动态沉降分离电石渣脱硫浆液中黑色悬浮物质的实验研究.pdf

动态沉降分离电石渣脱硫浆液中 黑色悬浮物质的实验研究 * 杨有余盛海强余云琦程常杰莫建松 浙江天蓝环保技术股份有限公司 浙江省工业锅炉炉窑烟气污染控制工程技术研究中心， 杭州 311202 摘要 电石渣脱硫浆液中存在沉降速率低于二水硫酸钙的黑色悬浮物质， 严重影响脱硫石膏真空过滤， 在浆液沉降装 置中， 对动态沉降分离电石渣脱硫浆液中的黑色悬浮物质进行了实验研究， 研究表明 搅拌转速在 30 ～ 70 r/min， 可实 现电石渣脱硫浆液动态沉降分层， 搅拌转速为 60 r/min 时， 浆液分层最佳; 虹吸分离上层黑色悬浮液， 黑色物质去除率 可达到 70 ， 在相同的过滤工艺条件下， 浆液过滤后滤饼含水率可降低 3 ～ 5 ; 浆液中黑色物质含量低于 3 g/L 时， 进一步降低浆液中黑色物质的含量， 对提高浆液脱水性能作用不大， 甚至可以忽略不计。 关键词 动态沉降; 搅拌转速; 粒径分布; 黑色物质 DOI 10. 7617 /j. issn. 1000 － 8942. 2013. 03. 022 EXPERIMENTAL STUDY ON SEPARATING BLACK SUSPENDED MATTER FROM CARBIDE SLAG DESULFURIZATION SLURRY BY DYNAMIC SETTLEMENT Yang YouyuSheng HaiqiangYu YunqiCheng ChangjieMo Jiansong Zhejiang Provincial Engineering Research Center of Industrial Boiler ＆ Furnace Flue Gas Pollution Control，Zhejiang Tianlan Environmental Protection Technology Co． ， Ltd，Hangzhou 311202，China AbstractThe Black suspended matter whose falling rate was lower than CaSO42H2O exists in the carbide slag desulfurization slurry，which influenced the vacuum filtration of FGD gypsum slurry greatly． Separating black suspended matter from carbide slag desulfurization slurry by dynamic settlement was studied． Experimental results show that when the stirring rate is between 30 ～ 70 r/min，the dynamic settlement layering of carbide slag desulfurization slurry can be realized，what＇s more，when the stirring rate is 60 r/min，the optimum layering can be got． After removing the slurry which contains black suspended matter above interface， only 30 black suspended matter is left in the gypsum slurry and the water ratio of gypsum filter-cake can be reduced by 3 ～ 5 in the same condition of slurry filtration;When the content of black mater is less than 3 g/L in gypsum slurry，removing the black mater again will not improve dewatering of gypsum slurry． Keywordsdynamic settlement;stirring rate;particle size distribution;black mater * 国家高技术研究发展计划 863 项目 2009AA064002 。 