣中心，這就增加了有效參與水化反應(yīng)的硫酸鈣顆粒數(shù)量，使其有效組分高于天然石膏，而天然石膏雜質(zhì)在水化時(shí)一般不能參加反應(yīng)，在一定程度上使天然石膏性能不及脫硫石膏。 脫硫建筑石膏的性能 本實(shí)驗(yàn)室選取各地，， 脫硫建筑石膏的性能及其與天 然建筑石膏的性能比較見表 28。 表 28 脫硫建筑石膏與天然建筑石膏性能比較 石膏品種 水膏比 /% 初凝 /min 終凝 /min 抗壓強(qiáng)度 /Mpa 抗折強(qiáng)度 /Mpa 脫硫建筑石膏 天然建筑石膏 50 50 脫硫建筑石膏 天然建筑石膏 脫硫建筑石膏 天然建筑石膏 60 60 脫硫建 筑石膏 天然建筑石膏 70 70 注：脫硫建筑石膏標(biāo)準(zhǔn)稠度 %；天然建筑石膏標(biāo)準(zhǔn)稠度 60%。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 從表 28 可以看出，兩者標(biāo)準(zhǔn)稠度相差不大，凝結(jié)時(shí)間非常接近，但抗壓強(qiáng)度相差較大。在標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量時(shí)，脫硫石膏的抗壓、抗折強(qiáng)度分別比天然石膏高出 100%和80%，比國家標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)等品指標(biāo)高 78%和 72%。在用水量高于標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量 25%時(shí)，脫硫建筑石膏的強(qiáng)度仍可達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)等品水平。而天然建筑石膏的用水量在低于標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量 6%時(shí)，其強(qiáng)度才能 達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)等品水平。 脫硫建筑石膏的強(qiáng)度之所以高于天然建筑石膏是由于脫硫建筑石膏的結(jié)晶體為柱體，其結(jié)構(gòu)緊密，致密的結(jié)品結(jié)構(gòu)網(wǎng)使水化、硬化體有較大的表觀密度，它比天然石膏硬化體高 10%20%，因而有較高強(qiáng)度；天然建筑石膏水化產(chǎn)物多為針狀、片狀結(jié)晶，而晶體接觸點(diǎn)間壓力較大，晶體結(jié)構(gòu)較疏松故硬化體強(qiáng)度較低。 特征 同大然石膏相比，脫硫石膏具有如下特點(diǎn)。 脫硫石膏的顆粒過細(xì) 天然石膏經(jīng)過粉碎后，細(xì)度一般在 140μm左右，而脫硫石膏顆粒直徑一般為 60μm，由于顆粒過細(xì)而帶來流動(dòng)性和觸變性問 題，在工藝中往往應(yīng)進(jìn)行特殊處理，改善晶體結(jié)構(gòu)。 脫硫石膏有一定的含水量 脫硫石膏的含水量一般在 10%以下，太原第一熱電廠脫硫石膏的游離水含量達(dá)15%，由于脫硫石膏含水率較高，粘性極強(qiáng)，脫硫石膏在裝載、提升、輸送的生產(chǎn)過程中，極易堵料，脫硫石膏在生產(chǎn)過程中粘附在各種設(shè)備上，造成積料、堵塞、影響生產(chǎn)過程正常進(jìn)行。 脫硫石膏的顏色偏深 質(zhì)量?jī)?yōu)良的脫硫石膏是純白顏色的，但相當(dāng)多的脫硫石膏呈深灰色，煙氣脫硫石膏作為裝飾石膏明顯影響外觀，其主要原因是煙氣除塵系統(tǒng)不正常，煙 氣中含有較多的粉煤灰，使石膏顏色加深，其次石灰石不純，含有較多的鐵質(zhì)等雜質(zhì)。 