0引言 电石渣是化工厂利用电石水解生产乙炔后排出 的废渣， 主要成分是氢氧化钙， 质量分数通常都能 达到 60 ～ 80 干基 ， 次要成分随电石渣来源 及生产条件、 设备不同而异 ［1］。通常 1 t 电石水解 后产生约 1. 45 t 电石渣 ［2］， 目前电石渣主要用于生 产水泥 ［3］。由于电石渣中主要成分是氢氧化钙， 可 用于烟气脱硫， 电石渣脱硫主要可分为两种， 一种 是将干电石渣与煤炭混合， 送入流化床中， 在燃烧 过程中脱硫; 二是湿法脱硫 ［4- 5］。目前关于电石渣 湿法脱硫可行性及工艺运行的文献报道较多 ［6］， 电 石渣湿法脱硫已经作为一种成熟烟气脱硫工艺逐 步推广。 电石渣 － 石膏湿法脱硫较之于传统的石灰石 － 石膏湿法脱硫， 拥有较多的优点， 但由于电石渣中杂 质成分复杂， 除常规的硅、 铁、 铝、 镁、 硫、 磷的氧化物 或氢化物外， 还存在焦炭和炭粒等杂质， 这些杂质将 在脱硫浆液中累积， 最终进入脱硫石膏中， 影响脱硫 石膏品质 ［7- 8］。一般对于电石渣中大的杂质可以通过 58 环境工程 2013 年 6 月第 31 卷第 3 期 筛选或旋流的办法除去， 但是部分颗粒细小的杂质却 无法有效的去除， 已知电石渣脱硫浆液沉降后， 浆液 上部存在部分平均粒径在 1 ～ 20 μm， 密度在 1. 5 ～ 2. 0 g/cm3色泽灰黑色物质 以下简称黑色悬浮物 质 ， 该物质主要由铁、 镁、 铝的氧化物和炭粒以及细 小石膏组成， 经水力旋流后， 部分由顶流返回吸收塔， 部分进入石膏中， 影响石膏纯度的同时， 增大了石膏 含水率。考虑到电石渣中黑色悬浮物质沉降速率小 于石膏沉降速率， 可以采用沉降分层的方式实现石膏 中黑色悬浮物质的分离。本文采用动态沉降分离的 方法分离电石渣脱硫浆液中黑色悬浮物质， 并研究了 其对石膏浆液脱水性能的影响。 1实验装置及样品 动态沉降装置如图 1 所示， 该装置由搅拌功率可 调 调节范围 0 ～ 50 Hz， 转速 0 ～ 300 r/min 的齿轮减 速三相异步电动机及控制器、 卡槽式搅拌轴及桨叶、 有机玻璃沉降槽、 升降平台、 虹吸取样组件等组成。 图 1动态沉降装置 齿轮 减 速 三 相 异 步 电 动 机， 型 号 CH- 4， 转 速 1 430 r/min。 桨叶采用三叶桨， 叶片与水平或竖直成 45角， 搅拌桨叶叶片顶端距离轴心 10. 5 cm， 桨叶与搅拌轴 以卡槽的方式连接。 有机玻璃沉降槽直径 24 cm、 高 48 cm， 槽壁设有 刻度， 同时还包括固定于槽壁面可上下滑动的倒置 U 型虹吸取样管。 实验中用的电石渣石膏为新疆电石渣石膏， 黑色 物质含量 1. 9 左右， 纯度 92 ， 亚硫酸钙含量小于 0. 1 ， 平均粒径 46 μm。 2实验方法 2. 1电石渣石膏浆液动态沉降 电石渣石膏浆液黑色悬浮物质中， 对石膏浆液脱 水性能有较大影响的物质主要为铁镁铝的氧化物和 炭粒等物质， 为了便于分析， 将黑色悬浮物质中除石 膏以外的组分命名为黑色物质， 并对该部分物质做定 量分析， 以此判断其对石膏浆液脱水性能影响。 在图 1 所示的动态沉降实验装置中， 配置浓度为 12 电石渣脱硫石膏浆液， 有机玻璃沉降槽内浆液高 度保持在 40 cm 左右， 搅拌桨叶离有机玻璃沉降槽底 高度为 3 cm， 由低到高缓慢调节搅拌转速， 观察电石 渣石膏浆液中石膏与黑色物质沉降分层情况; 选取最 优搅拌转速， 每隔 4 cm 以虹吸的方式取 40 mL 浆液， 分析电石渣石膏浆液动态沉降时不同高度浆液中固 相粒径分布、 黑色物质含量、 固含量等。在最优搅拌 转速下， 以虹吸的方式抽离分界面上层黑色悬浮液， 虹吸高度分别为 20， 22， 24， 26， 28 cm。分析虹吸前 后石膏浆液及抽离的上层黑色悬浮液中黑色物质含 量、 固含量及粒径分布。对比虹吸后石膏浆液与原石 膏样品浆液脱水性能。以清水置换抽离的黑色悬浮 液再次沉降分层抽离上层黑色悬浮液， 对比剩余石膏 浆液和原石膏浆液脱水性能。 2. 2电石渣石膏中黑色物质含量测定方法 1准确倒取充分搅拌混合均匀的电石渣脱硫石 膏浆液 50 ～ 100 mL 于 100 mL 量筒中， 用玻璃棒搅动 量筒内浆液 2 ～ 5 min， 待石膏沉降后将玻璃棒再次伸 入量筒中轻轻搅动上层黑色悬浮液， 静置 30 s 后将 上层黑色悬浮液倾倒于 500 mL 烧杯中。如此反复 4 ～ 10 次， 直至沉淀的石膏与上层液体分界面看不到 黑色沉淀， 上层液体澄清。 2将收集的黑色悬浮液体进行真空抽滤， 并以 冲洗水除去其中的细小石膏， 直至氯化钡溶液检验滤 液中无 SO4 2 － 为止。 3将真空抽滤后的滤饼于 45 ℃ 烘箱中干燥除 去其中的附着水， 并称重。 4电石渣石膏浆液中黑色物质含量按式 1 计算 X m1 V 103 1 式中X 电石渣石膏浆液中黑色物质含量， g/L; m1 滤饼质量， g; V 电石渣石膏浆液体积， mL。 68 环境工程 2013 年 6 月第 31 卷第 3 期 2. 3电石渣石膏脱水性能测试实验 以 7. 5 cm 布氏漏斗、 1L 抽 滤 瓶、 最 大 真 空 度 0. 098 MPa 循环真空泵组成的真空过滤装置分析电 石渣石膏脱水性能。取 80 g 电石渣石膏与 80 g 纯水 配置成 50 石膏浆液， 搅拌后倒入布氏漏斗中， 过滤 时间 2. 5 min。过滤结束后测量滤饼含水率， 以相同 过滤条件下滤饼含水率表征电石渣脱硫石膏浆液脱 水性能。 3实验结果 3. 1电石渣石膏浆液动态沉降分层 从石膏和黑色悬浮物质动态沉降情况观察， 搅拌 转速在 30 r/min 时， 黑色悬浮物质基本上进入流动状 态， 同时与上层清液混合。搅拌转速在 48 r/min 时， 大 部分石膏进入流动状态， 但仍有部分积累于容器死角。 搅拌转速为 60 r/min 时， 绝大部分石膏进入动态沉降 状态， 搅拌转速在 70 r/min 时， 石膏将与上层黑色悬浮 液充分混合。搅拌转速在 30 ～ 70 r/min， 可实现电石 渣石膏浆液动态沉降分层。 搅拌转速为 60 r/min 时， 可见明显分层， 上层为 黑色物质与部分细小石膏组成的黑色悬浮液， 下层为 石膏沉降层， 且绝大部分石膏都处于动态沉降状态， 分层界面在 20 cm 左右， 位于整个浆液高度的中间部 位， 该搅拌转速下浆液分层效果最佳。不同高度浆液 固含量结果如图 2 所示， 分界面以下， 固含量较高， 且 固含量随浆液高度的增加而略有增加， 由于搅拌桨为 轴向流搅拌桨， 下层浆液中石膏颗粒在液体的带动 下， 由容器壁上升到分界面处， 然后再由容器中心沉 降到底部， 分界面处， 石膏颗粒流动速度相对较慢， 积 累较多， 固含量相对偏高。当浆液高度超过分界面 后， 固含量急剧降低， 分界面上层主要为黑色悬浮物 质， 其密度较小， 所占石膏浆液固相比重不足 7 。 图 2浆液高度与固含量 不同浆液高度中黑色物质含量如图 3 所示， 距离 浆液液面 0 ～ 5 cm 范围内黑色物质含量较低， 其他不 同高度浆液层中黑色物质含量在 1. 7 ～ 2. 1 g/L， 其中 分界面上下 5 cm 的范围内， 黑色物质含量略微偏高。 在整个浆液中， 黑色物质含量随高度变化不大， 仅在 靠近最上层液面处， 黑色物质含量略有降低。黑色悬 浮物质由于颗粒较小， 真密度小于石膏， 进入全混状 态 要 求 的 搅 拌 转 速 较 低。 可 以 认 为 搅 拌 转 速 60 r/min时， 黑色悬浮物质基本于与整个浆液完全混 合， 而石膏仍处于动态沉降状态。 图 3浆液高度与黑色物质含量 图 4 为浆液中固相颗粒粒径分布 d10、 d50、 d90 与浆液高度关系图。从图 4 中可以看出 随着浆液层 高度的增加， 固相颗粒粒径基本呈递减趋势， 尤其是 d90下降幅度较大。使用的电石渣石膏 d10、 d50、 d90分 别为 17， 46， 90 μm， 与浆液高度为 0 cm 时石膏浆液 中固相粒径分布基本一致。 图 4固相粒径与浆液高度 图 5 为高度分别为 8， 20， 32 cm 处浆液中固相粒 径分布情况。