脫硫石膏體積密度大 例如太原第一熱電廠脫硫石膏的體積密度達(dá) 1000 克 /升，體積密度對(duì)儲(chǔ)存、生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品性能也有很重要的影響。脫硫石膏的體積密度值決定于脫硫的工藝方法。 來源及相關(guān)處置工藝 來源 脫硫石膏是石灰石 (石灰 )一石膏濕法脫硫的副產(chǎn)物。煙氣脫硫石膏是通過以下 4 個(gè)步驟產(chǎn)生的。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 （ 1） 脫硫 在吸收塔中，石灰石懸浮液以逆流方向噴向除去了灰塵的煙氣。在這個(gè)過程中石灰石 (CaCO3)與煙氣中的 502 化合產(chǎn)生 CaCO3 l/2H2O。這個(gè)化學(xué)反應(yīng)以下面的方程式表示： SO2+CaCO3+l/2H2O→ CaCO3 l/2H2O+CO2 最初得到的 CaCO3 l/2H2O 在吸收塔中是以亞硫酸鈣泥漿形式存在的。如果亞硫酸鈣需要轉(zhuǎn)化成脫硫石膏，就需要進(jìn)一步的反應(yīng)。 （ 2）氧化 把亞硫酸鈣轉(zhuǎn)化成硫酸鈣二水化合物的過程是一個(gè)氧化過程，是通過向吸收塔中懸浮液吹入含氧空氣進(jìn)行的。其化學(xué)反應(yīng)如下； 2CaSO3 l/2H2O+O2+3H2O→ 2CaSO4 H2O 亞硫酸鈣與氧氣反應(yīng)生成三水硫酸鈣。在這個(gè)過程 中，石膏晶體是通過連續(xù)的循環(huán)過程生成的，生成晶體的尺寸為 3070μm。 （ 3） 石膏分離 產(chǎn)生于吸收塔漿體中的二水石膏晶體必須分離出來并且除去雜質(zhì)，這個(gè)過程是在水力旋流器中進(jìn)行的。水力旋流器的原理是利用離心力場(chǎng)中的沉淀作用進(jìn)行，這是一種機(jī)械分離法，特別適合于 5100μm 的 粒子。粗的二水硫酸鈣粒子通過底流分離出去，并且送到第 4 步工序去以便進(jìn)一步處理。細(xì)的顆粒通過溢流來分離，并循環(huán)回流至吸收塔中繼續(xù)生一長(zhǎng)。 （ 4）石膏沖洗和脫水 在這個(gè)回收工序的最后階段，硫酸鈣晶體通過使用過濾器和離心機(jī)，從產(chǎn)生于 水力旋流器底流中的懸浮液中分離出來。分離出來的結(jié)晶硫酸鈣，用干凈的水沖洗，以便清除氯離子、鈉離子、鎂離子這些水溶性雜質(zhì)。過濾產(chǎn)物的最終含濕率最大為 10%(重量 )。這樣得到的濕的、細(xì)顆粒的、結(jié)晶的、高純度的結(jié)晶硫酸鈣二水化合物，生成像天然石膏那樣性質(zhì)的脫硫石膏。 由于煙氣脫硫石膏 (FGD 石膏 )的形成過程與天然石膏不同，因此 FGD 石膏與天然石膏相比，也存在特殊性。天然石膏是在緩慢、近乎平衡的條件下沉積而成，因此雜質(zhì)基本上分布于晶體表面，以粘土類礦物為主，晶體結(jié)構(gòu)完整而且發(fā)育良好。 FGD 石膏是在漿液中快速沉淀形成 ，可溶性鹽和惰性物質(zhì)在晶體內(nèi)部和表面都有分布，雜質(zhì)的種類及分布特點(diǎn)成為 FGO 石膏應(yīng)用過程中的不利因素。 FGO 石膏的雜質(zhì)主要是碳酸鈣和可溶性鹽。一部分碳酸鈣單獨(dú)存在，這是由于在蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 反應(yīng)過程中部分顆粒沒有參加反應(yīng) 。另一部分碳酸鈣存在于石膏顆粒中，這是由于CaCO3 與 SO2 不完全反應(yīng)所致，石膏顆粒的中心部位為 CaCO3。 