分界面下层石膏浆液与上层黑色悬浮 液中固体颗粒在粒径分布上有较大差异， 分界面下层 浆液中固相粒径体积含量分布峰型较尖锐， 且颗粒粒 径绝大部分在 10 μm 以上， 而分界面上层浆液固相 粒径整体偏小， 通过抽取分界面上层浆液可以达到分 离黑色物质和部分粒径小于 20 μm 石膏颗粒的目 的。分界面处 20 cm 浆液固体中， 粒径小于 30 μm 78 环境工程 2013 年 6 月第 31 卷第 3 期 所占部分比较多， 为了进一步分离粒径较小的颗粒， 可以从分界面处分离上层浆液， 分离更多粒径小于 20 μm 石膏颗粒， 提高下层浆液中石膏粒径与纯度。 图 5沉降高度分别为 8， 20， 32cm 固相粒径分布 3. 2动态沉降分离电石渣石膏浆液上层黑色悬浮物质 在相同的过滤条件下， 对比石膏浆液脱水性能， 原始石膏浆液过滤后滤饼含水率为 17. 05 ， 经虹吸 移取上层部分黑色悬浮液后， 剩下的石膏浆液过滤后 滤饼含水率下降了 3 ～ 5 ， 结果如图 6 所示。经 虹吸移取上层部分黑色悬浮液后， 剩余石膏浆液中黑 色物质含量急剧降低， 以虹吸抽离的上层黑色悬浮液 中黑色物质总量与虹吸前浆液中黑色物质总量比值 表示黑色物质去除率， 结果如图 7 所示。从图 7 可以 看出 虹吸高度越接近分界面， 黑色物质去除率越高， 最高可达 70 ， 随着虹吸高度的增加， 黑色物质去除 率也随之降低。在搅拌转速为 60 r/min 时， 黑色悬 浮物质在整个浆液中处于全混状态， 黑色物质计算去 除率应与虹吸高度成反比， 但实际黑色物质去除率比 计算值高， 而且虹吸高度越接近分界面， 实际值与计 算值差值则越大。距离浆液液面 0 ～ 5 cm 的浆液中， 黑色物质含量略低于整个浆液体系中黑色物质浓度， 而在距离分界面上下 5 cm 高度范围内， 浆液中黑色 物质含量略高于浆液体系其他高度黑色物质含量。 虹吸高度 20 cm 时， 虹吸管口位于分界面处， 由于虹 吸抽离上层黑色悬浮液需要一定的时间， 分界面处黑 色物质含量较高的浆液被吸走之后， 位于分界面下的 黑色物质将再次上浮进入分界面上层， 再次混合， 从 而促使实际的黑色物质去除率高于计算值。 图 8 为虹吸后， 虹吸抽离的黑色悬浮液与剩余的石 膏浆液固含量占整体浆液固含量百分比。虹吸抽离的 上层黑色悬浮液固含量较低， 虹吸高度为20 cm 时， 抽离 的上层黑色悬浮液固相质量占整个浆液体系固体质量 的 7左右， 主要为颗粒较细小的石膏和黑色物质。 图 6下层浆液过滤后含水率与虹吸高度关系 图 7黑色物质去除率与虹吸高度关系 图 8虹吸后上层黑色悬浮液与下层石膏浆液固含量 质量占浆液固相总质量分数 3. 3置换上层黑色悬浮液后石膏脱水性能对比 以清水置换上层黑色悬浮液， 再次沉降分层后， 虹 吸移出上层黑色悬浮液， 相同的抽滤工艺条件下， 石膏 含水率对比情况如表 1 所示。从表 1 可看出 采用清 水置换一次后， 含水率下降幅度在 1 以内， 采用清水 置换上层黑色悬浮液， 浆液再次沉降分层后， 浆液中黑 色物质浓度降低 50 左右， 但石膏浆液脱水性能改善 不大， 这是因为电石渣脱硫浆液中黑色物质含量低于 3 g/L时， 进一步降低浆液中黑色物质的含量， 对提高 浆液脱水性能作用不大， 甚至可忽略不计。 88 环境工程 2013 年 6 月第 31 卷第 3 期 表 1置换上层悬浮液石膏含水率变化 项目 浆液中黑色物质 浓度 / g L － 1 含水 率 / 虹吸前浆液3. 016. 35 一次虹吸后上层黑色悬浮液2. 9 一次虹吸后下层石膏浆液2. 913. 00 清水置换后浆液1. 5 二次虹吸后上层黑色悬浮液1. 6 二次虹吸后下层石膏浆液1. 712. 50 4结论 1搅拌转速在 30 ～ 70 r/min， 可以实现脱硫石 膏动态沉降分层， 上层为黑色悬浮液， 下层为处于动 态沉降的石膏浆液。搅拌转速在 60 r/min 时， 分界 面处于整个浆液体系的中部， 同时能够保证绝大部分 石膏处于动态沉降状态， 分层状态最佳。 2搅拌转速为 60 r/min 时， 分离上层黑色悬浮 液及部分细小石膏， 可以提高石膏浆液脱水性能， 在 相同的过滤条件下， 石膏滤饼含水率降低 3 ～ 5 。 浆液中黑色物质含量低于 3 g/L 时， 进一步降低浆液 中黑色物质的含量， 对提高浆液脱水性能作用不大， 甚至可以忽略不计。 3电石渣脱硫浆液动态沉降分离去除部分黑色 悬浮物质， 由于分界面下石膏处于流动状态， 可以采 用泵排出， 易于工业化应用， 分离效率可达 70 。 参考文献 ［1］贾汉忠， 宋存义， 杜立， 等． 电石渣在密相塔脱硫中的应用［J］． 环境工程， 2008， 26 1 68- 70． ［2］王慧青， 童继红， 沈立平． 电石渣的资源化利用途径［J］． 化工 生产与技术， 2007， 14 1 47- 51． ［3］李仁龙， 张传勇． 电石渣代替部分石灰石配料的生产实践［J］． 水泥， 2007 2 11- 13． ［4］Jan B， Frandsen W． Optimization of a wet FGD pilot plant using fine limestoneandorganicacids ［J］． ChemicalEngineering Science， 2001， 56 3275- 3287． ［5］郭声波， 肖戈， 郑亦农． 烟气脱硫及硫资源化新工艺［J］． 环境 工程学报， 2007， 1 3 97- 103． ［6］钟秦． 燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例［M］． 北京 化学工业 出版社， 2002． ［7］吕宏俊． 电石渣 － 石膏湿法脱硫技术的应用分析［J］． 电站系 统工程， 2011， 27 1 41- 45． ［8］耿春女， 钱华， 李小平， 等． 脱硫石膏农业利用研究进展与展望 ［J］． 环境污染治理技术与设备， 2006， 7 12 15- 20． 作者通信处莫建松311202浙江省杭州市萧山区北干街道兴议 村浙江天蓝环保技术股份有限公司 电话 0571 83787379 E- mailmojs1977 163． com 2012 － 09 － 13 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 65 页 GB 132232011火电厂大气污染物排放标准 要求。 在电厂实际运行过程中， 存在诸如滤袋破损、 操 作相对复杂等缺点， 但笔者认为， 这只是一种新技术 开发到成功应用必然经过积累经验的过程， 无法改变 电袋复合除尘器具有的高效收尘性能和对煤质多变 的适应性的优点， 相信随着电袋复合除尘器暴露出问 题的解决及设计水平的不断提高， 电袋复合除尘器将 拥有更广阔的发展空间。 3结语 1 相对电除尘和袋式除尘， 电袋复合式除尘有 机地结合了电除尘和袋式除尘的优点， 具有耗电量 低、 治理成本低、 适应性强、 除尘效率高， 不受煤种、 烟 尘特性影响的优点。 2 通过分析电厂实际运行工况、 燃煤掺烧比例， 矸石、 煤泥掺烧比例达到 30 时， 电厂电袋复合式除 尘器对 烟 尘 总 除 尘 效 率 最 高 达 99. 87 ， 最 低 为 99. 76 ， 平均除尘效率为 99. 81 。电袋复合式除 尘器具有较强的适应性及较高的除尘效率， 烟尘排放 浓度低于 50 mg/m3， 满足 GB 132232003 标准。 3 对于煤矸石电厂， 烟尘排放浓度不满足最新 GB 132232011 标准， 采用电袋除尘器除尘应进一 步优化运行方式， 加强设备的管理维护， 进一步提高 净化效率。 参考文献 ［1］HJBAT001 燃煤电厂污染防治最佳可行技术指南［S］． ［2］韩晶晶， 王丽萍， 李杰． 燃煤电厂烟气高效除尘技术的选择及 应用［J］． 环境科学与管理， 2011， 36 1 86- 89． ［3］魏广鸿， 李锋， 杜继臻． 电袋除尘器在燃煤火电厂的应用［J］． 工业安全与环保， 2010， 36 10 5- 6． ［4］GB 132232011 火电厂大气污染物排放标准［S］． 作者通信处石建宁750004宁夏银川市兴庆区长城东路 315 号 宁夏环境科学设计研究院 E- mailsjn98 163． com 2012 － 09 － 20 收稿 98 环境工程 2013 年 6 月第 31 卷第 3 期