日本 Babcock一HtiachiKabushikiKaisha 公司申請(qǐng)的美國專利“石灰石一石膏煙氣脫硫工藝”，該專利介紹的脫硫原理為： CaCO3+SO2+l/2H2O→ CaCO3 l/2H2O+CO2 【 1】 CaSO3 l/2H2O+SO2+l/2H2O→ Ca（ HSO） 2 【 2】 Ca（ HSO） 2+l/2O2+2H2O→ CaSO4 2H2O+H2SO4 【 3】 CaCO3 l/2H2O+l/2O2+3/2H2O→ CaSO4 2H2O 【 4】 工藝流程示意圖見圖 26。 1高深煙氣； 3氣體換熱 器； 5冷卻塔； 7吸收塔； 9吸收漿槽； 11清潔煙氣； 11 2 3 4 50閥門； 15循環(huán)吸收漿液管線； 17進(jìn)料管； 2 28支線； 22壓縮機(jī)； 24循環(huán)漿儲(chǔ)槽； 25pH 調(diào)節(jié)罐； 29氧化塔； 3 3 3 4 5 5 561管線； 37緊急泄料槽； 4 59泵； 45石膏濃縮罐； 49廢水處置設(shè)備； 53離心機(jī)；5 91儲(chǔ)罐 圖 26 石灰石一石膏煙氣脫硫工藝流程示意圖 相關(guān)處置工藝 脫硫石膏經(jīng)過廠業(yè)處理之后，與天然石膏性能類似，可以應(yīng)用于下列領(lǐng)域。 （ 1） 水泥緩凝劑及水泥制品 （ 2） 紙面石膏板 （ 3） 石膏灰泥及粉刷石膏 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 （ 4） 纖維石膏板 包括木頭及玻璃纖維加強(qiáng)石膏板。 （ 5） α — 高強(qiáng)石膏 （ 6） 石膏礦渣板 （ 7） 石膏砌塊 （ 8） 石膏空心條板及絕熱面板 （ 9） 自流平石膏 （ 10） 改良鹽、堿土壤及酸性土壤 美國專利涉及脫硫石膏的專利達(dá) 200 多篇 ，從美國專利分析可知，利用脫硫石膏可開發(fā)的產(chǎn)品土要有 :石膏灰泥、石膏墻板、木頭及玻璃纖維加強(qiáng)纖維石膏板、 aαα 一半水石膏、建筑砌塊、石膏墻板、水泥及其制品、防水石膏材料、農(nóng)業(yè)土壤改良劑、不燃石膏板等。 危害 目前，我國每年產(chǎn)生并排到 人 氣 中的二氧化硫已達(dá) 2020 萬噸 /年 (其中燃煤電廠為826 萬噸 /年 )，平均到國土面積上約為 2 噸 /平方公里年。石灰石 /石膏法脫硫設(shè)備每處理一噸二氧化硫就產(chǎn)生脫硫石膏 ，隨著我國的火電廠裝機(jī)容量的逐年遞增，到 2020年，每年的脫硫石膏達(dá)數(shù)千萬噸，數(shù)量相當(dāng)驚人。 在未來十年內(nèi)， .我國燃煤電廠約有三億千瓦裝機(jī)的煙氣脫硫裝置要建設(shè)和投運(yùn)，目前國內(nèi)燃煤電廠二氧化硫污染防治的主體技術(shù)是濕式“石灰石 /石膏法”，脫硫石膏的產(chǎn)量將隨著煙氣脫硫裝置的建設(shè)和投運(yùn)而快速增長(zhǎng)。脫硫石膏若得不到合理利用，已經(jīng)并將進(jìn)一步成為繼二氧化硫、氮氧化物后的 又一大污染源。這種轉(zhuǎn)換了形態(tài)的污染源含有重金屬、酸性氧化物、有機(jī)污染物等化學(xué)物質(zhì)，分解的石膏粉末被風(fēng)帶入空氣中形成懸浮微粒，經(jīng)雨水沖刷流入農(nóng)田、滲入土壤，污染地表水和地下水，會(huì)嚴(yán)重?fù)p害接觸者的健康。脫硫石膏如果得不到充分合理的利用，不僅要占用大量的土地堆放，對(duì)地下水資源造成污染，成為轉(zhuǎn)換了形態(tài)的污染源一固體廢棄物再次污染環(huán)境，陷入治污又生污 的惡性循環(huán)。 脫硫石膏的資源化利用趨勢(shì) 全世界使用的最普遍的石膏是天然石膏，然而合成石膏的的消費(fèi)正在快速增長(zhǎng)，特別是在歐洲和北美地區(qū)。最常用的合成石膏是由燃煤發(fā) 電廠的煙氣脫硫裝置生產(chǎn)的脫硫石膏。其他類型的合成石膏如欽石膏、氟石膏和磷石膏等也能被利用，然而天然石膏的雜質(zhì)含量以及地域限制影響其需求。合成石膏，特別是煙氣脫硫石膏的產(chǎn)量， 20 世紀(jì)90 年代在發(fā)達(dá)國家的利用開始上升，預(yù)期將進(jìn)一步上升。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 脫硫石膏產(chǎn)量的上升將給電力公司帶來兩方面的影響： (1)引導(dǎo) 20 世紀(jì) 80 年代的環(huán)境立法； (2)煤燃燒產(chǎn)品處理費(fèi)用的上升。 2020 年，全球所有種類的石膏的消費(fèi)量估計(jì)為 億噸。天然石膏的主要市場(chǎng)是用作生產(chǎn)波特蘭水泥的緩凝劑，特別是在工業(yè)化經(jīng)濟(jì)體用作生產(chǎn)鍛燒石膏產(chǎn)品，同發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體 相比要少的多。 2020 年，水泥生產(chǎn)所消耗的石膏估計(jì)為 7600 萬噸 (占 %)，石膏板和石膏灰泥生產(chǎn)耗用石膏量估計(jì)為 5850萬噸 (占 %)；使用石膏的另一個(gè)主要領(lǐng)域是農(nóng)業(yè)，估計(jì)為 650 萬噸 (占 49%)。其他領(lǐng)域應(yīng)用約 800 萬噸 (占 %)[58〕 。盡管近幾年石膏板產(chǎn)量在北美、歐洲和亞洲得到增長(zhǎng)，水泥行業(yè)仍將延續(xù)作為石膏的主要市場(chǎng)。在未來五年，同其他種類的石膏相比，煙氣脫硫石膏的消費(fèi)將以更快的速度上升。 由于大量的人口以及目前人均石膏板的消費(fèi)很低，東歐和亞洲的石膏板市場(chǎng)看來由于投資建設(shè)新的生產(chǎn)裝置有 潛力成為重要的石膏板市場(chǎng)。 由于石膏廢料的回收利用更為普遍，發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的石膏供應(yīng)量也在增長(zhǎng)。據(jù)估計(jì)，美國年回收石膏達(dá) 400 萬噸；在歐共體和日本，回收石膏的數(shù)量也顯得日益重要。 燃煤電廠提供了我國 75%以上的電力，同時(shí)也生產(chǎn)多種煤燃燒產(chǎn)品，這些產(chǎn)物既是資源同時(shí)也帶來廢物處理難題。脫硫石膏的利用提供了重大的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)利益。脫硫石膏在國外的成功的應(yīng)用歷史證明了其環(huán)境可接受性。當(dāng)脫硫石膏被利用，天然石膏能夠持續(xù)利用更長(zhǎng)的時(shí)間，開礦的費(fèi)用減少。此外脫硫石膏的資源化利用，可以節(jié)省作為脫硫渣的處理費(fèi)用，節(jié)省作為垃圾的掩埋 用地，產(chǎn)生作為產(chǎn)品銷售的銷售額，綜合效益十分顯署。 燃煤電廠的脫硫石膏若能得到充分利用，將其轉(zhuǎn)變?yōu)橘Y源和商品，這既符合國家關(guān)于加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和資源節(jié)約等國家產(chǎn)業(yè)政策，也符合國家發(fā)改委關(guān)于在循環(huán)經(jīng)濟(jì)中實(shí)現(xiàn)“資源化”的精神，具有良好的發(fā)展前景。 在未來 5 年，由于存在合成石膏應(yīng)用于石膏板的競(jìng)爭(zhēng)，天然石膏的消費(fèi)顯示較低的增長(zhǎng)速度。在未來十年，盡管由于中國在建筑業(yè)高速發(fā)展的帶動(dòng)下，合成石膏消費(fèi)增長(zhǎng)令人矚目，然而合成石膏在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用增長(zhǎng)緩和，年增長(zhǎng)率為 1%一 2%。